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1、中国机械工程第11卷第8期2000年8月文章编号:1004-132Ⅹ(2000)08-0866-03ELID超精密磨削钢结硬质合金及其表面质量分析朱波袁哲俊张飞虎赵清亮摘要:运用铁基结合剂金刚石砂轮与专用高频脉冲电源相配合,对钢结硬质合金(GT35)进行在线电解修整(ELID)精密磨削。分析了ELID超精密镜面磨削异相非均质材料钢结硬质合金表面的磨削机理,并通过原子力显微镜对其表面进行了微观表面形貌的分析。研究结果表明,采用ELID磨削技术解决了钢结硬质合金零件的超精密磨削加工,钢结硬质合金磨削表面粗糙度可达纳米级,Ra≤20nm,并保证了钢结硬质合金零件的几何精度。朱波博士
2、研究生关键词:在线电解修整;精密磨削;钢结硬质合金;原子力显微镜中图分类号:TH16文献标识码:A镜面磨削技术作为精密及超精密加工的一种强度好、韧性大、耐磨损等特点,但是上述强化结重要手段,具有适用材料广泛、加工效率高、表面构也造成淬火后的钢结硬质合金的精密加工十分质量好等特点,广泛应用于机械、光学、航天航空困难。因为组成强化结构的两相具有差异悬殊的等领域。钢结硬质合金零件表面粗糙度及几何精物理、化学和力学性能,其中一相硬度高,一相韧度要求均较高,笔者将ELID磨削技术应用于钢性好,因此,在机械加工过程中,钢基体因硬度低结硬质合金零件的精密磨削加工,实现了钢结硬易去除,而碳化
3、物硬度高不易去除,造成加工表面质合金零件的精密镜面磨削加工,其表面粗糙度高低不平,不仅造成砂轮磨耗加快,而且通常得不达到Ra≤20nm,保证了钢结硬质合金零件的加到良好的加工表面。工质量,实现了以磨代研的工艺,提高了生产效率。1材料性质及分析钢结硬质合金是新型高效能工程材料,本研究采用的钢结硬质合金零件材料为GT35,材料[1]成分及性质见表1。表1试验用钢结硬质合金的成分代号化学成分(%)硬度值(a)AFM形貌平面图TiCCCrMoFeHV10GT35350.52.02.0其余933由表1可以看出其既有硬质合金的高硬度、高耐磨性,又有熔炼钢的可加工性。图1a是应用美国DI公
4、司生产的Nanoscaping-IIIA原子力显微镜(AFM)对GT35表面进行扫描所获得的微观表面形貌,图1b为其立体图像。由图1可看出,钢结硬质合金含有大量高硬度TiC硬质相凸出在基体表面,起抗磨作用。钢中还有多种碳化物同样起抗磨作用,其中碳化物相占总重量一半以(b)AFM形貌立体图上,钢结硬质合金的强韧性靠钢基体中碳和合金图1钢结硬质合金AFM形貌扫描图(80μm×80μm)[1]元素的作用,这使得钢结硬质合金呈现硬度高、2试验方法收稿日期:2000—05—04本试验采用精密卧轴矩台平面磨床·866·ELID超精密磨削钢结硬质合金及其表面质量分析——朱波袁哲俊张飞虎等M
5、M7120A,ELID镜面磨削多功能高频脉冲电源比原来有所降低,但是不改变砂轮去除材料的作JMDMD—I型与W10、W1.5铁基结合剂金刚石用方式,即仍然是固着状态的大量磨粒的微细切砂轮进行ELID精密磨削加工。使用表面轮廓测量削作用,而不像研磨那样借助磨粒的滚动而起刮仪测量钢结硬质合金表面粗糙度,并应用削作用。这层钝化膜取代了坚硬的铸铁结合剂,避Nanoscaping-IIIA原子力显微镜对钢结硬质合免了划擦引起表面质量的降低,并保证了磨钝磨金磨削表面进行微观分析。粒的及时脱落。另外,在磨削钢结硬质合金过程中,这层钝化膜含有丰富的磨削液,并将其带入磨3ELID精密磨削钢结硬
6、质合金磨削机理削接触弧区,充分发挥磨削液的作用,见图2。的研究该钢结硬质合金零件原来加工采用CBN砂轮进行半精磨,使零件表面粗糙度为Ra≤0.8μm,然后采用研磨的办法,以达到零件所要求的表面粗糙度Ra≤20nm。然而,采用研磨的方法不仅不易保证被加工零件的几何精度,而且被图2ELID磨削中超微细粒度砂轮的表面特征加工表面常发生严重的选择性去除,即较易去除对W1.5铁基金刚石砂轮进行在线电解预修的粘结相去除量较大,而硬质相碳化钛去除量较锐后,然后进行钢结硬质合金精密磨削,由此进入小,造成钢结硬质合金加工表面发生了严重的选ELID动态磨削阶段。在线电解修锐的作用实际择性去除特征
7、。造成这种现象的主要原因是研磨上维持砂轮良好的切削性能,当预修锐后的砂轮[2]媒介的弹性和两相具有不同的可加工去除性。进入磨削过程后,随着表层磨粒的钝化,工件对这加工表面发生选择性去除的结果,阻碍了加工表层钝化膜的刮除作用逐渐使最外层的氧化物减面粗糙度的进一步减小。此外,采用研磨加工,因薄,在线电解修锐重新加强,使得磨粒切削刃的出人的作用因素,加工表面不易获得较高的形状几刃高度和容屑空间再度形成,这种ELID在线电何精度。解动态修锐作用循环特征见图3。在砂轮的选取上,我们采用铁基金刚石砂轮。由于钢结硬质
