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/c48594931.html,

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

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。

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/c48594931.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

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

硬质合金刀具的镜面磨削

硬质合金刀具的镜面磨削随着汽车发动机、航空航天工业、模具加工以及工程机械和其他高端精密机械加工领域对整体硬质合金刀具品质要求的不断提高，促进了国产整体硬质合金刀具从生产中低端产品向满足高端应用不断发展。据不完全统计，2010年我国金属切削刀具市场容量达330亿人民币，约占全球市场的20%，已成为全球最大的市场。其中，国产刀具约为220亿元，进口刀具约为110亿元。进口刀具基本上全是高端产品，而国产刀具中高端产品仅有20亿元，不到国产刀具总量的10%。可见，2010年我国高端刀具市场约有130亿元，而国产化率只有15%左右。自2000年起，中国开始大批量引进国外先进的五轴、六轴数控工具磨床，虽然许多企业拥有了先进的设备，但却大批量生产中低档刀具，造成了巨大的资源浪费。而要生产高端的刀具，只有实现观念的转变，才能在生产工艺和砂轮选择上把握正确方向。先进高效刀具是提高加工生产率和产品表面质量的重要因素之一。在高档数控加工中心上，可利用一把高效复合刀具替代多把单一功能刀具，按照加工程序自动完成复杂形状工件的加工，有利于提高生产效率、表面质量和降低生产成本。同时，采用先进高效刀具还能减少换刀时间、提高产品质量等。在对高效刀具进行磨削加工时，当确定了刀具材料、结构形状以及磨床选型后，砂轮就成为决定加工成败的重要因素。砂轮的技术含量和质量则决定了能否生产出符合设计要求的高品质刀具，因此，高端砂轮与先进的数控五轴、六轴数控工具磨床配合使用，才能达到生产出高端刀具的目标。为何要实现整体硬质合金刀具的镜面磨削？硬质合金刀具表面达到镜面级是高端产品的标志之一，同时也可以实现以下两个效果：（1）使刀具切削刃口的锯齿状降低到最低限度，增加刀具切削的锋利度，从而提高生产效率；（2）硬质合金刀具表面达到镜面级还可以避免积屑瘤的产生，延长刀具使用寿命。