硬质合金超精密镜面磨削的实验研究
超细硬质合金磨削表面残余应力的实验研究
其加工和残余应力测试与调整，yuanyg@ dhu． edu． cn
目前，使用金刚石砂轮的磨削加工仍然是硬质 合金最主要的加工方法。然而，由于超细硬质合金 材料的高硬度和高脆性，加工过程中刀具磨削表面 易产生裂 纹，影 响 产 品 的 强 度 与 使 用 寿 命［2，3］。 许 多研究表 明，残 余 应 力 是 磨 削 裂 纹 产 生 的 主 要 原 因［4 ～ 7］。但至今为止，国内外对超细硬质合金的研 究大多集中于材料物理性能的改进和烧结质量的控 制方面，而对超细硬质合金的磨削加工，尤其是磨削 表面残余应力研究甚少［8，9］。为了保证刀具的磨削 质量，延长其使用寿命，很有必要对超细硬质合金磨 削表面残余应力开展深入的研究。为此，本文作者
此，试样原始 应 力 状 态 对 磨 削 表 面 残 余 应 力 的 影
响并不大 （ 见 表 3 ） ，磨 削 表 面 残 余 应 力 主 要 是 磨
削过程中产生的磨削残余应力。
材料磨 削 过 程 中，有 多 种 工 艺 因 素，如 磨 削
热 、相 变 以 及 磨 削 力 作 用 下 的 不 均 匀 塑 性 变 形 等 ，
图 2 切削深度对磨削表面残余应力 的影响（ 砂轮粒度： 150#）
图 3 超细硬质合金磨削表面的 X 射线衍射谱线
第7 期
原一高等： 超细硬质合金磨削表面残余应力的实验研究
1219
对磨削前后超细硬质合金试样表面进行了 X 射线衍射（ XRD） 分析，图 3 所示为用 150 #砂轮、αp = 20 μm 磨削后试样磨削表面的 X 射线衍射谱线。 由图可见，试样磨削表面物相主要是由 WC 和少量 Co 相构成，与磨削前比并无明显的变化。
硬脆材料精密磨削的磨削力及表面质量测试与分析实验
硬脆材料精密磨削的磨削力及表面质量测试与分析实验硬脆材料精密磨削的磨削力及表面质量测试与分析实验一、实验目的了解硬脆材料精密磨削加工方法以及磨削过程中磨削力的变化特点；了解磨削后表面质量测试分析方法；了解相关测试分析仪器（Kistler、SEM、AFM、Leica）的工作原理、功能及使用方法。
二、磨削力测试磨削(Grinding)是一种精密加工方法，能获得很高的加工精度和表面粗糙度。
对于当今的高温结构陶瓷、钛合金、高温合金、超高强度钢等难加工材料而言，磨削是一种非常有效的加工方法。
高温结构陶瓷属于一种典型的硬脆材料，其性能主要有：硬度比金属高一倍多，具有好的耐磨性；高温结构陶瓷的脆性高，受到外力作用下容易发生断裂；在1200~1500℃的高温下能保持较高的强度，具有良好的抗热冲击性；高温结构陶瓷的导热性较差，热膨胀系数小；高温结构陶瓷的密度仅为普通钢材的二分之一至三分之一；高温结构陶瓷的弹性模量比金属高的多，受力后弹性变形小。
由于高温结构陶瓷的脆硬性，通常用超硬磨料磨具进行精密与超精密加工。
其磨削过程中磨削力比较大、磨削比小、砂轮磨耗量大、表面质量不易控制导致生产率低。
1、实验原理及设备磨削力是研究磨削现象的一个重要参数，磨削力测量和采集是磨削实验中重要内容，需要使用测力仪和采集软件。
测量磨削力的设备使用瑞士生产的KISTLER9257BA三坐标测力仪，采集磨削力的软件采用DYSLAB软件。
KISTLER9257BA三坐标测力设备原理：利用压电陶瓷原理，将微弱的由力产生的变形信号转换为电信号，根据事先标定的值得到力值。
测力仪在上面板和底板之间有四个三向力传感器，它们都不接地。
隔热层保护传感器不受外界温度影响。
将测力仪用管接头和控制单元设备5233A1连接构成了测力系统(图1) 。
2、检测软件DASYLab是一个集数据采集、过程控制及数据分析于一体的软件系统。
在DASYLab中，通过选择和任意摆放模块元素，并且把鼠标把这些模块元素连接起来，能够直接在屏幕上对测量、过程控制或者仿真任务进行设置。
硬质合金YG8高速磨削工艺试验研究
ＣＨＥＮＧ ｎ，ＹＵ ｉｎ Ｍｉ Ｊａ ｗｕ，ＸＩ ｉｈ ，Ｓ Ｅ Ｇｕ ｚ ｉ ＨＡＮＧ ｅ ｔ ｏ Ｚｈ ｎ ａ
（ ａ ｏ ａ Ｅ ｇｎｅｉｇＲ ｓａｃ ｅ ｔ ｒ ｇ ｆｃｅ ｃ ｒ ｄｎ ， ｕ ａ ｎｖｒ ｔ，Ｃ ａ ｇｈ ０ ２ Ｃ Ｎ） Ｎ ｔ ｎ ｌ ｎ ｉｅｒ ｅｅｒｈＣ ｎｅ ｆ ｈＥｆ ｉ ｙＧ ｉ ｉｇ Ｈ ｎｎＵ ｉｅｓｙ ｈ ｎ ｓａ４ ８ ， Ｈ ｉ ｎ ｒ ｏ Ｈｉ ｉ ｎ ｎ ｉ １ ０
（ 湖南大 学 国家高 效磨 削工 程技 术研 究 中心 ， 湖南 长 沙 ４ ０ ８ ） １ ０ ２
摘 要： 采用树 脂 结合 剂金 刚石砂 轮 ， 硬 质合 金 Ｙ 对 Ｇ８进 行 了高速 磨 削工艺 试验 研究 ， 测得 了不 同砂 轮线 速
度 、 削深 度和 工作 台速 度条 件 下的磨 削 力和表 面粗 糙度 ， 磨 并对 磨 削的 表面形 貌进 行 了观测 ， 揭示 了 硬 质 合金 Ｙ Ｇ８高速磨 削 的材料 去 除机理 。试 验 结果 表 明 ： 高速 磨 削技 术 应 用 于硬 质 合 金材 料 的 将 加 工是 一种 切 实可行 的加 工方 法 ， 能得 到 较 好 的表 面 质量 并提 高 加 工 效 率 。随 着 砂 轮线 速 度 的 增 加 ， 者工作 台速 度 和磨 削深 度 的减 小 ， 削的最 大 未 变形 切屑 厚 度 减 小 ， 削力 减 小 。 或 磨 磨 材料 的 比磨
ｇｏ ｎ ｕ ｆ ｃ ｕ ｌｔ ｒ ｕ ｄ ｓ ｒａ ｅ ｑ ａｉｙ，ｗｈｉｈ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｙｖ ｒｏ ｓｗｈ ｅ ｐ ｅ ｓ，ｆ ｅ ａ ｅ ｎ ｐ ｈ ｆｃ ｔ Ｅｘ ｅ ｉ ｃ ｎ ｌ ｅ ｃ ｄ ｂ ａ ｉ ｕ ｅ ｌｓ ｅ ｄ ｅ ｄ ｒ ｔｓａ ｄ ｄｅ ｔ ｓｏ ｕ ． ｐ ｒ— ｍｅ ｔｌｒ ｓ ｔ ａ ｅ ｈ ｗｎ ｔ ａ ｈ ｍａ ｉ ｎａ ｅ ｕｌ ｈ ｖ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｓ ｘ ｍｕｍ ｃ ｉ ｈ ｃ ｅ ｓ ｅ ｒ ａ ｅ ｈ ｐ ｔ ｉｋｎ ｓ ｄ ｃ ｅ ｓ ｄ， ｗｈｉ ｈ ｅ ｌ ｐ ｅ ｉ ｎ ｌ ｔ ｅ ｗｈ ｅ ｓ ｅ ｄｎｇ ｉ ・ ｅ
