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[资料] 钢结硬质合金的精密镜面磨削技术的研究

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1 钢结硬质合金在磨削中存在的问题
0 G' o  c- O1 k; n. R" i/ Z  钢结硬质合金是以工具钢或合金钢为粘结相,以难熔金属碳化物(主要是WC、TiC)作硬质相用粉末冶金的方法制备的,其组织特点是微细的硬质相晶粒弥散地分布于钢基中。合金中的硬质相主要赋予材料以高硬度和高耐磨性,粘结相又赋予材料以钢的性能,因而使钢结硬质合金具有钢和硬质合金的综合性能,使其在各个领域中得到了广泛应用。但其本身的加工制造却很困难,特别是精密加工,这是因为硬质相和粘结相的硬度差别较大,钢基容易被切除,而硬质点不易被切除,且其晶粒容易从合金表面剥落下来,从而在表面形成具有硬质相晶粒一样大小的孔隙。同时钢基的韧性大,在一定的磨削温度、接触压力和相对速度条件下,磨屑填满磨粒之间的气孔,使砂轮急剧堵塞工件表面产生烧伤,因而传统的加工方法很难获得低的表面粗糙度,且多级研磨效率低,成本高。
( {7 n% M9 b+ x) J: o  运用在线电解连续修整(ELID)的金属结合剂超细颗粒金刚石砂轮磨削钢结硬质合金,表面粗糙度可达10 nm左右,且效率高。本试验采用ELID镜面磨削技术对钢结硬质合金进行精密加工,很容易得到低粗糙度镜面。
) w! F' J2 Q/ g: a( f5 P2 ELID磨削技术的基本原理$ k8 S  q) ]2 `
  在线电解修整镜面磨削是日本在20世纪90年代初发展起来的一种超精密加工新技术,它采用铸铁或铁纤维结合剂金刚石或CBN砂轮,利用电解过程中的阳极溶解现象,对砂轮进行在线电解修锐磨削,电解电源采用直流脉冲电源,电解液采用弱电解质的水溶液。铸铁砂轮为阳极,电解中,砂轮表面的铁元素变成Fe2O3氧化膜,使不能电解的金刚石或CBN磨料凸出于砂轮表面。磨钝的磨料随着电解的进行及时脱落,使砂轮始终处于锐利状态。同时生成的氧化膜又起着抑制电解过程继续进行的作用,使砂轮损耗不致太快。当砂轮表面磨粒磨损后,氧化膜被工件表面刮擦去除,电解过程继续进行,对砂轮表面继续进行修整。这是一个循环的过程,既避免了砂轮过快损耗,又能自动保持砂轮表面的磨削状态[1~3],见下图。2 i. n" j5 f2 y) e3 j
2008225154131.gif
' K0 s0 I2 ~$ h9 [ELID磨削原理示意图
( c8 x$ q3 a+ L! R9 d1 k3 ELID磨削技术对钢结硬质合金的应用
1 h+ d7 c/ z/ m3.1 试验条件* J* |2 Q! I" `2 G5 A# _. K& P
  试验设备、试验参数见表1、表27 _. F. l; O2 T4 B# z
表1 试验设备: x% {2 g; a, @. k
磨床& q+ m7 u4 I4 t) s$ t
MM7120型3 v, U- q" T- G2 ~3 {
砂轮
& X* N. ^; N% \% D; a  d" \1 _W1.5(CIB-D)砂轮和W1.5金刚石、CBN混合磨料铁基砂轮(自制); e# d1 r$ w8 i0 Q0 ^8 B$ R
专用电源8 r6 ~/ a2 M9 ]7 N# m8 [
HDMD—Ⅱ型ELID镜面磨削高频脉冲电源(自制)$ [# f2 o- T. ~; F- l) o$ J
专用磨削液
4 D3 C# q1 f/ i2 M$ x* t1 s1 vHDMY—201电解磨削液(自制)$ z$ H( ^7 b8 y6 H7 o$ c
表2 试验参数
' `, d: {! Y( w( `1 q. I9 D) D磨削
( a6 t& `( e& o/ p9 g& s参数
; @- V) C) X0 v1 {' ^' M  b主轴转速(r/min)  }& q4 D9 D' t
1 500/ o* |0 z% j; f3 q: d9 \% F1 E- T
横向进给速度(mm/行程)
2 P, r: V$ t1 D: u" G8 p, p! ~3 Q1 M0.1~37 z( e6 Q+ _) C& Q
工作台速度(m/s)
8 P3 e: O+ `* k0 p* k1 B' f0.05~0.08, V5 j4 }6 K' W" x7 r4 X
磨削深度(mm)+ |# |. {) |9 O7 [# H  ^
0.001~0.005! B7 C4 W1 H: s3 k2 d/ @& U: c
电解
3 [/ M. D* O9 ?( N& p参数0 ?4 k0 d8 M: {/ r4 n) {' u, U# k2 J
电压(V)& {, T; _; u/ e: q) @
90~105" C8 K5 v0 m' G# \7 i5 }
电流(A)* C9 g$ |. q7 ^4 V/ r
1~3! F7 c4 v5 `7 ?4 Z  n
电极间隙(mm)) J% t  v- f! G6 T
0.1~0.75' A( |& K8 r% V  n$ T
3.2 磨削效果及分析/ L& P& Q/ F) X/ q  E3 |# t" ^
  在以上条件下对钢结硬质合金进行镜面磨削,工件表面粗糙度Ra=0.003 μm~0.011 μm。若采用更细的砂轮(W1以上),则会明显降低Ra值,取得更好的表面粗糙度。
4 Z! M# Y$ t8 `6 B* I5 M0 T  分析得到的磨削效果,我们发现,工件表面粗糙度不仅与所用砂轮磨料的粒度和种类有密切关系,还与磨削液的配比有密切联系,不同成分和含量的磨削液,其化学特性相差悬殊,加工出来的表面粗糙度不同。采用HDMY—110和HDMY—200磨削液,我们加工出达到镜面的光学玻璃、蓝宝石、淬火钢、硬质合金、金属陶瓷、PCBN、单晶硅片等材料的试件。但对于钢结硬质合金就加工不出能够达到 200822691457.gif 14)的钢结硬质合金。这主要是因为磨削液的成分和含量对电解速度、成膜速度、成膜厚度、膜的硬度,以及被加工工件表面组织性能都有着很大的影响。针对被加工材料的不同,合理地调整磨削液中的成分和配比,以及铁基砂轮磨料的种类和粒度,可以获得最佳的磨削状态,从而得到更低的Ra值,达到精密加工的要求。* _" Q) J3 P! |% ^$ L* J5 S
4 结论
6 [# h2 t% f* F  采用ELID精密镜面磨削技术对钢结硬质合金进行精密加工,可得到表面粗糙度为10 nm量级的镜面,该方法可取代传统的多级研磨逐级精化工艺,具有一次磨削成形、效率高、表面质量好等优点,是一种很有发展前途的先进工艺方法。3 F  Y' b/ M9 j8 a3 `5 U5 R
文章关键词: 磨削技术
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