硬质合金超精密镜面磨削的实验研究
硬质合金超精密镜面磨削的实验研究
作者：大连理工大学 周曙光 徐中耀 关佳亮
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
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
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。
精密与特种加工技术课后答案
《精密与特种加工技术》课后答案 第一章 1.精密与特种加工技术在机械制造领域的作用与地位如何 答：目前，精密和特种加工技术已经成为机械制造领域不可缺少的重要手段，在难切削材料、复杂型面、精细零件、低刚度零件、模具加工、快速原形制造以及大规模集成电路等领域发挥着越来越重要的作用，尤其在国防工业、尖端技术、微电子工业方面作用尤为明显。由于精密与特种加工技术的特点以及逐渐被广泛应用，已引起了机械制造领域内的许多变革，已经成为先进制造技术的重要组成部分，是在国际竞争中取得成功的关键技术。精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。 2.精密与特种加工技术的逐渐广泛应用引起的机械制造领域的那些变革 答：⑴提高了材料的可加工性。 ⑵改变了零件的典型工艺路线。 ⑶大大缩短新产品试制周期。 ⑷对产品零件的结构设计产生很大的影响。 ⑸对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响。 3.特种加工工艺与常规加工工艺之间有何关系应该改如何正确处理特种加工与常规加工之 间的关系 答：常规工艺是在切削、磨削、研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺，而且今后也始终是主流工艺。但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多，常规传统工艺必然难以适应。所以可以认为特种加工工艺是常规加工工艺的补充和发展，特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺，但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺。 4.特种加工对材料的可加工性以及产品的结构工艺性有何影响举例说明. 答：工件材料的可加工性不再与其硬度，强度，韧性，脆性，等有直接的关系，对于电火花，线切割等加工技术而言，淬火钢比未淬火钢更容易加工。 对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响，以往普遍认为方孔，小孔，弯孔，窄缝等是工艺性差的典型，但对于电火花穿孔加工，电火花线切割加工来说，加工方孔和加工圆孔的难以程度是一样的，相反现在有时为了避免淬火产生开裂，变形等缺陷，故意把钻孔开槽，等工艺安排在淬火处理之后，使工艺路线安排更为灵活。 第二章 1.简述超精密加工的方法，难点和实现条件 答：超微量去除技术是实现超精密加工的关键，其难度比常规的大尺寸去除加工技术大的多，因为：工具和工件表面微观的弹性变形和塑性变形是随即的。精度难以控制，工艺系统的刚度和热变形对加工精度有很大的影响，去除层越薄，被加工便面所受的切应力越大，材料就
ELID精密镜面内孔磨削技术的应用
工艺与检测 ELID 精密镜面内孔磨削技术的应用 哈尔滨工业大学 关佳亮 袁哲俊 张飞虎 摘要 采用金属基超硬磨料砂轮和在线电解修整(ELID)技术对碳化硅陶瓷、工具钢等材料进行精密镜面内孔磨削,得到了表面粗糙度R a 0.02～0.035 m 的加工表面。 关键词 在线电解修整(ELID ) 镜面磨削 磨削效果 在线电解修整(ELID)精密镜面磨削技术具有效率高、加工精度高、表面质量好、加工装置简单及适应加工材料广等特点。目前,ELID 磨削技术在日本获得了广泛的应用,有几十家大公司将它用于实际生产。加工材料包括各种黑色金属和非金属硬脆材料。应用行业涉及电子、机械、光学、仪表、汽车等许多领域。由于ELID 磨削技术的优点,加之具有广泛的应用前景,使得ELID 磨削技术受到各国的重视。我国以哈尔滨工业大学袁哲俊教授为首的ELID 研究室,致力于ELID 磨削技术的机理研究和应用技术的开发,继成功地在平面磨床和外圆磨床上实现ELID 磨削之后,又成功地开发了用于M G 1420E 万能外圆磨床的内孔ELID 磨削实验系统,实现了ELID 精密镜面内孔磨削。 1 ELID 镜面磨削的基本原理 图1是ELID 精密镜面磨削机理的示意图。它针对金属结合剂金刚石和CBN 砂轮难于修整的特点,利用在线电解修整作用,连续修整砂轮来获得恒定的出刃高度和良好的容屑空间。同时,随着电解过程的进行,在砂轮表面逐浙形成一层钝化膜,阻止电解过程继续进行,使砂轮损耗不致太快,当砂轮表面的磨粒磨损后,钝化膜被工件表面磨屑刮擦去除,电解过程得以继续进行,对砂轮表面进行修整。上述过程循环进行,既避免了砂轮过快消耗, 又自行保持砂轮表面的磨削能 图1 ELID 精密磨削机理示意图 力。 2 内孔磨削的ELID 装置 2.1 MG1420E 万能外圆磨床上的内孔磨削电解装置 如图2所示装置实现了在小直径内孔加工过程中的ELID 磨削。 (a)电解过程 (b)磨削过程 图2 内孔磨削ELID 电解装置结构示意图 电解装置在设计中应注意以下几点: 电极用不锈钢制造; 电极在径向和轴向双向可调,以保证其与砂轮间隙控制在0.1～1.5mm 范围内; 电解磨削液喷嘴位置应使电解磨削液充满整个电极与砂轮之间的间隙,以保证砂轮充分电解; 电极应与机床充分绝缘。 2.2 HDMD —Ⅱ型ELID 镜面磨削高频脉冲电源 根据ELID 磨削机理,参考日本有关资料我们自制了一台ELID 专用电源HDM D —Ⅱ型ELID 镜面磨削高频脉冲电源。该电源具有如下功能和特点: 可通过分别选通三条回路中的一条或多条来改变工作电流。电流变化范围2～9A; 直流、脉冲可以互相变换,其电压变化范围为60V 、80V 、100V; 频率在50Hz ～200kHz 之间可调; 占空比在10%～90%之间任意选择; 体积小、重量轻。 ? 25?1998年第1期
