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金剛石砂輪修整刀具的一些介紹

文章出處: 作者: 人氣:2422 發(fā)表時(shí)間:2017/10/26

截止2010年,我國各類型刀具市場份額中高速鋼刀具已經(jīng)低于60%,硬質(zhì)合金刀具已經(jīng)高于35%。整體硬質(zhì)合金刀具的使用性能主要由刀具設(shè)計(jì)、加工制造、整硬材質(zhì)以及刀具表面涂層處理幾方面決定,整硬刀具的加工制造主要采用磨削加工方法,磨削加工包含砂輪的選用、磨削參數(shù)的選擇、磨削液的使用等。就具體的生產(chǎn)過程而言,砂輪和磨削液相對固定,而磨削參數(shù)則隨著不同的加工對象變化,操作人員會(huì)在磨削過程中不斷進(jìn)行調(diào)整,具有很大的隨意性,磨削參數(shù)直接影響刀具的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率,所以有必要對在生產(chǎn)車間如何選用磨削參數(shù)進(jìn)行探討。
1磨削硬質(zhì)合金的砂輪種類
硬質(zhì)合金是以碳化鎢、碳化鈦等金屬碳化物作為硬質(zhì)相,以鈷等金屬作為粘接劑,通過粉末冶金的方法制成,具有較高的硬度(可達(dá)HRA89-93,顯微硬度1300-1800N/mm2)、較低的導(dǎo)熱系數(shù)(16.75-79.55W/m·K)、較低的抗彎強(qiáng)度(3.0-4.5GPa)及較大的彈性磨量(540-650GPa),常溫下為硬脆性材料,表現(xiàn)出與鋼件等材料不同的磨削要求。以前硬質(zhì)合金常使用綠色碳化硅砂輪進(jìn)行磨削,但是因?yàn)樘蓟枘チS捕冗€不夠高(顯微硬度32000 -34000N/mm2),在磨削硬質(zhì)合金時(shí)磨粒容易磨耗鈍化,造成磨削力增大、磨削溫度過高,導(dǎo)致刀具表面形成裂紋等缺陷,同時(shí)碳化硅砂輪的脫粒過快,砂輪形狀不易保持,造成刀具尺寸不穩(wěn)定。
由于金剛石具有高硬度,磨粒切削刃鋒利,耐磨性極高,近年來金剛石砂輪已經(jīng)基本上替代了碳化硅砂輪成為磨削硬質(zhì)合金的首選。金剛石砂輪的主要特性參數(shù)有:①粒度,用來表示金剛石磨粒的平均尺寸,常用粒度有D64、D46、D35(FEPA標(biāo)準(zhǔn))等;②濃度,指每立方厘米的磨料層中所含的金剛石的克拉數(shù),常用濃度為C100,表示金剛石含量為4.4ct/cm3;③結(jié)合劑,常用的有金屬結(jié)合劑(M)、樹脂結(jié)合劑(B)、陶瓷結(jié)合劑(V);④形狀,例如平形砂輪、碗型砂輪、斜邊砂輪等;⑤外形尺寸,例如某廠家的金剛石砂輪型號:1A1-100T6X5-D64C10B55表示砂輪形狀為平形砂輪,直徑100,厚度6,磨粒層厚5,金剛石粒度為D64,濃度為C100,樹脂結(jié)合劑。
2磨削常見問題分析與措施
2.1 磨削裂紋
整體硬質(zhì)合金刀具在磨削過程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋,這是由于刀具表面形成了拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過刀具材料的抗拉極限時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋,文獻(xiàn)[4]指出,硬質(zhì)合金材料在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對在磨削過程中殘余應(yīng)力的形成沒有影響,所以應(yīng)從磨削過程來尋找拉應(yīng)力的來源。
磨削中磨粒與工件的接觸過程可依次分為彈性變形階段、塑性變形階段和切屑形成階段[5]。在彈性變形階段,由于整個(gè)磨削系統(tǒng)彈性變形,磨粒摩擦工件但不進(jìn)入工件表面,產(chǎn)生摩擦熱并在工件表面形成熱應(yīng)力;在塑性變形階段,磨粒逐漸刻劃進(jìn)入工件,工件材料向磨粒兩側(cè)隆起,但未形成切屑,此時(shí)除磨粒與工件表面發(fā)生摩擦外,更重要的是工件內(nèi)部發(fā)生摩擦,工件表層不僅形成熱應(yīng)力,還由于塑性變形產(chǎn)生變形應(yīng)力;在切屑形成階段,磨粒更加深入工件,工件表面除形成隆起之外還形成磨屑從磨粒前刀面流出,也形成熱應(yīng)力和變形應(yīng)力。