整体硬质合金刀具关键工步磨削工艺实验的研究
１１５００
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磨莉次戢
（ｃ）轴向磨削力
图４１４初步过程实验磨削力实验结果
由上图４．１４可以看出，随着磨削次数的增加．磨削力逐渐增大，但增大的幅度很小。
对于砂轮线速度ｖ。
＝３０ｍ／ｓ与ｖ。
＝６０ｒａｌｓ这两组参数，第一次的磨削力数值基本接近，但随着磨削次数的增加，ｖ，ｆ３０ｍ／ｓ的磨削力基本保持不变，而ｖｓ＝６０ｍ／ｓ的磨削力却逐渐增大，从而ｖ，＝３０ｍ／ｓ较ｖ。
＝６０ｍ／ｓ具有更好的磨削稳定性。
４．２４２系统过程实验
由４．２．４．１中对初步过程实验的实验结果进行分析，选择ｖ：＝１６ｍ／ｓ、ｖｗ＝５５ｍｍ／ｍｉｎ、ａｈ－２ｍｍ与ｈ＝３０ｍ／ｓ、Ｖｗ＝１ｌＯｍｍ／ｍｉｎ、口＾－２ｒａｍ这两组磨削参数进行大量磨削实验，并对实验结果进行深入分析。
其实验结果如下。
（１）表面形貌
ａ）第ｌ攻磨削后（ｂ）第１０次磨削后。
纳米晶粒硬质合金平面磨削表面粗糙度研究
第１８卷第６期２０２０年１２月福建工程学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.１８Ｎｏ.６Ｄｅｃ.２０２０ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７２－４３４８.２０２０.０６.００１纳米晶粒硬质合金平面磨削表面粗糙度研究詹友基１ꎬ２ꎬ江宋然１ꎬ许永超１ꎬ左振１ꎬ周家骐１(１.福建工程学院机械与汽车工程学院ꎬ福建福州３５０１１８ꎻ２.福建工程学院先进制造生产力促进中心ꎬ福建福州３５０１１８)摘要:采用树脂结合剂金刚石砂轮对纳米晶粒硬质合金进行平面磨削试验ꎬ结合单因素和正交实验研究不同磨削要素即磨削深度ａｐ㊁工件进给速度ｖｗ㊁砂轮线速度ｖｓ对磨削纳米晶粒硬质合金表面粗糙度的影响ꎮ结果表明ꎬ磨削深度ａｐ和工件进给速度ｖｗ增加ꎬ表面粗糙度增加ꎻ砂轮线速度ｖｓ增加ꎬ表面粗糙度减小ꎮ磨削３要素对纳米晶粒硬质合金表面粗糙度影响程度的大小依次是工件进给速度㊁砂轮线速度㊁磨削深度ꎮ因此ꎬ为了获得好的表面质量可以采取小进给㊁小切深㊁高砂轮线速度的组合方式进行磨削ꎻ同时建立了磨削纳米晶粒硬质合金的表面粗糙度数学模型并验证了模型的可靠性ꎮ关键词:纳米晶粒硬质合金ꎻ磨削ꎻ表面粗糙度中图分类号:ＴＧ５８文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７２－４３４８(２０２０)０６－０５１１－０７Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｎａｎｏ￣ｇｒａｉｎｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｓｕｒｆａｃｅｇｒｉｎｄｉｎｇＺＨＡＮＹｏｕｊｉ１ꎬ２ꎬＪＩＡＮＧＳｏｎｇｒａｎ１ꎬＸＵＹｏｎｇｃｈａｏ１ꎬＺＵＯＺｈｅｎ１ꎬＺＨＯＵＪｉａｑｉ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＦｕｚｈｏｕ３５０１１８ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙＰｒｏｍｏｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒꎬＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＦｕｚｈｏｕ３５０１１８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｇｒｉｎｄｉｎｇｔｅｓｔｏｆｎａｎｏ￣ｇｒａｉｎｅｄｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｒｅｓｉｎｂｏｎｄｄｉａｍｏｎｄｇｒｉｎｄｉｎｇｗｈｅｅｌｓꎬｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｔｅｓｔａｎｄｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓꎬｎａｍｅｌｙｇｒｉｎｄｉｎｇｄｅｐｔｈａｐꎬｗｏｒｋｐｉｅｃｅｆｅｅｄｓｐｅｅｄｖｗꎬｇｒｉｎｄｉｎｇｗｈｅｅｌｌｉｎｅａｒｓｐｅｅｄｖｓꎬｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｎａｎｏ￣ｇｒａｉｎｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅ.Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｎｃｅｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｄｅｐｔｈａｐａｎｄｗｏｒｋｐｉｅｃｅｆｅｅｄｓｐｅｅｄｖｗｉｎｃｒｅａｓｅꎬｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｓꎻｏｎｃｅｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｗｈｅｅｌｌｉｎｅａｒｓｐｅｅｄｖｓｉｎｃｒｅａｓｅｓꎬｔｈｅｓｕｒ￣ｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｓ.Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｎａｎｏ￣ｇｒａｉｎｅｄｃｅｍｅｎ￣ｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｃａｎｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｆｒｏｍｌａｒｇｅｔｏｓｍａｌｌｉｎｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆｔｈｅｗｏｒｋｐｉｅｃｅｆｅｅｄｓｐｅｅｄꎬｔｈｅｌｉｎｅａｒｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｗｈｅｅｌꎬａｎｄｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｄｅｐｔｈ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎａｇｏｏｄｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙꎬａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｍａｌｌｆｅｅｄꎬｓｍａｌｌｄｅｐｔｈｏｆｃｕｔꎬａｎｄｈｉｇｈｇｒｉｎｄｉｎｇｗｈｅｅｌｌｉｎｅａｒｓｐｅｅｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｇｒｉｎｄｉｎｇꎻａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｆｏｒｇｒｉｎｄｉｎｇｎａｎｏ￣ｇｒａｉｎｅｄｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｉｔｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｎａｎｏ￣ｇｒａｉｎｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅꎻｇｒｉｎｄｉｎｇꎻｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ㊀㊀纳米晶粒硬质合金(ＷＣ晶粒度ɤ０.２μｍ)是具有高硬度㊁高耐磨性的新型材料ꎬ这种材料可以广泛应用于高硬材料(ＨＲＣ５８以上)的精加工及不锈钢㊁铝合金等材料的加工ꎮ现代加工技术的发展对硬质合金的切削性能和使用寿命提出了更高要求[１－２]ꎬ而表面粗糙度等加工质量是评价纳米晶粒硬质合金切削性能和使用寿命的重要指标[３]ꎮ收稿日期:２０２０－１０－１６基金项目:国家自然科学基金(５１７７５１１３)第一作者简介:詹友基(１９７２ )ꎬ男ꎬ福建闽清人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ研究方向:硬脆材料加工ꎬ可持续设计与制造ꎮ福建工程学院学报第１８卷㊀㊀通常硬质合金采用磨削的方式加工[４]ꎮ宋鹏涛等人[５]研究了磨削３要素不同陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削硬质合金ＹＴ１５的表面粗糙度变化规律ꎬ对影响硬质合金表面加工质量的原因进行了分析并提出改善方法ꎮ原一高等人[６]研究分析了磨削参数对树脂结合剂金刚石磨削ＨＩＰ技术烧结的超细晶粒硬质合金的表面粗糙度影响ꎮ郐吉才等人[７]采用ＥＬＩＤ磨削加工方法磨削普通硬质合金和纳米晶粒硬质合金ꎬ实验结果表明普通硬质合金的磨削力小于纳米晶粒硬质合金ꎬ表面质量也比纳米硬质合金差ꎮ目前对硬质合金的磨削加工研究主要集中在普通和超细晶粒硬质合金ꎬ对纳米晶粒硬质合金的磨削工艺还需进一步完善ꎮ本文以纳米晶粒硬质合金ＧＵ０９２为研究对象ꎬ通过单因素和正交实验ꎬ研究分析了磨削３要素即砂轮线速度ｖｓ㊁工件进给速度ｖｗ和磨削深度ａｐ对表面粗糙度的影响规律ꎬ并找出最优磨削方案ꎬ以期为纳米晶粒硬质合金的磨削加工提供理论依据和实际指导ꎮ１㊀磨削试验条件试验采用ＷＣ－ＣＯ类纳米晶粒硬质合金(ＧＵ０９２)ꎬ工件尺寸为６ｍｍˑ９ｍｍˑ９ｍｍꎬ力学性能如表１所示ꎮ表１㊀ＧＵ０９２的力学性能Ｔａｂ.１㊀ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＧＵ０９２ＩＳＯ牌号晶粒度ｄ/μｍω钴/％硬度ＨＲＡＨＶ３０密度ρ/(ｇ ｃｍ－３)抗弯强度ƒ/(Ｎ ｍｍ－１)应用范围Ｋ０５－Ｋ１００.２９９４２０５０１４.４４４１００适用于高硬材料(ＨＲＣ５８以上)精加工及不锈钢㊁铝合金等高光材料的加工㊀㊀试验采用精密平面磨床(ＯＲＢＩＴ２５)ꎮ选用树脂结合剂金刚石砂轮(ＺＺＳＭ－１０２２５１９０１０３０４００１)ꎬ直径ｄｓ为２００ｍｍꎬ金刚石磨料粒度为２３０/２７０ꎮ磨削加工方式为顺磨和逆磨ꎬ在加工过程中使用水基乳化液(嘉实多９９３０)作为切削液ꎮ磨削后工件用丙酮在超声波清洗机中清洗２０ｍｉｎꎮ清洗后的工件采用粗糙度测量仪(ＭａｒｓｕｒｆＸＲ２０)测量水平和垂直方向表面粗糙度ꎬ每个测量实验做５次并求取平均值ꎮ对表面粗糙度的评价指标选择常用的轮廓算数平均偏差Ｒａꎮ具体磨削参数见表２ꎮ表２㊀磨削试验参数Ｔａｂ.２㊀Ｇｒｉｎｄｉｎｇｔｅｓｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ磨削３要素试验参数砂轮线速度ｖｓ/(ｍ ｓ－１)１５㊁２０㊁２５㊁３０㊁３５工件进给速度ｖｗ/(ｍｍ ｓ－１)１６㊁２４㊁３２㊁４０㊁４８磨削深度ａｐ/μｍ５㊁１０㊁１５㊁２０㊁２５２㊀实验结果与分析２.