磨削加工的发展趋势论文
磨削加工的发展趋势 王哲 （北京石油化工学院机械工程学院，机G111班） 摘要多年以来随着我国制造业技术水平的不断发展进步，机械制造业有了长足的发展，磨削加工作为机械制造业金属切削加工方法中的一种，有着不可替代的位置及十分重要的作用，相对于早期的磨削加工技术，今天的金属磨削加工技术有了很大的变化，无论是从材料性质，刀具材料以及磨削加工技术等都有了很大的发展变化，本文主要就磨床磨削加工及发展趋势做简单的介绍。 关键词超高速磨削相关技术；数控磨床；精密磨削；刀具材料 1引言 对于目前机械加工领域磨削加工技术发生的变化，磨削加工技术的发展变化，本文作了简要的论述，磨削加工技术的主要发展方向是自动化、集成化、高速化、精密化等方向发展，分别对应的数控磨床、超高速磨削技术、精密磨削技术，此外刀具材料也发生了很大的变化，向能够耐高温、可用于高速加工等。本文主要引用近几年发表的文献，对于研究磨削加工技术发展有一定的帮助，本文就几个磨削加工的主要发展方向作简要的论述。 在机械制造中，有许多金属加工方法，例如切削加工、电加工、冷冲压、铸造、锻造、焊接、粉末冶金、化学加工和特种加工等。金属切削加工时利用切削刀具在工件上切除多余的金属层，从而获得具有一定的尺寸、形状、位置和表面质量的机器零件的一种加工方法。他已被广泛应用于生产实践中。金属切削机床是用切削方法将金属毛坯加工成机器零件的机床。在各类机械制造部门所拥有的装备中，机床占百分之五十以上，所负担的工作量占总加工量的一半以上，机床的技术水平高低直接影响机械产品的质量和零件制造的经济性。 我们对于磨削技术发展应该有一个简单的了解，一般来讲，按砂轮线速度的高低将磨削分为普通磨削和高速磨削以及超高速磨削。按磨削精度将磨削分为普通磨削、精密磨削、超精密磨削。按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削。高效磨削包括高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削、快速短行程磨削、高速重负荷磨削。[2]高速高效磨、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快，如德国的Aachen大学、美国Connecticut大学等，有的在实验室完成了V为250m/s、350m/s、400m/s 的实验。据报道，德国Aachen大学正在进行目标为500m/s的磨削实验研究。在实用磨削方面，日本已有200m/s的磨床在工业中应用。在我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史，如湖南大学在70年代末期便进行了80m/s、120m/s的磨削工艺实验，前几年某大学也计划开展250m/s的磨削研究。在实际应用中，砂轮线速度，一般还是45m/s-60m/s。[2]对于磨削加工是一种常用的半精加工和精加工方法，砂轮是磨削的切削工具，磨削是由砂轮表面大量随机分布的磨粒在工件表面进行滑擦、刻划和切削三种作用的综合结果。磨削的基本特点如下：
硬质合金超精密镜面磨削的实验研究
硬质合金超精密镜面磨削的实验研究 作者：大连理工大学 周曙光 徐中耀 关佳亮 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 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。
硬质合金刃磨技巧
硬质合金刃磨技巧 硬质合金刀片硬度高、脆性大、导热性差、热收缩率大，通常应采用金刚石砂轮进行刃磨。但因金刚石砂轮价格昂贵，磨损后不易修复，因此很多工厂仍采用普通砂轮 进行刃磨。在刃磨过程中，由于硬质合金硬度较高，普通砂轮的磨粒极易钝化，剧烈 的摩擦使刀片表面产生局部高温，形成附加热应力，极易引起热变形和热裂纹，直接 影响刀具使用寿命和加工质量。因此，应采取必要措施防止刃磨裂纹的产生。通过加 工实践，总结出以下可有效防止或减少刃磨裂纹的工艺措施。 1 负刃刃磨法 负刃刃磨法是指在刃磨刀具前，先在前刀面或后刀面上磨出一条负刃带。硬质合金 属于硬脆材料，刃磨时因砂轮振动使刀具受到冲击载荷，容易发生振裂；同时，磨削 区的瞬间升温与冷却使热应力可能超过硬质合金的强度极限而产生热裂纹。采用负刃 刃磨法可提高刀片强度，增强刀片抗振性和承受冲击载荷的能力，并增大受热面积， 防止磨削热大量导向刀片，从而减少或防止裂纹产生。 2 用二硫化钼浸润砂轮 在常温状态下，将粉状二硫化钼与无水乙醇制成混合溶液，然后在密闭容器内（防 止乙醇挥发）将新的普通砂轮浸泡在混合溶液中，14小时后取出，自然干燥18～20 小时，使砂轮完全晾干。经上述处理的砂轮内部空隙中充满二硫化钼，对磨粒可起到 润滑作用，使砂轮排屑良好，不易堵塞。试验证明，用二硫化钼浸润过的砂轮磨削硬 质合金刀片时，磨削锋利，磨粒不易钝化，工件变形小，排屑顺畅，磨屑形状基本呈 带状，可带走大部分磨削热，从而改善磨削效果，提高刀片成品率。 3 合理选用磨削用量 若刃磨过程中摩擦力过大，可导致磨削温度急剧上升，刀片易发生爆裂，因此合理 选用磨削用量十分重要。常用的合理磨削用量为：圆周速度v=10～15m/min，进给量f纵=0.5～1.0m/min，f横=0.01～0.02mm/行程。手工刃磨时，纵向和横向进给量均 不宜过大。 4 其它工艺措施 刀杆刚性不足、刀具夹持不稳、机床主轴跳动等均可能引起刃磨裂纹的产生，因此，由机床、砂轮、夹具和刀具组成的加工系统应具有足够刚性，且应控制砂轮的轴向和 径向跳动。 造成硬质合金刀具产生刃磨裂纹的因素较多，只有选用合适的砂轮，同时采用合理的 磨削工艺，才能有效避免裂纹产生，提高刃磨质量。
