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硬质合金超精密镜面磨削的实验研究 |
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作者：大连理工大学 周曙光 徐中耀 关佳亮 |
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由于硬质合金的硬度高、脆性大、韧性差，加工性能差，采用传统方法难以满足精密及超精密加工的技术要求，而且工序多、效率低、成本高。运用ELID精密镜面磨削技术加工各种硬质合金，一次磨削成形，效果良好，表面粗糙度普遍达Ra10～20µm，且效率高、成本低，对机床精度要求不高，具有极大的推广价值和应用前景。
一、硬质合金超精密镜面磨削实验
1. 实验材料
实验材料见表1。表1 几种典型硬质合金的物理机械性能
| 种类 | 牌号 | 成分 | 物理机械性能 | | WC | TiC | Co | 密度
g/cm2 | 抗弯强度
MPa | 硬度
HRA | 冲击韧性
kg·m/cm2 | 线胀系数
×10-5(0～300℃) | | WC-Co | YG8 | 92 | - | 8 | 14.4～14.8 | 1500 | 89 | 0.25 | 4.5 | | YG20C | 80 | - | 20 | 13.4～13.6 | 2200 | 82 | | WC-TiC-Co | YT14 | 78 | 14 | 8 | 11.2～12.0 | 1200 | 90.5 | 0.07 | 6.21 | | YT30 | 66 | 30 | 4 | 9.35～9.7 | 900 | 92.5 | 0.03 | 钢结硬
质合金 | GT35 | - | 35 | - | 6.40～6.60 | 1400
～1800 | 85.5 | 0.6 | - |
2. 实验条件及参数
在MM7120型卧轴矩台平面磨床上，加装自行设计的ELID平面磨削装置，对上述牌号硬质合金进行ELID超精密镜面磨削实验。实验条件及参数见下列：
1) 实验设备
a. 改装的MM7120型平面磨床
b. 自制CIFB砂轮W10，W5，W1.5
c. 自制HDMD-II型ELID磨削专用
d. 高频直流脉冲电源
e. 自制HDMY-201型磨削液
2) 磨削参数
a. 主轴转速1440r/min
b. 横向进给速度0.1～3mm/行程
c. 工作台速度0.05～0.08m/s
d. 磨削深度0.001～0.005mm
3) 电解参数
a. 电压45～125V
b. 电流0.5～6.5A
c. 电极间隙0.1～0.75A
3. 实验结果
应用上述设备条件，通过调节电解参数和磨削参数，进行ELID超精密镜面磨削。采用日本KosakaLaboratory Ltd.公司制造的SE-3H型轮廓仪进行表面粗糙度的检测，微观尺寸放大倍数V=20000～50000，走纸方向放大倍数H=10，采样长度Ro0.25～0.3mm，测量长度L=2.5mm。磨后工件达到Ra6～17nm的镜面。检测结果见表2。表2 硬质合金超精密镜面磨削测量数据
| 硬质合金牌号 | Ra(µm) | | YG8 | 6 | | YG20C | 17 | | YT14 | 9 | | YT30 | 13 | | GT35 | 12 |
二、硬质合金超精密镜面加工机理分析
ELID精密镜面磨削中，一方面由于磨粒固着在结合剂中，对于单颗粒的固着磨粒而言，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，所以这种磨削方式下磨粒造成的破碎区要小得多；另一方面，砂轮表面电解生成的氧化膜具有一定的弹性，始终保持一定的厚度，而且其中容纳和承托着一定数量的因电解而脱落的磨料，使氧化膜成为一种含有微细磨料具有良好柔性的研磨膜。精磨时，由于进给量很小，氧化膜的厚度远大于磨料的出刃高度，使砂轮基体表层磨料在磨削中不与工件直接接触。砂轮上覆盖的这层绝缘氧化膜将代替金属基砂轮参与真正的磨削过程。当电解作用完全抑制时，氧化膜对工件进行光磨。所以，ELID磨削实际上是一种磨、研、抛合为一体的复合式精密镜面加工技术，其中磨粒主要是以滑动方式去除工件材料的，如图1所示。
图1 ELID超精密镜面磨削机理示意图
三、结论
采用ELID磨削技术加工硬质合金，可得到纳米级的高质量加工表面，通过控制磨削参数和电解参数等条件，实现高精度、低成本的精密超精密加工。该方法避免了传统磨削工艺中砂轮钝化、堵塞引起的加工表面脆性破坏，能取代传统的研磨抛光工艺，在硬脆材料的精密超精密加工领域中具有重大实用价值。
(切削技术网站 http://www.e-cuttech.com/)(end)
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(7/15/2005) |
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