1鋼結硬質合金在磨削......



1　鋼結硬質合金在磨削中存在的問題
　　鋼結硬質合金是以工具鋼或合金鋼為粘結相，以難熔金屬碳化物（主要是WC、TiC）作硬質相用粉末冶金的方法制備的，其組織特點是微細的硬質相晶粒彌散地分布于鋼基中。合金中的硬質相主要賦予材料以高硬度和高耐磨性，粘結相又賦予材料以鋼的性能，因而使鋼結硬質合金具有鋼和硬質合金的綜合性能，使其在各個領域中得到了廣泛應用。但其本身的加工制造卻很困難，特別是精密加工，這是因為硬質相和粘結相的硬度差別較大，鋼基容易被切除，而硬質點不易被切除，且其晶粒容易從合金表面剝落下來，從而在表面形成具有硬質相晶粒一樣大小的孔隙。同時鋼基的韌性大，在一定的磨削溫度、接觸壓力和相對速度條件下，磨屑填滿磨粒之間的氣孔，使砂輪急劇堵塞工件表面產生燒傷，因而傳統的加工方法很難獲得低的表面粗糙度，且多級研磨效率低，成本高。
　　 運用在線電解連續修整（ELID）的金屬結合劑超細顆粒金剛石砂輪磨削鋼結硬質合金，表面粗糙度可達10 nm左右，且效率高。本試驗采用ELID鏡面磨削技術對鋼結硬質合金進行精密加工，很容易得到低粗糙度鏡面。
2　ELID磨削技術的基本原理
在線電解修整鏡面磨削是日本在20世紀90年代初發展起來的一種超精密加工新技術，它采用鑄鐵或鐵纖維結合劑金剛石或CBN砂輪，利用電解過程中的陽極溶解現象，對砂輪進行在線電解修銳磨削，電解電源采用直流脈沖電源，電解液采用弱電解質的水溶液。鑄鐵砂輪為陽極，電解中，砂輪表面的鐵元素變成Fe2O3氧化膜，使不能電解的金剛石或CBN磨料凸出于砂輪表面。磨鈍的磨料隨著電解的進行及時脫落，使砂輪始終處于銳利狀態。同時生成的氧化膜又起著抑制電解過程繼續進行的作用，使砂輪損耗不致太快。當砂輪表面磨粒磨損后，氧化膜被工件表面刮擦去除，電解過程繼續進行，對砂輪表面繼續進行修整。這是一個循環的過程，既避免了砂輪過快損耗，又能自動保持砂輪表面的磨削狀態［1～3］,見下圖。
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ELID磨削原理示意圖
3　ELID磨削技術對鋼結硬質合金的應用
3.1　試驗條件
試驗設備、試驗參數見表1、表2
表1　試驗設備
磨床MM7120型
砂輪W1.5（CIB-D）砂輪和W1.5金剛石、CBN混合磨料鐵基砂輪（自制）
專用電源HDMD—Ⅱ型ELID鏡面磨削高頻脈沖電源(自制)
專用磨削液HDMY—201電解磨削液(自制)

表2　試驗參數
磨削
參數主軸轉速(r/min)1 500
橫向進給速度(mm/行程)0.1～3
工作臺速度(m/s)0.05～0.08
磨削深度(mm)0.001～0.005
電解
參數電壓(V)90～105
電流(A)1～3
電極間隙(mm)0.1～0.75


3.2　磨削效果及分析
　　 在以上條件下對鋼結硬質合金進行鏡面磨削，工件表面粗糙度Ra=0.003 μm～0.011 μm。若采用更細的砂輪（W1以上），則會明顯降低Ra值，取得更好的表面粗糙度。
　　 分析得到的磨削效果，我們發現，工件表面粗糙度不僅與所用砂輪磨料的粒度和種類有密切關系，還與磨削液的配比有密切聯系，不同成分和含量的磨削液，其化學特性相差懸殊，加工出來的表面粗糙度不同。采用HDMY—110和HDMY—200磨削液，我們加工出達到鏡面的光學玻璃、藍寶石、淬火鋼、硬質合金、金屬陶瓷、PCBN、單晶硅片等材料的試件。但對于鋼結硬質合金就加工不出能夠達到13的鏡面,改用專用磨削液HDMY—201和金剛石、CBN混合磨料鐵基砂輪，在其它條件都不變的情況下，磨出了達到鏡面（14）的鋼結硬質合金。這主要是因為磨削液的成分和含量對電解速度、成膜速度、成膜厚度、膜的硬度，以及被加工工件表面組織性能都有著很大的影響。針對被加工材料的不同，合理地調整磨削液中的成分和配比，以及鐵基砂輪磨料的種類和粒度，可以獲得最佳的磨削狀態，從而得到更低的Ra值，達到精密加工的要求。
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4　結論