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精密与超精密磨削技术 一、精密与超精密磨削技术 国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削研究，以获得亚微米级尺寸精度。微细磨料磨削，用于超精密镜面磨削树脂结合剂砂轮金刚石磨粒平均直径可小至4μm。日本用激光研磨过人造单晶金刚石上切出大量等高性一致微小切刃，对硬脆材料进行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨削难加工材料，精度可达0.025μm。日本开发了电解线修整(ELID)超精密镜面磨削技术，使得用超细微(或超微粉)超硬磨料制造砂轮成为可能，可实现硬脆材料高精度、高效率超精密磨削。作平面研磨运动双端面精密磨削技术，其加工精度、切除率都比研磨高得多，且可获得很高平面度,工具模具制造，磨削保证产品精度质量最后一道工序。技术关键除磨床本身外、磨削工艺也起决定性作用。磨削脆性材料时，由于材料本身物理特性，切屑形成多为脆性断裂，磨剂后表面比较粗糙。某些应用场合如光学元件，这样粗糙表面必须进行抛光，它虽能改善工件表面粗糙度，但由于很难控制形状精度，抛光后经常会降低。为了解决这一矛盾，80年代末日本欧美众多公司研究机构相继推回了两种新磨削工艺：塑性磨削（Ductile Grinding）镜面磨削（Mirror Grinding）。 1.塑性磨削它主要针对脆性材料而言，其命名来源出自该种工艺切屑形成机理，即磨削脆性材料时，切屑形成与塑性材料相似，切屑通过剪切形式被磨粒从基体上切除下来。所以这种磨削方式有时也被称为剪切磨削（Shere Mode Grindins）。由此磨削后表面没有微裂级形成，也没有脆必剥落时元规则凹凸不平，表面呈有规则纹理。 塑性磨削机理至今不十分清楚切屑形成由脆断向逆性剪切转变为塑断，这一切削深度被称为临界切削深度，它与工件材料特性磨粒几何形状有关。一般来说，临界切削深度100μm以下，因而这种磨削方法也被称为纳米磨削（Nanogrinding）。根据这一理论，有些人提出了一种观点，即塑性磨削要靠特殊磨床来实现。这种特殊磨床必须满足如下要求：（1）极高定位精度运动精度。以免因磨粒切削深度超过100μm时，导致转变为脆性磨削。 （2）极高刚性。因为塑性磨削切削力远超过脆性磨削水平，机床刚性太低，会因切削力引起变形而破坏塑性切屑形成条件。 2.镜面磨削顾名思义，它关心不切屑形成机理而磨削后工件表面特性。当磨削后工件表面反射光能力达到一定程度时，该磨削过程被称为镜面磨削。镜面磨削工件材料不局限于脆性材料，它也包括金属材料如钢、铝钼等。为了能实现镜面磨削，日本东京大学理化研究所NakagawaOhmori教授发明了电解线修整磨削法ELID（Electrolytic In-Process Dressing）。 镜面磨削基本出发点：要达到境面，必须使用尽可能小磨粒粒度，比如说粒度2μm乃至0.2μm。ELID发明之前，微粒度砂轮工业上应用很少，原因微粒度砂轮极易堵塞，砂轮必须经常进行修整，修整砂轮辅助时间往往超过了磨削工作时间。ELID首次解决了仅用微
使用三轴精密数控磨床的镜面陶瓷磨削剖析
三轴数控磨床的镜面陶瓷磨削 摘要:在这篇文章中，利用陶瓷材料如Si3N4和Al2O3-TiC等实现了工件平均表面粗糙度小于10nm的水平。针对这套磨削操作系统，已设计和制造出了三轴数控研磨机床。磨床由空气轴、高阻尼树脂混泥土底座和一个三轴数控控制器带有高分辨交流伺服系统组成。磨床的动态特性，如轴的固有频率和阻尼均已通过实验测量。同时，利用光整加工使得砂轮平直度为1μm的精确度取得了有效的提升。?1997爱思唯尔的科学有限公司 1 简介 随着由硬脆材料组成的超精密零部件已经越来越多的被当今社会所利用，关于结构的制陶技术、电子的制陶术、光学玻璃和热加工钢铁已经逐步成为一项重要的研究领域。然而，研磨那些硬脆材料使用传统的研磨机是非常困难的，况且是超精密研磨。单点切断工件已经有效的应用于切断柔软的材料，但是不能用于硬脆材料。金刚石或CBN材料的研磨轮或许可以应用于这些硬脆材料，只要精度没有要求在亚微型。 近期，通过铸铁纤维结合金刚石砂轮研磨和电解加工（ELID）方法的发展使得超精密研磨那些硬脆材料逐步成为可能。通过这种方法，已经得到了硬脆材料的光滑镜面。这些镜面的表面粗糙度和形状精度已经分别达到了纳米和亚微型水平，为研磨机床提供了合适的静态和动态性能。因此，提高超精密研磨机床的刚度和高精确度以便用于脆硬材料的镜面磨削非常重要。同时，适用于特殊的陶瓷和机床的ELID的机械加工参数的测量也非常重要，因为机床的磨削由复杂的元素组成，比如滚珠丝杠、线性运动导向块等。 在这篇文章中，陶瓷材料的镜面磨削，如Si 3N 4 和 Al 2 3 -TiC材料应经完成 得到。对于磨削操作，原始型的三轴超精密数控研磨机已经设计和制造出。因为机床的底座与整体的动态刚性有很大的牵连，所以设计和制造出树脂凝结剂机床底座来提高它的动态性能。研磨机床的特性评价由研磨机床磨削硬脆材料时的振动测试完成。 2、研磨机床的设计 对于高的旋转精度和平滑进给运动，超精密研磨机床的轴和进给原理机制应当具有较高的刚度和低摩擦阻力。同时，结构材料也必须具备高刚度和高阻尼。由于空气静压主轴具有较高的旋转精度，因此已经广泛应用于超精密机床。在这篇文章中，因空气轴箱内有发动机驱动，具有高速转动和低摩擦功能而被选用。所构建的发动机类型去除了轴的装配以及携带发动机的困难，尽管未来轴的趋势是提高它的抗温性能。这台机床在X轴的行程长400mm,Y轴为250mm，Z轴为300mm。 这台机床的最大功率为1.1KW，主轴的转速在3400r/m到10000r/m之间。轴的转速取决于转换的频率。主轴的径向最大承受力为600N，轴向承受力最大为430N。在铸铁纤维（CIFB）结合金刚石砂轮使用ELID加工，使得剪切力在20N 到50N之间，这样的主轴机床是适合用于镜面磨削加工的。 滚珠丝杠和线性导向块是用于进给装置。三轴的位姿由交流伺服电动机和CNC管理控制，它们是由日本的FANUC公司制造。相对坐标的模型确定是用于伺