１㊀磨削深度对表面粗糙度的影响从Ｍａｌｋｉｎ[８]对单颗磨粒最大未变形切屑厚度的研究中可以知道ꎬ单颗磨粒最大未变形切屑厚度与磨削３要素的关系式:ｈｍ＝２Ｌｖｗｖｓæèçöø÷ａｐｄｅæèçöø÷１/２(１)式(１)中ꎬＬ和ｄｅ分别表示相邻两切屑点之间距离和砂轮的当量直径ꎬ可表示为:ｄｅ＝ｄｗ１ʃｖｗｖｓæèçöø÷２(２)式(２)中ꎬ ＋ 和 － 分别表示为逆磨和顺磨ꎬｄｗ为砂轮实际半径ꎮ相邻切屑点之间的距离Ｌ表示为:Ｌ＝１Ｃｂ－(３)式(３)中ꎬＣ和ｂ－表示单磨粒密度和平均未变形切屑宽度ꎮ在ｖｓ＝２０ｍ/ｓ㊁ｖｗ＝３２ｍｍ/ｓ时ꎬ磨削深度对工件表面粗糙度的影响如图１所示ꎮ当磨削深度２１５第６期詹友基ꎬ等:纳米晶粒硬质合金平面磨削表面粗糙度研究从５μｍ增加到２５μｍ时ꎬ顺磨加工方式下平行方向和垂直方向的表面粗糙度增幅分别是１０.３５％和６.３５％ꎬ逆磨加工方式下平行方向和垂直方向的表面粗糙度增幅分别是６.６５％和８.０７％ꎮ由公式(１)和公式(２)可知ꎬ当磨削深度增加时ꎬ单颗磨粒最大未变形切屑厚度增加ꎬ材料断裂去除的比例增大ꎬ脆性断裂形成凹坑ꎬ工件表面粗糙度增大ꎮ图１㊀磨削深度对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ.１㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｄｅｐｔｈｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ２.２㊀工件进给速度对表面粗糙度的影响在ａｐ＝１５μｍꎬｖｓ＝３０ｍ/ｓ时ꎬ工件进给速度对表面粗糙度的影响如图２所示ꎮ当工件进给速度从１６ｍｍ/ｓ增加到４８ｍｍ/ｓ时ꎬ顺磨平行方向和垂直方向的表面粗糙度的增幅分别是３０.４７％和１９.７９％ꎬ逆磨平行方向和垂直方向的表面粗糙度的增幅分别是３０.６５％和１４.０２％ꎮ由公式(１)可知ꎬ工件进给速度增加时ꎬ单颗磨粒最大未变形切屑厚度增加ꎻ由公式(２)可知ꎬ工件进给速度增加时ꎬ当量直径减小ꎬ反映到公式(１)上是单颗磨粒最大未变形切屑厚度增加ꎮ材料脆性去除比例增大ꎬ工件表面的划痕变深㊁变宽ꎬ所以工件表面粗糙度增大ꎮ２.３㊀砂轮线速度对表面粗糙度影响在ａｐ＝１０μｍꎬｖｗ＝２４ｍｍ/ｓ时ꎬ砂轮线速度对表面粗糙度的影响如图３所示ꎮ当砂轮线速度由１５ｍ/ｓ增加至３５ｍ/ｓ时ꎬ顺磨平行方向和垂直方向表面粗糙度的增幅分别是２９.３６％和１５.７７％ꎬ逆磨平行方向和垂直方向的表面粗糙度的降幅分别是２４.４４％和１５.１４％ꎮ由公式(１)可图２㊀工作台进给速度对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ.２㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔａｂｌｅｆｅｅｄｓｐｅｅｄｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ知ꎬ砂轮线速度增加ꎬ单颗磨粒最大未变形切屑厚度减小ꎻ由公式(２)可知ꎬ砂轮线速度增加ꎬ当量直径增加ꎬ反映到公式(１)上是单颗磨粒最大未变形切屑厚度减小ꎮ材料塑性去除增加而脆性去除减少ꎬ摩擦耕犁作用减弱ꎬ工件表面沟槽较浅ꎬ两侧隆起较低ꎬ故工件表面粗糙度减小ꎮ图３㊀砂轮线速度对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ.３㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｗｈｅｅｌｌｉｎｅａｒｓｐｅｅｄｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ２.４㊀磨削用量对表面粗糙度的影响２.４.１㊀建立表面粗糙度数学模型通常表面粗糙度经验公式表达为[９－１１]:Ｒａ＝ε ｖｓｒ１ ａｐｒ２ ｖｗｒ３(４)㊀㊀对公式(４)两边取对数ꎬ得:ｌｇＲａ＝ｌｇε＋ｒ１ｌｇｖｓ＋ｒ２ｌｇａｐ＋ｒ３ｌｇｖｗ(５)㊀㊀令ｌｇＲａ＝ｙꎬｌｇε＝εꎬｌｇｖｓ＝ｘ１ꎬｌｇｖｗ＝ｘ２ꎬｌｇａｐ＝３１５福建工程学院学报第１８卷ｘ３ꎬ则公式(５)可转化成线性方程:ｙ＝ε＋ｒ１ｘ１＋ｒ２ｘ２＋ｒ３ｘ３ꎬ满足回归分析中自变量和因变量之间存在的关系ꎬ可进行非线性回归分析ꎬ回归分析的结果如表３所示ꎮ表３㊀回归分析表Ｔａｂ.３㊀Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｔａｂｌｅ加工方式测量方向参数估计值标准误差９５％置信区间下限上限顺磨平行方向垂直方向ε０.０８２０.０１６０.０４７０.１１７ｒ１０.０２００.０３２－０.０５００.０９０ｒ２０.２０６０.０３３０.１３５０.２７８ｒ３－０.１３３０.０４２－０.２２５－０.０４１ε０.３８２０.０５４０.２６３０.５００ｒ１０.００６０.０２３－０.０４５０.０５７ｒ２０.１８３０.０２４０.１３１０.２３５ｒ３－０.０９３０.０１６０.０４７０.１１７逆磨平行方向垂直方向ε０.１０２０.０１１０.０７９０.１２６ｒ１０.０２００.０１８－０.０１９０.０５８ｒ２０.１７１０.０１８０.１３２０.２１０ｒ３－０.１２４０.０２３－０.１７４－０.０７４ε０.３７４０.０４５０.２７５０.４７３ｒ１０.０２１０.０２０－０.０２３０.０６５ｒ２０.１５４０.０２００.１１００.１９９ｒ３－０.１１９０.０２６－０.１７６－０.０６１㊀㊀表３中ꎬ估计值为经验公式中回归常数项数值ꎻ标准误差为实际值与估计值之间相对偏离程度ꎬ主要用来衡量回归方程的代表性ꎬ标准误差越小ꎬ则估计值与实际值的近似误差越小ꎮ由表３可得顺磨加工和逆磨加工方式下平行方向和垂直方向的表面粗糙度公式为:顺磨平行方向粗糙度Ｒａ＝０.０８２ａｐ０.０２０ｖｗ０.２０６ｖｓ－０.１３３(６)㊀㊀顺磨垂直方向粗糙度Ｒａ＝０.３８２ａｐ０.００６ｖｗ０.１８３ｖｓ－０.０９３(７)㊀㊀逆磨水平方向粗糙度Ｒａ＝０.１０２ａｐ０.０２０ｖｗ０.１７１ｖｓ－０.１２４(８)㊀㊀逆磨垂直方向粗糙度Ｒａ＝０.３７４ａｐ０.０２１ｖｗ０.１５４ｖｓ－０.