ELID镜面磨削硬质合金的工艺参数实验研究

KC:;3FF PC3FF-/0 ） 。7O)P 修锐法是近几年来金属结合 剂类超硬磨料修整技术的一项新成就， 由日本理化研 究所大森教授研制成功。利用 7O)P 法在线修锐金刚
影响规律。
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实验过程： 在不改变其它参数的情况下， 分别在硬 质合金试件上做磨削深度为 ’( !2、 &( !2、 1 !2、 ’ 2 的磨削实验， 每个磨削深度进给 : 次， 以保证加工 ! 表面质量是在相应的进给深度下获得， 且每次磨削前 保证砂轮和试件的状态相同。 磨削深度对硬质合金表面质量影响的实验数据见 表 &。 !$ ! 实验条件 改装的 %!&’( 平面磨床（ 如图 ’ ） ， )&( 的铸铁基 金刚石砂轮， *+,- 镜面磨削高频脉冲电源， .-%/— ’(( 磨削液。
!"#$ 镜面磨削硬质合金的工艺参数实验研究
肖 强 千学明 沈云波
（ 西安工业大学机电工程学院， 陕西 西安 !$%%&’ ） 摘 要： 随着国防尖端技术的迅速发展， 许多具有独特性能的新材料得到了日益广泛的应用， 如光学玻璃、 硬 质合金。但 采 用 传 统 磨 削 工 艺 加 工 这 些 材 料 很 难 得 到 良 好 的 表 面 质 量。在 线 电 解 砂 轮 修 整 （ !"#$） 磨削技术是一项新的、 高效的磨削方法， 它有效地实现了许多难加工材料的超精密加工和 高效加工。针对硬质合金的特性， 用 !"#$ 磨削方法应用于硬质合金的精密加工， 通过实验研究 !"#$ 磨削中工艺参数对加工表面的影响规律， 找到了在一定条件下优化的工艺参数。 !"#$ 磨削 关键词： 工艺参数 表面质量
实验现象与结果分析： 从实验结果可以看出电极 间隙在较小（ ,- + $ ,- # && ） 时， 加工工件的表面质量 相对较好， 而随着电极间隙的增大， 工件表面粗糙度值 有较大幅度的增大趋势（ 图 %） 。从实验过程可以看 到， 电极间隙越小， 电解能力越强， 电流密度越大。而 电流密度又决定着氧化膜的成膜质量。一般情况下， 电流密度应控制在一定的范围内， 不能过高， 也不能太 低。太高成膜速度固然快， 效率高， 但氧化膜的致密性 下降， 使氧化膜过厚， 不仅影响磨粒的出刃高度， 而且 使砂轮过度损耗。电流密度过低甚至不电解， 就起不 到使砂轮电解修锐的目的， 失去了在线电解砂轮的意 义， 如图 0 。另外， 对于硬质合金的磨削来说， 电极间 隙的调整也要根据磨削状态和其它电解参数的不同进 行选取。在精磨阶段， 应在保证电极不接触砂轮的情 占空比对硬质合金， 表面质量影响的实验数据见 表 #。 实验现象与结果分析： 从实验结果看（ 如图 5 ） ， 加 工工件的表面质量在占空比为 + . ’ 、 ’ . # 时较好， 而较 小或过大， 对被加工工件的表面质量都有影响。从实 验过程看， 随着占空比的增大， 电解电流随之增大， 电 解速度也随着增加； 但达到动态平衡时， 占空比大的情 况下电解电流较大。说明占空比大， 电解能力强， 成膜 的速度快； 而占空比小， 电解能力相对较弱成膜速度较 慢（ 如图 1 ） 。这是因为占空比大， 脉冲时间长， 间歇时
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在磨削深度为 ’ !2 时， 试件的表面粗糙度可以 达到 (4 (1 !2， 而磨削深度达到 ’( !2 时， 试件表面粗 糙度升至 (4 &< !2。但硬质合金有着良好的抗拉、 抗 压强度和冲击韧性， 在粗加工或半精加工中， 为了提高 磨削效率而采取较大的磨削深度。从实验结果来看， 被加工的表面质量还是较高的。此外， 从实验过程观 察到， 在不同的磨削深度情况下， 电解电流的变化是不 同的。磨削深度越大， 电解电流越大， 如图 3 。但电流 的总体较磨削光学玻璃时大， 一是因为磨削深度大， 磨 削力大， 砂轮表面的氧化膜破裂、 磨损的越严重， 裸露 出的铸铁基越多， 砂轮电解的越快， 因此电流越大； 另 外由于硬质合金有较好的磨削性能， 所以磨削时的光 磨次数较少， 进给的频率大， 砂轮磨损也较为快速， 因 此电解电流也大。但每次进给电解过程中， 随着电解 的进行， 新的氧化膜不断形成， 从而抑制了砂轮的进一 步电解， 电解电流逐渐降低。所以电流是从高到低的 过程， 最后达到一种动平衡状态。氧化膜的薄厚、 致密 性， 与在磨削过程中氧化膜的受力大小对磨粒的出刃 高度及锋利程度有密切关系。在使用 )&( 粒度的砂
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石砂轮磨削硬质合金、 陶瓷、 硬质合金等超硬材料， 目 前已达到镜面的加工水平。它的基本原理（ 如图 $ ） ： 金属结合剂超硬磨料砂轮与直流脉冲电源正极相连做 阳极， 工具电极做阴极， 在砂轮外表面和电极的间隙中 通过电解磨削液， 利用电解过程中的阳极溶解效应， 砂 轮表层的金属基体被电解去除， 露出崭新锋利的磨粒， 同时形成一层氧化膜覆着于砂轮表面， 抑制砂轮过度 电解， 从而使砂轮始终以最佳磨削状态连续进行磨削 加工。所以， 该技术将砂轮修整与磨削结合起来， 在利 用金属基砂轮进行磨削加工的同时， 利用电解方法对 砂轮进行修整， 从而实现对硬脆材料的超精密镜面磨 削。
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表$ 磨削深度对硬质合金表面质量影响实验数据
’( 1$ ’ 31 1 ($ &< &( 3$ < 1( 1 ($ (8 1 :$ ! 1" 1 ($ (" ’ :$ & "! 1 ($ (1 磨削深度 5 !2 电流 5 ; 电压 5 9 光磨次数 表面粗糙度 ! " 5 !2
实验现象与结果分析： 从实验结果可知， 磨削深度 对磨削质量影响较大， 如图 : 。
况下， 取较小电极间隙， 同时电解电压也取较低值（ 0, ， 这样砂轮 成 膜 厚 度 适 中 且 致 密， 成膜效果 $ !% 2） 好， 加工工件的表面质量好。
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电极间隙对工件加工表面质量的影响
实验目的： 考察电极间隙的大小对工件表面质量 的影响。 工作台速度向右 ,- ,) & . /， 实验条件： 砂轮 *+, ， 向左 ,- ,0% & . /， 脉间 . 脉宽 ’) !/ . ’) !/， 磨削深度 % 电压 1, 2， 占空比 %,3 。 !&， 实验 过 程： 用 微 调 机 构 使 电 极 间 隙 分 别 为 ,- + &&、 ,- # &&、 ,- % &&、 ,- !% && 进行磨削试验。 电极间隙对硬质合金表面质量影响的实验数据见 表 ’。