非球面光学零件超精密加工技术
非球面光学零件超精密加工技术 1．概述 1.1 非球面光学零件的作用 非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可相比的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，进步系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低本钱并有效的减轻仪器重量。 非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛，如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外看远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通讯的光纤接头、医疗仪器等中。 1.2 国外非球面零件的超精密加工技术的现状 80年代以来，出现了很多种新的非球面超精密加工技术，主要有：计算机数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的题目。前四种方法运用了数控技术，均具有加工精度较高，效率高等特点，适于批量生产。 进行非球面零件加工时，要考虑所加工零件的材料、外形、精度和口径等因素，对于铜、铝等软质材料，可以用单点金刚石切削(SPDT)的方法进行超精加工，对于玻璃或塑料等，当前主要采用先超精密加工其模具，而后再用成形法生产非球面零件，对于其它一些高硬度的脆性材料，目前主要是通过超精密磨削和超精密研磨、抛光等方法进行加工的，另外．还有非球面零件的特种加工技术如离子束抛光等。 国外很多公司己将超精密车削、磨削、研磨以及抛光加工集成为一体，并且研制出超精密复合加工系统，如Rank Pneumo公司生产的Nanoform300、Nanoform250、CUPE研制的Nanocentre、日本的AHN60―3D、ULP一100A(H)都具有复合加工功能，这样可以便非球面零件的加工更加灵活。 1.3 我国非球面零件超精密加工技术的现状 我国从80年代初才开始超精密加工技术的研究，比国外整整落后了20年。近年来，该项工作开展较好的单位有北京机床研究所、中国航空精密机械研究所、哈尔滨产业大学、中科院长春光机所应用光学重点实验室等。 为更好的开展对此项超精密加工技术的研究，国防科工委于1995年在中国航空精密机械研究所首先建立了国内第一个从事超精密加工技术研究的重点实验室。
精密磨削技术的历史与发展
精密磨削技术的历史与发展 随着科学技术水平不断的提高，磨削加工已广泛应用于金属及其他材料的粗、精加工，是非常重要的切削加工方式。目前，磨削加工已经成为现代机械制造领域中实现精密与超精密加工最有效、应用最广泛的基本工艺技术，为人们提供高精度、高质量、高度自动化的技术装备的开发和研制。 精密磨削中超硬磨料砂轮 精密磨削技术 磨削是指用磨料或磨具去除材料的加工工艺方法，一般来讲，按照砂轮线速度的高低可将其进行分类，把砂轮速度低于45 m/s的磨削称为普通磨削，把砂轮速度高于45 m/s的磨削称为高速磨削，把砂轮速度高于150m/s的磨削称为超高速磨削。 按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削（高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削、快速短行程磨削和高速重负荷磨削）。 磨削加工能达到的磨削精度在生产发展的不同时期有不同的精度范围，当前，按磨削精度将磨削分为普通磨削（加工精度＞1μm、表面粗糙度R a0.16~1.25μm）、精密磨削（加工精度1~0.5μm、表面粗糙度R a0.04~1.25μm）、超精密磨削（加工精度≤0.01μm、表面粗糙度R a≤0.01μm）。 精密加工是指在一定发展时期中，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺，当前是指被加工零件的加工精度为l～0.1μｍ，表面粗糙度值Ra0.2～0.01μｍ的加工技术。 精密磨削是目前对钢铁等黑色金属和半导体等脆硬材料进行精密加工的主要方法之一，在现代化的机械和电子设备制造技术中占有十分重要的地位。 精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮，主要靠对砂轮的精细修整，使用金刚石修整工具以极小而又均匀的微进给（10～15mm /min）。获得众多的等高微刃，加工表面磨削痕迹微细，最后采用无火花光磨。 由于微切削、滑移和摩擦等综合作用，达到低表面粗糙度值和高精度要求。高精密磨削的
超精密加工与光学器件制造
光学零件超精密加工 非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。 非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛，如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等中。 1.2国外非球面零件的超精密加工技术的现状 80年代以来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有：计算机数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的问题。前四种方法运用了数控技术，均具有加工精度较高，效率高等特点，适于批量生产。 进行非球面零件加工时，要考虑所加工零件的材料、形状、精度和口径等因素，对于铜、铝等软质材料，可以用单点金刚石切削(SPDT)