１１９(９)㊀㊀由式(６)~式(９)可知ꎬ对表面粗糙度的影响由大到小分别是工件进给速度㊁砂轮线速度㊁磨削深度ꎮ无论是顺磨加工还是逆磨加工ꎬ表面粗糙度都随着磨削深度和工件进给速度的增加而增加ꎬ随着砂轮线速度的增加而减小ꎮ因此在本试验范围内要达到表面粗糙度最小的最优方案ꎬ其参数是ａｐ＝１０μｍꎬｖｗ＝１６ｍｍ/ｓꎬｖｓ＝３０ｍ/ｓꎮ实验得到顺磨加工条件下工件表面粗糙度平行方向和垂直方向分别为０.０７３６μｍ和０.３９０２μｍꎬ逆磨加工条件下工件表面粗糙度平行方向和垂直方向分别是０.０９３５μｍ和０.４０３１μｍꎮ２.４.２㊀数学模型的验证为了验证粗糙度模型的精度ꎬ将顺磨加工和逆磨加工方式所得实际值和模型预测的预测值进行对比ꎬ所得误差值结果如表４和表５所示ꎮ４１５第６期詹友基ꎬ等:纳米晶粒硬质合金平面磨削表面粗糙度研究表４㊀顺磨加工粗糙度实际值与模型预测值对比表Ｔａｂ.４㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｓａｎｄｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｂｙｄｏｗｎ－ｇｒｉｎｄｉｎｇ试验号ａｐ/μｍｖｗ/(ｍｍ ｓ－１)ｖｓ/(ｍ ｓ－１)平行方向实际值/μｍ平行方向预测值/μｍ误差/％垂直方向实际值/μｍ垂直方向预测值/μｍ误差/％１１０１６１５０.１０８４０.１０６０－２.２１０.４９１１０.４９８９１.５９２１０２４２００.１０７１０.１１０９３.５５０.５１７５０.５２３２１.１０３１０３２２５０.１１５１０.１１４２－０.７８０.５３４３０.５４０１１.０９４１０４０３００.１１９１０.１１６７－２.０２０.５７７１０.５５３１－４.１６５１５１６２００.１０６２０.１０２８－３.２００.４９６４０.４８６９－１.９１６１５２４１５０.１１７７０.１１６２－１.２７０.５４５３０.５３８６－１.２３７１５３２３００.１１７２０.１１２４－４.１００.５４８３０.５３２２－２.９４８１５４０２５０.１１３６０.１２０６６.１６０.５２６５０.５６３９７.１０９２０１６２５０.０８８７０.１００４１３.１９０.４７７００.４７７６０.１３１０２０２４３００.１０５３０.１０６５１.１４０.４９２１０.５０５８２.７８１１２０３２１５０.１２２４０.１２４０１.３１０.５６７１０.５６８６０.２６１２２０４０２００.１２６２０.１２５０－０.９５０.５８４７０.５７６７－１.３７１３２５１６３００.１０４７０.０９８４－６.０２０.４８５００.４７０２－３.０５１４２５２４２５０.１１０３０.１０９７－０.５４０.４９５７０.５１５１３.９１１５２５３２２００.１２０５０.１１９９－０.５００.５５８５０.５５４３－０.７５１６２５４０１５０.１３１７０.１３０４－０.９９０.６０１９０.５９３１－１.４６表５㊀逆磨加工粗糙度实际值与模型预测值对比表Ｔａｂ.５㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｓａｎｄｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｂｙｕｐ－ｇｒｉｎｄｉｎｇ试验号ａｐ/μｍｖｗ/(ｍｍ ｓ－１)ｖｓ/(ｍ ｓ－１)平行方向实际值/μｍ平行方向预测值/μｍ误差/％垂直方向实际值/μｍ垂直方向预测值/μｍ误差/％１１０１６１５０.１２２６０.１２２９０.２４０.４３２５０.４３６１０.８３２１０２４２００.１２６３０.１２７１０.６３０.４４５６０.４４８６０.６７３１０３２２５０.１３０２０.１２９９－０.２３０.４６０００.４５６７－０.７２４１０４０３００.１３４７０.１３１９－２.０８０.４６５４０.４６２６－０.６０５１５１６２００.１２０１０.１１９６－０.４２０.４２７４０.４２５０－０.５６６１５２４１５０.１３３１０.１３２８－０.２３０.４６９５０.４６８２－０.２８７１５３２３００.１３２５０.１２８０－３.４００.４７２１０.４５０７－４.５３８１５４０２５０.１２８５０.１３６０５.８４０.４５３３０.４７６７５.１６９２０１６２５０.１１８３０.１１７０－１.１００.４２３４０.４１６４－１.６５１０２０２４３００.１１９１０.１２２６２.９４０.４２０２０.４３３８３.２４１１２０３２１５０.１３８４０.１４０３１.３７０.４８８２０.４９２３０.８４１２２０４０２００.１４２７０.１４０７－１.４００.５０３４０.４９２５－２.１７１３２５１６３００.１１５７０.１１４９－０.６９０.４１７６０.４０９４－１.９６１４２５２４２５０.１２４７０.１２５９０.９６０.４２６８０.４４５３４.３３１５２５３２２００.１３６３０.１３６０－０.２２０.４８０８０.４７８０－０.５８１６２５４０１５０.１４８９０.１４６４－１.６８０.５１８２０.５１２０－１.２０５１５福建工程学院学报第１８卷图４㊀平行方向表面粗糙度三元回归图(顺磨)Ｆｉｇ.４㊀Ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｇｒａｐｈｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｉｎｐａｒａｌｌｅｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ(ｄｏｗｎ￣ｇｒｉｎｄｉｎｇ)图５㊀垂直方向表面粗糙度三元回归图(顺磨)Ｆｉｇ.５㊀Ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｇｒａｐｈｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｉｎｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ(ｄｏｗｎ￣ｇｒｉｎｄｉｎｇ)㊀㊀由非线性回归分析得到顺磨加工平行方向与垂直方向粗糙度模型的Ｆ检验值分别是２０９４.