熱應(yīng)力在工件表面形成拉應(yīng)力,變形應(yīng)力在工件表面形成壓應(yīng)力[4],要降低拉應(yīng)力就要設(shè)法降低磨削溫度。磨削參數(shù)對磨削溫度的影響是[5]:磨削深度ap越大,砂輪線速度Vs越高,軸向進(jìn)給量fa越小,工件速度Vw越小時(shí),工件表面的溫度就越高,有針對性地調(diào)整磨削參數(shù)可有效降低磨削溫度。
2.2 磨削粗糙度
金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金的各項(xiàng)磨削參數(shù)對工件表面粗糙度有直接影響,文獻(xiàn)[6]通過對陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金表面粗糙度的研究得出結(jié)論,磨削參數(shù)對表面粗糙度的影響程度依次為:橫向進(jìn)給速度>砂輪線速度>磨削行程>磨削深度。當(dāng)橫向進(jìn)給速度、磨削行程、磨削深度增大時(shí),表面粗糙度增大;當(dāng)砂輪線速度增大時(shí),表面粗糙度降低,因?yàn)楫?dāng)其他參數(shù)不變時(shí),砂輪線速度增大使單位時(shí)間內(nèi)參與磨削的磨粒數(shù)量增加,每顆磨粒去除的材料減小,產(chǎn)生的劃痕、隆起等也較小。
2.3 磨削效率
磨削效率可用每分鐘磨除量QZ來表示,QZ=1000VWfaap(mm3/min),可見磨削效率與砂輪線速度無關(guān),而與工件速度、軸向進(jìn)給速度以及磨削深度成正比。在QZ相同的情況下,加大砂輪線速度可降低工件表面粗糙度,在同樣的粗糙度要求下,增加砂輪線速度可提高工件速度、軸向進(jìn)給速度以及磨削深度,從而提高QZ。
2.4 砂輪消耗
在磨削硬質(zhì)合金的過程中,金剛石砂輪會(huì)逐漸磨損,其形式有磨粒磨耗、磨粒破碎和磨粒脫落[5,7]。磨粒在工作過程中因受到機(jī)械摩擦作用、粘接作用、擴(kuò)散和化學(xué)作用而產(chǎn)生磨損,金剛石砂輪在磨削Al2O3工程陶瓷材料時(shí),磨粒將發(fā)生磨耗磨損而形成反光的小平面。隨著磨損小平面的增大,磨粒受到的力也逐漸增大,部分磨粒出現(xiàn)局部破碎的情況,該破碎為解理破壞,是沿著金剛石晶粒中化學(xué)鍵強(qiáng)度最弱的方位面產(chǎn)生的。磨粒局部解理破碎會(huì)形成新的切削刃,也是砂輪自勵(lì)的一個(gè)重要途徑。隨著磨粒及其周圍結(jié)合劑的逐漸磨損,結(jié)合劑橋截面逐漸縮小,對磨粒的把持力也逐漸降低,當(dāng)磨粒受到的磨削力超過把持力時(shí)磨粒就會(huì)脫落,脫落后該位置的結(jié)合劑會(huì)迅速磨損掉,從而露出下層的新磨粒參加磨削,該過程為砂輪自勵(lì)的另一個(gè)重要途徑。
Al2O3工程陶瓷材料與硬質(zhì)合金的機(jī)械性能相近,同屬脆硬性材料,所以上述過程也應(yīng)該適用于金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金。磨粒磨耗、磨粒破碎和磨粒脫落三種砂輪磨損方式中哪一種起主導(dǎo)作用,與結(jié)合劑、砂輪硬度、工件材料、加工條件以及磨削參數(shù)有關(guān)。其他條件不變時(shí),砂輪線速度越大,每個(gè)磨粒的磨削深度越小、受到的磨削力也越小,雖然磨??偟哪ハ餍谐淘黾樱且?yàn)榻饎偸チ>哂蟹浅8叩哪湍バ?,所以磨粒的壽命?huì)顯著增加。當(dāng)磨削深度增加時(shí),磨粒每次磨屑的形成會(huì)增加,產(chǎn)生的磨屑堆積在磨粒前部空隙處,對結(jié)合劑產(chǎn)生侵蝕,同時(shí)增加了磨粒的受力,會(huì)加大磨粒脫落的可能性。當(dāng)進(jìn)給速度或者工件轉(zhuǎn)速增加時(shí),磨粒所切削的未變形切屑最大厚度增加,導(dǎo)致磨粒的受力增大,可能直接把磨粒從結(jié)合劑中“蹦出來”??梢钥闯觯蟮纳拜喚€速度、小的磨削深度以及進(jìn)給速度有利于延長砂輪壽命、降低砂輪的自銳性能,當(dāng)砂輪鈍化后需要進(jìn)行修整修銳等操作,修整時(shí)會(huì)去除大量的磨粒,反而會(huì)加大砂輪的消耗,同時(shí)低進(jìn)給速度和磨削深度也會(huì)降低磨削效率,所以不能一味地追求高線速度和低進(jìn)給速度,而是需要合理選擇上述參數(shù)。

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