的方法进行超精加工，对于玻璃或塑料等，当前主要采用先超精密加工其模具，而后再用成形法生产非球面零件，对于其它一些高硬度的脆性材料，目前主要是通过超精密磨削和超精密研磨、抛光等方法进行加工的，另外，还有非球面零件的特种加工技术如离子束抛光等。 国外许多公司己将超精密车削、磨削、研磨以及抛光加工集成为一体，并且研制出超精密复合加工系统，如RankPneumo公司生产的Nanoform300、Nanoform250、CUPE研制的Nanocentre、日本的AHN60―3D、ULP一100A(H)都具有复合加工功能，这样可以便非球面零件的加工更加灵活。 1.3我国非球面零件超精密加工技术的现状 我国从80年代初才开始超精密加工技术的研究，比国外整整落后了20年。近年来，该项工作开展较好的单位有北京机床研究所、中国航空精密机械研究所、哈尔滨工业大学、中科院长春光机所应用光学重点实验室等。 为更好的开展对此项超精密加工技术的研究，国防科工委于1995年在中国航空精密机械研究所首先建立了国内第一个从事超精密加工技术研究的重点实验室。 2.非球面零件超精密切削加工技术 美国UnionCarbide公司于1972年研制成功了R―θ方式的非球面创成加工机床。这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时
磨削技术及精密、超精密加工
郑州工业安全职业学院 毕业论文 题目：磨削技术及精密、超精密加工 姓名：赵会海 系别：机电工程系 专业：机电一体化 年级：08 机电二班 指导教师： 年月日
毕业论文成绩评定表 学生姓名赵会海学生所在系机电工程系 专业 班级 机电技术二班 毕业论文 课题名称 磨削技术及精密超精密加工 指导教师评语： 成绩： 指导教师签名： 年月日系学术委员会意见： 签名： 年月日
目录 前言 (1) 第一章磨削理论的研究 (2) 第一节磨削机理 (2) 第二节表面完整性 (2) 第二章砂带磨削技术 (5) 第一节沙袋磨削简介 (5) 第二节磨削工艺的进展 (5) 第三节精密及超精密磨削 (6) 第四节砂带磨削趋势 (7) 第三章精密与超精密磨削技术 (9) 第一节塑性磨削 (9) 第二节镜面磨削 (10) 第四章结论及展望 (14) 参考文献 ............................................. 错误！未定义书签。致谢 (16)
内容摘要 摘要:磨削在现代制造业中占有重要地位，技术发展迅速,国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。当前磨削除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展的重要方向之一。本文就精密和超精密磨削，砂带磨削,磨削自动化进行了研究与论述。 关键词:磨削技术, 砂带磨削, 磨削自动化 Abstract：The grinding holds the important status in the modern manufacturing industry, the technological development is rapid, domestic and foreign all uses the ultra microfinishing, the precise conditioning, the tiny grinding compound grinding tool carries on the submicron level to undercut the deep grinding the research, obtains the submicron level the size precision.Outside the current grinding except to ultra precise, the high efficiency and the ultra hard grinding compound direction develops, the automation also is one of grinding technological development important directions.This article on precise and the ultra microfinishing, the belt grinding, the grinding automation has conducted the research and the elaboration. Key word:ELID grinding technology, belt grinding, grinding automation.
几种精密磨削加工
几种精密磨削加工 第一节 精整和光整加工 精整加工是生产中常用的精密加工，它是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层，以提高工件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法，如研磨和沂磨等。光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，以减小工件表面粗糙度为目的的加工方法，如超级光磨和抛光等。一.研磨 研磨是在精加工基础上用研具和磨料从工件表面磨去一层极薄金属的一种磨料精密加工方法。尺寸公差等级可达IT5～IT3，Ra值可达0.1～0.008μm 。 1．研磨的种类 ① 湿研 将液状研磨剂涂敷或连续加注于研具表面，使磨料(W14～W5)在工件与研具间不断地滑动与滚动，从而实现对工件的切削。湿研应用较多。 ② 干研 将磨料(W3.5～W0.5)均匀地压嵌在研具表层上，研磨时需在研具表面涂以少量的润滑剂。干研多用于精研。 ③ 半干研 所用研磨剂为糊状的研磨膏，粗、精研均可采用。 2．研磨原理 ① 微细性： 可对工件进行0.01～0.1μm切削。 ② 随机性：工件与研具随机接触,高点相互修整，误差逐步减小，精度同时得到提高。 ③ 针对性：可检测工件，有针对性变动研磨位置和掌握研磨时间，保证尺寸和形状精度。 3．研具材料和研磨剂 1) 研具材料 铸铁：研磨淬硬和不淬硬的钢件及铸铁件。 黄铜：研磨各种软金属。 2) 研磨剂