８２㊁３９５６.６１ꎬ逆磨加工平行方向与垂直方向粗糙度模型的Ｆ检验值分别是６９７５.０７㊁５３３９.１１ꎬ查Ｆ分布表得Ｆ０.０１(３ꎬ１１)＝６.２２ꎬ可知实验结果Ｆ检验值均大于６.２２ꎬ说明建立的非线性回归模型非常显著ꎮ由表４可知ꎬ顺磨水平方向误差在０.５４％~１３.１９％ꎬ垂直方向误差在０.１３％~４.１６％ꎻ逆磨水平方向误差在０.２２％~５.８４％ꎬ垂直方向误差在０.２８％~５.１６％ꎬ说明回归数学模型具有较高的精度ꎬ可以对磨削纳米晶粒硬质合金的表面粗糙度进行预测ꎮ树脂结合剂金刚石砂轮磨削纳米晶粒硬质合图６㊀平行方向表面粗糙度三元回归图(逆磨)Ｆｉｇ.６㊀Ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｇｒａｐｈｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｉｎｐａｒａｌｌｅｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ(ｕｐ￣ｇｒｉｎｄｉｎｇ)图７㊀垂直方向表面粗糙度三元回归图(逆磨)Ｆｉｇ.７㊀Ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｇｒａｐｈｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｉｎｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ(ｕｐ￣ｇｒｉｎｄｉｎｇ)金的垂直方向的表面粗糙度在０.４６０１~０.６０１９μｍꎬ文献[１４]中磨削普通硬质合金ＹＧ８垂直方向的粗糙度范围在０.６~０.９μｍꎻ文献[１５]中磨削超细晶粒硬质合金ＧＵ１０ＵＦ㊁ＧＵ１５ＵＦ㊁ＧＵ２５ＵＦ垂直方向的粗糙度范围分别在０.４９２３~０.６６２０９μｍ㊁０.５２１８~０.６４１４μｍ㊁０.５２１０~０.６６８３μｍꎬ说明磨削纳米晶粒硬质合金更容易获得较好的表面质量ꎮ４㊀结论１)树脂结合剂金刚石砂轮磨削纳米晶粒硬质合金的表面粗糙度随磨削深度和工件进给速度的增加而增加ꎬ随砂轮线速度的增加而减小ꎮ对６１５第６期詹友基ꎬ等:纳米晶粒硬质合金平面磨削表面粗糙度研究表面粗糙度影响程度的大小依次是工件进给速度㊁砂轮线速度㊁磨削深度ꎮ因此在生产中以小进给㊁小切深㊁高砂轮线速度的组合方式进行磨削有利于提高工件表面质量ꎮ２)对比普通硬质合金和超细晶粒硬质合金磨削ꎬ纳米晶粒硬质合金磨削更容易获得较好的表面质量ꎮ３)对正交试验数据进行了三元非线性回归分析ꎬ建立了树脂结合剂金刚石砂轮磨削纳米晶粒硬质合金ＧＵ０９２的表面粗糙度回归数学模型ꎬ并对模型进行验证ꎬ结果表明所建立的模型是可行的ꎮ参考文献:[１]杨军ꎬ黄向明ꎬ蒋福星ꎬ等.纳米硬质合金高速深磨工艺试验研究[Ｊ].现代制造工程ꎬ２０１５(１０):１２－１７ꎬ２１. 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超细晶硬质合金刀具切削高温合金试验研究
车削GH2132过程中刀具磨损和刀具耐用度，为改善加工工艺 提供了参考数据。文献研究了切削GH2132时硬质合金中钻
GH2132高温合金进行了切削试验,对比了两种刀具在不同切削 速度条件下的切削力和刀-屑摩擦系数，测定了刀具后刀面的平
来稿日期：2020-05-22 基金项目:河北省科技计50项目（16211027）；河北省教育厅高等学校科学技术研究项目（QN2016162） 作者简介:张好强,（1979-），男，河北衡水人，博士研究生，副教授，主要研究方向:绿色制造与先进加工技术;
侯锁霞,（1972-），女，河北衡水人，硕士研究生，副教授，主要研究方向:先进制造技术
第7期
张好强等:超细晶硬质合金刀具切削高温合金试验研究
149
均磨损宽度VB值，借助扫描电镜观察了刀具后刀面的磨损形貌, 同时对刀具的磨损机理进行了分析。
2试验部分
使用WC-Co类硬质合金刀片,牌号为YG8和YG8UF,刀片 型号为31303C,刀具形状，如图1所示。刀具材料表面形貌，如图 2所示。刀具几何参数，如表1所示。刀具材料的机械物理性能, 如表2所示。工件材料为高温合金GH2132,直径＜p60mm,其化学 成分，如表3所示。在CK6140e数控车床上以外圆纵向车削方式 干切削，如图3所示。选定的切削用量，如表4所示。
60
65
70
75
切削速度(m/min)
(a)切削合力
1.0
1
1
u1
1
1
111
十-<
1
1
1
1j
厂
1
1
1
1
1
・
0.5 50
1
1
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精磨硬质合金数控刀片切削与磨损性能的实验研究
第27卷第4期2009年12月 河北建筑工程学院学报J OUR NAL O F HEBEI INSTITUTE OF AR C HITEC TUR E AN D C IVIL ENG INEER INGVol 27No 4Dec.2009收稿日期:20090820作者简介:女,1963年生,教授,张家口市,075024基金项目:河北省科技厅科学技术研究与发展计划项目(05212157)精磨硬质合金数控刀片切削与磨损性能的实验研究郭秀云 梁建明 王占英 刘春东 王少雷河北建筑工程学院摘 要 对YT 14三角形硬质合金数控刀片的切削与磨损性能进行了实验研究.在实验中,针对两种不同精度级的数控刀片进行了切削性能和磨损特性对比实验.实验表明:刀片精度级越高,其磨损速度越低.用高精度级刀片进行切削加工,不仅可以提高工件的加工表面质量,还可延长刀片的使用寿命,从而节省刀片的购置费用,具有可观的经济效益和社会效益.