硬質合金超精密鏡面磨削的實驗研究

>由于硬質合金的硬度高、脆性大、韌性差，加工性能差，采用傳統方法難以滿足精密及超精密加工的技術要求，而且工序多、效率低、成本高。運用ELID精密鏡面磨削技術加工各種硬質合金，一次磨削成形，效果良好，表面粗糙度普遍達Ra10～20µm，且效率高、成本低，對機床精度要求不高，具有極大的推廣價值和應用前景。一、硬質合金超精密鏡面磨削實驗1.實驗材料實驗材料見表1。表1幾種典型硬質合金的物理機械性能種類牌號成分物理機械性能WCTiCCo密度g/cm2抗彎強度MPa硬度HRA沖擊韌性kg·m/cm2線脹系數×10-5(0～300℃)WC-CoYG892-814.4～14.81500890.254.5YG20C80-2013.4～13.6220082WC-TiC-CoYT147814811.2～12.0120090.50.076.21YT30663049.35～9.790092.50.03鋼結硬質合金GT35-35-6.40～6.601400～180085.50.6-2.實驗條件及參數在MM7120型臥軸矩臺平面磨床上，加裝自行設計的ELID平面磨削裝置，對上述牌號硬質合金進行ELID超精密鏡面磨削實驗。

　　實驗條件及參數見下列：1)實驗設備a.改裝的MM7120型平面磨床b.自制CIFB砂輪W10，W5，W1.5c.自制HDMD-II型ELID磨削專用d.高頻直流脈沖電源e.自制HDMY-201型磨削液2)磨削參數a.主軸轉速1440r/minb.橫向進給速度0.1～3mm/行程c.工作臺速度0.05～0.08m/sd.磨削深度0.001～0.005mm3)電解參數a.電壓45～125Vb.電流0.5～6.5Ac.電極間隙0.1～0.75A3.實驗結果應用上述設備條件，通過調節電解參數和磨削參數，進行ELID超精密鏡面磨削。

　　采用日本KosakaLaboratoryLtd.公司制造的SE-3H型輪廓儀進行表面粗糙度的檢測，微觀尺寸放大倍數V=20000～50000，走紙方向放大倍數H=10，采樣長度Ro0.25～0.3mm，測量長度L=2.5mm。磨后工件達到Ra6～17nm的鏡面。檢測結果見表2。表2硬質合金超精密鏡面磨削測量數據硬質合金牌號Ra(µm)YG86YG20C17YT149YT3013GT3512二、硬質合金超精密鏡面加工機理分析ELID精密鏡面磨削中，一方面由于磨粒固著在結合劑中，對于單顆粒的固著磨粒而言，在磨削中其有效磨削尺寸只有磨粒尺寸的1/3，磨粒主要以微切削的方式去除材料，所以這種磨削方式下磨粒造成的破碎區要小得多；另一方面，砂輪表面電解生成的氧化膜具有一定的彈性，始終保持一定的厚度，而且其中容納和承托著一定數量的因電解而脫落的磨料，使氧化膜成為一種含有微細磨料具有良好柔性的研磨膜。精磨時，由于進給量很小，氧化膜的厚度遠大于磨料的出刃高度，使砂輪基體表層磨料在磨削中不與工件直接接觸。

　　砂輪上覆蓋的這層絕緣氧化膜將代替金屬基砂輪參與真正的磨削過程。當電解作用完全抑制時，氧化膜對工件進行光磨。所以，ELID磨削實際上是一種磨、研、拋合為一體的復合式精密鏡面加工技術，其中磨粒主要是以滑動方式去除工件材料的，如圖1所示。圖1ELID超精密鏡面磨削機理示意圖三、結論采用ELID磨削技術加工硬質合金，可得到納米級的高質量加工表面，通過控制磨削參數和電解參數等條件，實現高精度、低成本的精密超精密加工。該方法避免了傳統磨削工藝中砂輪鈍化、堵塞引起的加工表面脆性破壞，能取代傳統的研磨拋光工藝，在硬脆材料的精密超精密加工領域中具有重大實用價值。