① 磨料：氧化铝、碳化硅、氧化铁、氧化铈等。 ② 研磨液：机油、煤油、动物油及油酸、硬脂酸 4．研磨方法 1) 研磨外圆 说明：① 研磨外圆一般在精磨或精车基础上进行。手工研磨外圆可在车床上进行，工件和研具之间涂上研磨剂，工件由车床主轴带动旋转，研具用手扶持作轴向往复移动。 研磨示意图 ② 机械研磨外圆在研磨机上进行，一般用于研磨滚珠类零件的外圆。 研磨示意图 研磨示意图 2) 研磨内圆 说明：研磨内圆需在精磨、精铰或精镗之后进行，一般为手工研磨。研具为开口锥套，套在锥
我对精密超精密加工技术的认识
我对精密超精密加工技 术的认识 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
我对精密超精密加工技术的认识目前，精密、超精密技术在我国的应用已不再局限于国防尖端和航空航天等少数部门，它已扩展到了国民经济的许多领域，应用规模也有较大增长。计算机、现代通信、影视传播等行业，现都需要精密、超精密加工设备，作为其迅速发展的支撑条件。计算机磁盘、录像机磁头、激光打印机的多面棱镜、复印机的感光筒等零部件的精密、超精密加工，采用的都是高效的大批量自动化生产方式。 传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达~μ;m，最好可到μ;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤μ;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。抛光是利用机
磨削加工通用工艺
磨削加工通用工艺 范围 本守则规定了磨削加工的工艺规则，适用于公司的磨削加工。 2工件的装夹 2.1轴类工件装夹前应检查中心孔，不得有椭圆、碰伤、毛刺等缺陷，并擦干净，经热处理的工件，须修好中心孔，并加好润滑油。 2.2在两顶尖间装夹轴类工件时，装夹前要调整尾部，使两顶尖轴线重合在外圆磨床上用尾座顶紧顶紧工件磨削时，其顶紧力应适当，在磨削中还应根据工件的涨缩情况调整顶紧力。 2.4在平面磨床上用磁盘吸住磨削支承面较小或较高的工件时，应在适当位置增加挡铁，以防磨削时工件飞出。 3砂轮的选用和安装 3.1根据工件的材料、硬度、精度和表面粗糙的要求，合理选用砂轮牌号和精度。根据目前的生产情况，一般选用的砂轮牌号是GZ、GB，粒度为36#-46#。 3.2安装砂轮时，不得使用两个尺寸不同或不平的法兰盘，并在法兰盘和砂轮之间垫入橡皮等弹性垫。 3.3装夹砂轮时，必须在修砂轮前后进行静平衡，并进行空运转。 3.4修砂轮时，应不间断的充分使用冷却液。 4磨削加工 4.1在磨削工件前，机床应空运转5min以上。 4.2在磨削过程中，不得中途停车，要停车时，必须先停止进给退出砂轮。 4.3砂轮使用一段时间后，如发现工件产生棱形振痕，应拆下砂轮重新校平衡后使用。 4.4在磨削细长轴时，严禁使用切入法磨削。
4.5在平面磨床上磨削的工件，加工完应去磁。 4.6磨深孔时，尽可能先用较粗的磨杆，以增加刚性，砂轮转整要适当降低。 4.7在精磨结束前，应无进给量的多次走刀至无火花止。 5一般精磨外圆的切削用量 5.1纵进给量根据所要求的表面粗糙度而定。 表面粗糙度Ra1.6SB=(0.5-0.8)Bm 表面粗糙度Ra0.8-0.4SB=(0.25-0.5)Bm SB—纵进给量（mm/r）Bm—磨轮宽度mm 5.2横进给量
工件转速对硬质合金外螺纹磨削质量和效率的影响
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/2b11396902.html, 工件转速对硬质合金外螺纹磨削质量和效率的影响 作者：马海军罗登银 来源：《科学与财富》2017年第30期 摘要：本文以硬质合金3/4-10UNC-3A外螺纹喷嘴磨削为研究对象，加工设备为数控车床EL6140n改造的螺纹磨床，在相同砂轮线速度和组合进给量的前提下，改变工件转速，对螺纹的中径、根径、螺距、牙侧角、槽底R、砂轮修整频率、加工时间等行分析，研究工件转速对磨削质量效率的影响；试验表明磨削效率随工件转速增加而逐渐提高，同时砂轮的消耗也随工件转速而加快，槽底R和牙侧角变化速度加快，砂轮修整一次后加工产品数量逐渐减少。 关键词：工件转速；砂轮线速度；组合进给量；中径；根径；螺距；牙侧角；槽底R；修整频率；磨削效率；磨削时间；加工时间 一、前言 2008年前，耐磨零件分厂深加工对象主要是硬质合金套类零件，产品单一、市场风险 大，在石油行业不景气的年份，整条生产线大量人员富裕、设备闲置；为了适应市场多元化硬质合金深加工产品需求，在08年分厂成立了硬质合金螺纹喷嘴开发小组，针对石油采掘市场开发PDC钻头上的硬质合金螺纹喷嘴，为减少设备投资费用，在数控车床上组装一个多用磨床的内磨头，实现硬质合金外螺纹的磨削。2011年我对不同的工件转速进行试验，找出工件 转速对磨削效率影响的规律，为批量化生产提供可行的试验数据。 二、试验方案 1、试验前提 1）研磨设备：EL6140n车改磨，砂轮线速度13.5m/s 2）产品型号：3/4-10UNC-3A外螺纹螺纹喷嘴嘴，螺纹3/4-10UNC-3A 中径，根径，槽底R0.25±0.05，螺距2.54±0.03，牙侧角30°±25′，粗糙度Ra0.8 3）同一生产厂家的砂轮，砂轮规格150×8×32×6×4×60°，砂轮前角，砂轮后角，顶宽 0.25～0.3 4）磨削方式：深切缓进 5）组合进给量