关键词 刀片;磨损;切削中图分类号 TH160 引 言数控机床在我国机械行业应用越来越普遍,数控刀具的制造与使用直接影响着数控机床效率的发挥.目前,在西方工业化国家中,硬质合金已占刀具材料的65%以上,硬质合金可转位刀片产量已达刀片总产量的70%~90%,所以研究硬质合金数控刀片的切削与磨损性能具有现实意义.国外硬质合金刀片产品分为精密级和普通级.精密级硬质合金刀片公差带很小,刀片必须经过精研,从而使刀片表面质量得到改善,但价格十分昂贵.从进口刀具产品外观质量上看,其外观、颜色和纹理明显优于国产刀具.在刀具产品使用性能上,进口刀具加工尺寸精度高、稳定性好、耐用度高、切除率高,刀具及其配件具有良好的互换性,一般装配后即可达到精度要求.在我国随着机械加工技术不断进步,硬质合金可转位刀具在机械行业的使用也越来越广泛.从目前使用情况来看,国产硬质合金可转位刀具的市场占有率低于进口刀具.由于国产硬质合金刀片的数量及品种均不能满足生产的需要,每年不得不花费美元去进口数控刀片.这样,从我国生产实际出发,应立足于国内数控刀片的生产,在产品外观上加以改进,相应增加一些表面处理工艺.国产硬质合金刀片精磨后,尺寸精度与国外的精密级刀片相近,刀片钝圆半径小,刀片表面质量也改善了,因此应用于精加工的场合,刀片的寿命长、可靠性好,而且价格便宜,极限切削深度也可取更小值.本实验分别对常规磨削与经精磨后的YT14三角形数控刀片进行了切削性能对比实验,观察并分析了刀片的磨损情况,探索了提高数控刀片的加工精度和延长刀片使用寿命的途径,为降低刀片的购置费用提供了理论依据和实验验证.1 实验装置本实验采用由无锡市荣盛合金工具有限公司生产的硬质合金切削刀片YT 14三角形可转位数控刀片.常规磨削的三角形数控刀片,表面粗糙度在Ra0 4~0 8甚至更高些.而需精磨的三角形数控刀片,将其固定在自行设计的专用夹具上,利用金刚石砂轮对各个刀面进行磨削.最后将各个加工面在金刚石研磨机上进行研磨,直至达到所需精度为Ra0 014~0 06.切削性能对比实验在沈阳机床厂生产的CAK3665di 型号数控机床进行.利用上海光学仪器五厂生产的型号为4XB 显微镜对三角形可转位数控刀片的主切削刃磨损量VBmax 进行观测.工件材料为45钢,直径为 40的棒料.2 实验条件及结果(1)当切削深度a p =1mm 、工件转速n w =500r/m in 、进给量f =0 2mm/r 时,经同等条件实验五次后,未经磨削与经精磨后的三角形数控刀片后刀面的最大磨损量VBmax (取平均值)与切削时间t 的实验数据见表1,VBmax 与t 的对应关系曲线见图1.表1 VBm ax 与t 的实验数据t(min)6 412 819 225 632 0VBmax(mm)未磨0 1060 1470 1750 1980 215已磨0 0750 1120 1520 183195图1 切削时间与磨损量的对应关系 图2 切削速度与磨损量的对应关系(2)当进给量f =0 2mm/r 、切削深度a p =1mm 、切削长度为640mm 时,经同等条件实验五次后,常规磨削与经精磨后的三角形数控刀片后刀面的最大磨损量VBm ax (取平均值)与切削速度V 的实验数据见表2,VBm ax 与V 的对应关系曲线见图2.表2 VBmax 与V 的实验数据V(m/min)62 8075 3687 92100 48113 04VBmax(mm)未磨0 1060 1330 1630 1970 227已磨0 0750 1110 1430 1630 187(3)当V =113 04m /min 、切削深度a p =1mm 、切削长度为640m m 时,经同等条件实验五次后,未经磨削与经精磨后的三角形数控刀片后刀面的最大磨损量VBmax (取平均值)与进给量f 的实验数据见表3,VBmax 与f 的对应关系曲线见图3.表3 VBm ax 与f 的实验数据f(mm/r)0 100 150 200 250 30VBmax(mm)未磨0 2200 2240 2270 2290 233已磨0 1820 1850 1870 1890 193(4)当V =113 04m/min 、进给量f =0 2mm/r 、切削长度为690mm 时,经同等条件实验五次后,未经磨削与经精磨后的三角形数控刀片后刀面的最大磨损量VBm ax (取平均值)分别与切削深度a p 的实验数据见表4,VBm ax 与ap 的对应关系曲线见图4.77第4期 郭秀云 梁建明 王占英等 精磨硬质合金数控刀片切削与磨损性能的实验研究表4 VBmax 与ap 的实验数据ap(mm)12345VBmax(mm)未磨0 2270 2280 2290 2300 230已磨0 1870 1880 1880 189189图3 进给量与磨损量的对应关系 图4 切削深度与磨损量的对应关系3 实验结果分析从图1~图4我们可以看到:(1)在整个切削过程中,当切削条件相同时,我们进行比较后刀面最大磨损量值.实验结果表明:未磨刀片的磨损量值大于经精磨后刀片的磨损量.(2)刀片在刚开始进行切削时,已磨刀片与未磨刀片的磨损量差值较大,随着切削时间的延长,此差值略有减小的趋势.(3)对刀片磨损量影响最大的是切削速度.在切削过程中,随着切削速度的提高,未磨和已磨刀片的磨损量均剧增,且未磨与已磨刀片磨损量差值处于0 020~0 041mm 的范围内.(4)进给量对未磨和已磨刀片的磨损量也有影响,仅次于切削速度.当改变进给量时,未磨和已磨刀片的磨损量处于0 038~0 040mm 的范围内.(5)切削深度的改变对未磨和已磨刀片的磨损量影响最小,二者的磨损量差值也基本保持稳定状态,处于0 040~0 041mm 之间.4 磨损量的经验公式利用角正回归法,对实验数据进行处理,可得后刀面磨损量的回归方程为:未磨为:VB max =0 00576a p0 1256f 0 7159V0 9866(mm);已磨为:VB max =0 00712a p 0 1523f 0 8976V 1 3116(mm);式中单位为:VB(mm );a p (m m);f(m m/r);V(m/min).5 结 论(1)由于已磨刀片表面精度高且结构密实,提高了表面硬度,能够减小刀片与切屑之间的摩擦系数,降低切削力,使刀片具有较好的耐磨性,促使刀片的抗磨损能力增强,从而其使用寿命也大大提高.