非球面光学零件的超精密加工技术
Equipment Manufacturing Technology No.11，2012 非球面光学零件常用的有椭球面镜、抛物面镜、双曲面镜等，其是一种非常重要的光学零件。相对于球面镜而言，非球面镜具有许多优点，其可以消除球面镜片在光传递过程中产生的彗差、球差、像散、场曲及畸变等诸多不利因素，减少光能损失，具有高品质的光学特征，可以获得高品质的图像效果。另外，其能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，减轻仪器总质量，降低成本。 非球面光学产品的应用前景非常广阔，在国防、航空航天领域，大型或超大型光学产品的开发是空间和国防技术的关键，体现着一个国家的科技水平和经济实力。而在民用产品领域，如：数码相机、电脑摄像头、条形码读出头、光纤通讯以及激光产品等，也已经成为与人民生活息息相关的核心技术。因此，非球面光学零件超精密加工技术的研究一直是制造领域的热点。 １国外非球面零件的超精密加工技术 国外从２０世纪６０年代就开始了对非球面零件加工技术的研究，２０世纪８０年代以来出现了许多新的非球面超精密加工技术，主要有：计算机数控单点金刚石车削技术（ＳＰＤＴ）、超精密磨削和抛光技术、计算机控制光学表面成形技术（ＣＣＯＳ）、光学玻璃模压成型技术、光学塑料成型技术以及非球面零件的特种加工技术等。 １．１计算机数控单点金刚石车削技术 计算机数控单点金刚石车削技术（ＳＰＤＴ）是在超精密数控车床上，采用天然单晶金刚石刀具，在对机床和加工环境进行精确控制的条件下，直接利用天然金刚石刀具单点车削出符合光学品质要求的非球 面光学零件。该技术主要用于加工中小尺寸、中等批量的红外晶体和软金属材料的光学零件，其特点是生产效率高、成本低、重复性好、适合批量生产。１．２超精密磨削和抛光技术 超精密磨削和抛光能进一步提高光学零件的表面精度，尤其是对于采用玻璃、陶瓷等硬脆材料制造的非球面零件。其中，延性磨削方式可以使材料以“塑性”流动方式去除，加工表面不产生脆性断裂现象［２］。延性磨削方式可以保证未变形切削厚度小于脆性—— —塑性（或称延性）转换临界值。能满足这种磨削条件的方式称为延性磨削方式。 １．３计算机控制光学表面成形技术 计算机控制光学表面成形技术（ｃｏｍｐｕｔｅｒｏｐｔｉｃａｌｓｕｒｆｃｉｎｇ，ＣＣＯＳ）是利用一个比被加工器件小得多的抛光工具，根据光学表面面形检测的结果，由计算机控制加工参数和加工路径完成加工。由于计算机控制抛光可以精确地控制研抛过程中的材料去除量，和传统研抛方法相比，大大提高了加工效率和成品率。１．４光学玻璃模压成型技术 光学玻璃模压成型技术是一种高精度光学零件加工技术，开发于２０世纪８０年代中期。其是把软化的玻璃放入高精度的模具中，在加温加压和无氧的条件下，一次性直接模压成型出达到使用要求的光学零件。光学玻璃模压成型法具有工序简单集中，节省场地、可以批量生产的特点，但是模具精度要求极高，加工成本很高。 １．５光学塑料成型技术 光学塑料成型技术是目前制造塑料非球面光学零件的先进技术，包括注射成型、压制成型和铸造成型等技术。光学塑料注射成型技术主要用来生产直径１００ｍｍ以下的非球面光学零件，也可制造微型透 浅谈非球面光学零件的超精密加工技术 成清校１，宋健１，王鹏超２，路兰卿１ （１．北京航天试验技术研究所，北京１０００７４；２．西安航天动力试验技术研究所，西安７１０１００） 摘要：对国内外非球面光学零件的超精密加工技术、设备以及发展状况进行了分析和总结，指出了我国与国外先进水平的差距，并对我国非球面超精密加工技术的发展提出了建议。 关键词：非球面；光学零件；超精密加工 中图分类号：ＴＧ５０６文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１２）１１－０１０４－０３收稿日期：２０１２－０８－０６ 作者简介：成清校（１９８４—），男，工程师，工学硕士，主要研究方向为精密与超精密加工技术。 104
外径磨削加工工艺
一技术条件及检查方法 磨削轴承外圈外径（包括内圈挡边外径）的技术条件有：外径尺寸单一径向平面内的外径变动量（VDp）；单个套圈最大与最小单一外径之差（VDs）,圆形偏差外经表面母线对基准端面倾斜度变动量（SD）,母线直线性，外观（包括烧伤），表面粗糙度等。其容许偏差均规定于工序间技术条件和其他技术条件之中。 检查外径尺寸，单一径向平面内的外径变动量，单个套圈最大与最小单一外径之差，外径表面母线对基准端面倾斜度的变动量，均可在D913 D914等仪器上测量，其测量方法见图8-38所示。 测量前必须调整好仪器，表尖和相对应的支点的连线要通过工件圆心（通称找最大点），同时调整仪器各支点至端面的距离相等（通称同一个水平面），并大于倒角公称尺寸的两倍。测量时，在仪器上将套圈旋转一周以上，所测的是直径尺寸，同时在旋转时，所测的最大直径尺寸与最小直径尺寸之差为单一径向平面内的外径变动量。 对于单个套圈最大与最小单一外径之差的测量，习惯上是采用通过套圈中心的同一纵截面上两端直径之差的方法确定。 测量外径表面母线对基准端面倾斜度的变动量仍可在上述仪器上测量，其测量方法是图8-39所示，即以基准端面和外径母线一个支撑点定位，另一个为测量点，将套圈旋转一周以上，所测得的指针摆动量即是。 套圈圆形偏差的测量仍可在D913 D914等仪器上进行，但必须更换支撑点为V形块进行测量（若测量微型轴承套圈的圆形偏差时，则采用圆度仪测量），测量时将被测的套圈放在V形块上回转一周，其仪表读数的最大差之半作为单个截面圆度误差（图8-40） 为了扩大V形块的使用范围，可将测量表尖偏斜一个角度（图8-40a b），测量数值情况见表8-4
整体硬质合金刀具磨削裂纹的原因分析及其工艺改进