(2)利用经精磨后的数控刀片进行切削加工,随切削参数的变化可不同程度地降低刀片的磨损速度,提高刀片的使用寿命.(3)在切削过程中,切削速度对刀片的切削性能及磨损速度影响最大;进给量次之;而切削深度影响最小.78河北建筑工程学院学报 第27卷(4)当改变进给量和切削深度时,已磨和未磨刀片的磨损量差值均略大于改变切削速度时二者的差值,所以大进给量和大切削深度的切削方式更能使刀片的使用寿命相对延长.(5)建议无论在粗加工或精加工时,尽量使用经精磨后的刀片进行切削加工.这样不仅提高了加工精度,而且还能延长刀片的使用寿命,从而节省刀片的购置费用.这一技术若广泛推广,将会产生良好的经济效益和社会效益.参 考 文 献[1]郭秀云.硬质合金磨削力的实验研究.硬质合金,1996,1[2]郭秀云.硬质合金材料磨削机理及磨削温度的实验研究.天津大学研究生毕业论文,1996,8[3]郭秀云.硬质合金磨削温度的实验研究.硬质合金,1997,2[4]于启勋.新型硬质合金 添加稀土元素的硬质合金.现代刀具材料系列讲座(七),2005,11,12[5]周泽华主编.金属切削原理.上海科学技术出版社,1984,12[6]陈章燕.平面、外圆磨削力计算公式的研究和应用.磨床与磨削,1992,4:27~31[7]郭秀云.磨削硬质合金材料去除机理的实验研究.硬质合金,1997,5[8]郭秀云.硬质合金磨削温度场的实验研究.硬质合金,1999,2[9]郭秀云.硬质合金刀片磨损性能的实验研究.新技术新工艺,2000,10The Experimental Study on Cutting and Wear Performance ofFine Grinding Cemented Carbide Numerical Control ToolsGuo Xiuy un ,Lian g Jia nm in g ,Wa ng Zha nyin g ,Liu Chun don g ,Wa ng Sha oleiH ebei Institute o f A rchitectur e and Civil Engineer ingAbstract T he cutting and w ear perform ance of YT 14triang le cemented carbide numerical contro lto ols w ill be studied ex perimentally in this paper.T he ex periment show s that the hig her the too l 's precisio n level is,the m ore slow ly it w ear s.H ig h precision leveled tools are used in the cutting process,w hich can not only im pro ve the surface cutting quantity,but also pr olong the tool's life time,then the purchasing expense of tools is saved and considerable economic and social benefits can be got.Key words tool;w ear;cutting79第4期 郭秀云 梁建明 王占英等 精磨硬质合金数控刀片切削与磨损性能的实验研究。
硬质合金YG8高速磨削工艺试验研究
硬质合金是由高硬度的ＷＣ颗粒和相对韧性较好 的结合剂组成的复合材料，具有硬度高、耐磨、强度和 韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能Ｈ Ｊ，广泛用 于切削刀具、矿山钻头、模具等领域。２ Ｊ。同时硬质合 金的硬度高、脆性大，导致加工困难、成本高、表面质量 难以保证。硬质合金传统的机械加工方式采用普通磨 削，但表面和哑表面容易出现裂纹，影响工件的使用性 能一Ｊ。高速磨削是现代磨削技术的巅峰，对难加工材 料均有优异的磨削性能，如果在硬质合金加工中得到 应用，将有效地降低加工成本、降低有效消耗。
料，其缺点是脆性大。该材料的力学性能如表１所示。
试件尺寸为４０ ｍｉｎｘｌ６ ｍｉｘｌ０ ｍｒｒｌ。 表１材料性能参数
材料
显微硬度
ⅣＶ／ＧＰａ
弯曲强度
／ＭＰａ
冲击韧性 ／（ｋＪ／ｍ２）
弹性模壁 ／ＧＰａ
ＹＧ８
１４
ｌ ５００
４０
６００
１．２ 实验条件
机床：实验用机床为湖南大学自主研制的３１４ ｎｌ 超高速磨床。主轴转速为２０ ０００ ｒ／ｍｉｎ，主轴额定功 率为４０ ｋＷ，额定扭矩为７１．１ Ｎ·ｍ。
２．３表面形貌 ２．３．１砂轮线速度的影响
砂轮线速度对表面形貌的影响如图７所示，图中 工作台速度为０．６ ｍ／ｒａｉｎ，磨削深度为０．２ ｍｍ。图７ａ 是砂轮线速度为８０ ｍ／ｓ时的表面形貌，在这一条件 下，材料的去除是脆性去除与塑性去除混合的方式。 而图７ｂ中是砂轮线速度为１２０ ｍ／ｓ时的材料的表面 形貌，工件基本上是以塑性切除的方式，只有极少量的 脆性去除。图７ｃ是砂轮线速度为１６０ ｍ／ｓ的情况，材 料仍以塑性去除为主，但在箭头所示位置出现脆性剥 落，并导致表Ｉ直ｉ粗糙度值增大，这一现象与图４的结果 相对应。从动平衡仪控制面板可以看出在超高速条件 下机床振动的增大，且高速旋转砂轮周围的气流随着
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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。