整体硬质合金刀具磨削裂纹的原因分析及其工艺改进 硬质合金, 刀具, 裂纹, 工艺, 磨削 1 引言 整体硬质合金刀具在航空航天业、模具制造业、汽车制造业、机床制造业等领域得到越来越广泛的应用，尤其是在高速切削领域占有越来越重要的地位。在高速切削领域，由于对刀具安全性、可靠性、耐用度的高标准要求，整体硬质合金刀具内在和表面的质量要求也更加严格。而随着硬质合金棒材尤其是超细硬质合金材质内在质量的不断提高，整体硬质合金刀具表面的质量情况越来越受到重视。众所周知，硬质合金刀具的使用寿命除了与其耐磨性有关外，也常常表现在崩刃、断刃、断裂等非正常失效方面，磨削后刀具的磨削裂纹等表面缺陷则是造成这种非正常失效的重要原因之一。这些表面缺陷包括经磨削加工后暴露于表面的硬质合金棒料内部粉末冶金制造缺陷(如分层、裂纹、未压好、孔洞等)以及磨削过程中由于不合理磨削在磨削表面造成的磨削裂纹缺陷，而磨削裂纹则更为常见。这些磨削裂纹，采用肉眼、放大镜、浸油吹砂、体视显微镜和工具显微镜等常规检测手段往往容易造成漏检，漏检的刀具在使用时尤其是在高速切削场合可能会造成严重的后果，因此整体硬质合金刀具产品磨削裂纹缺陷的危害很大。因此对整体硬质合金刀具磨削裂纹的产生原因进行分析和探讨，并提出有效防止磨削裂纹的工艺改进措施具有很重要的现实意义。 2 整体硬质合金刀具磨削裂纹的原因分析 2.1 整体硬质合金刀具的磨削加工特点 硬质合金材料由于硬度高，脆性大，导热系数小，给刀具的刃磨带来了很大困难，尤其是磨削余量很大的整体硬质合金刀具。硬度高就要求有较大的磨削压力，导热系数低又不允许产生过大的磨削热量，脆性大导致产生磨削裂纹的倾向大。因此，对硬质合金刀具刃磨，既要求砂轮有较好的自砺性，又要有合理的刃磨工艺，还要有良好的冷却，使之有较好的散热条件，减少磨削裂纹的产生。一般在刃磨硬质合金刀具时，温度高于600℃，刀具表面层就会产生氧化变色，造成程度不同的磨削烧伤，严重时就容易使硬质合金刀具产生裂纹。这些裂纹一般非常细小，裂纹附近的磨削表面常有蓝、紫、褐、黄等颜色相间的不同氧指数的钨氧化物的颜色，沿裂纹敲断后，裂纹断口的断裂源处也常有严重烧伤的痕迹，整个裂纹断面常因渗入磨削油而与新鲜断面界限分明。传统碳化硅砂轮磨削硬质合金由于磨削效率很低、磨削力较大、自砺性差以及磨削接触区表面局部温度高(高达1100℃左右)等造成刀具刃口质量差、表面粗糙度差和废品率高等缺点已逐渐被淘汰使用;而金刚石砂轮则由于磨削效率高、磨削力较小、自砺性好、金刚石刃口锋利、不易钝化以及磨削接触区表面局部温度较低(一般在400℃左右)等优点被广泛应用于硬质合金刀具的磨削加工中。但在整体硬质合金刀具的金刚石砂轮磨削过程中，由于磨削余量很大，加工方法、金刚石工具特性和磨削制度如果选择不当，也会造成刀具磨削接触区表面局部瞬时温度偏高，从而产生磨削裂纹。 2.2 整体硬质合金刀具磨削裂纹的产生机理分析 制造硬质合金刀具采用的金刚石磨削处理可以使刀具表面层的物理—机械特性变坏或者改善。决定表面层质量的基本参数是：微观形貌(即表面粗糙度)，表面层的结构和亚结构，第Ⅰ类残余应力值及其分布。烧结后的硬质合金通常具有不低于Rz5μm的表面粗糙度， 金刚石加工可以保证Rz不低于 2μm，在Rz= 1～5μm范围内显微粗糙度的深度实际上不影响硬质合金的寿命指标。在磨削加工中硬质合金晶粒内部的细微结晶结构参数也发生变化，嵌晶块发生破碎(相干分散区)，其值减小一个数量级，由(10～15)×10-5mm降到(10～15)×10-6mm。晶粒显微畸变值(Δd/d，第Ⅱ类应力)发生变化，表面层性能也相应变化。但是，实际上细微结晶结构参数变化与硬质合金寿命之间并未发现直接关系。所以在循环载荷下(如铣削力)硬质合金的使用寿命既与表面层的结构和亚结构无直接关联，又首先不是决定于表面粗糙度，而是决定于表面层的残余应力状态，即第Ⅰ类残余应力值及其沿截面的分布对硬质合金的强度和寿命起着决定性因素。表面层残余压应力的形成促使断裂源迁移到距离表面更深的受载荷较小的层次，抑制了裂纹的萌生和扩展，这就使得强度和寿命增加;同时随着硬质合金表面层残余压应力层分布深度的增加，其强度和寿命逐渐提高。而表面层形成的残余拉应力则促进裂纹的萌生和扩展，是产生裂纹的必要条件，且使得强度和寿命降低。但磨削后的表面往往既有残余压应力又有拉应力，因此，理想的磨削表面层状态应是表面层残余压应力值越高越好，残余压应力层分布越深越好；近表面层残余拉应力值越低越好，残余拉应力层越薄越好，最大拉应力值距离表面越深越好。反之，表面层较浅的压应力分布和近表面层过高的拉应力值则是萌生磨削裂纹的主要原因。所以，在磨削加工过程中应尽量减小和避免残余拉应力的产生。 在多数情况下硬质合金制品烧结后在表面层产生残余拉应力(起源于热)，这种拉应力值可达500～1000MPa。该应力层的深度不大于5～7μm，应力渗入深度不超过30～40μm。越接近表面，其值越高;钴含量越高，其值越高。因此烧结后的硬质合金抗弯强度值(TRS值)和疲劳寿命值很低。但磨削余量常大于0.1mm，因而随后的磨削加工在去除硬质合金表层后完全可以消除烧结合金中的残余拉应力，并形成新的应力状态。由此可见，烧结工艺引起的残余应力对在磨削过程中残余应力的形成没有影响。 在磨削加工过程中，影响刀具表面状态的有两个主要因素：施加的力和局部温度。施加的力对合金表面的作用会引起不可恢复的塑性变形、结构的变化和相变并伴随着单位体积的增大，从而导致形成残余压应力，提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、硬度、耐磨性和使用寿命等，亦即发生强化过程;局部温度对合金表面的作用会在表面层中产生不均匀的热塑性变形、结构和相的变化并伴随着单位体积的减小，从而导致形成残余拉应力、降低抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、硬度、耐磨性和使用寿命等，亦即发生弱化过程。因此，硬质合金刀具最终表面层状态是被强化还是被弱化，是残余压应力为主，还是残余拉应力为主，则取决于在磨削过程中对其表面的作用是以力为主还是以温度为主。当磨削过程中磨削接触区的局部瞬时温度达到一定程