整体硬质合金刀具磨削裂纹的原因分析及其工艺改进
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
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.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R z5μm的表面粗糙度，金刚石加工可以保证R z不低于2μm，在R z= 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度(有时可达1000℃以上)占主导因素时，便会形成表面层较浅的压应力分布和近表面层过高的拉应力值，残余拉应力促进裂纹的萌生和扩展，其数值之大，甚至会超过材料的破断强度，而形成细微小裂纹。有时在磨削后不产生裂纹，但在研磨或使用过程中，当其表层被去除后，下层的残余应力失去平衡，才出现裂纹。在金刚石加工时，刀具表面磨削接触区局部瞬时温度的高低将取决于加工方法、金刚石工具特性和磨削制度。
3 整体硬质合金刀具磨削裂纹的无损检测
通过以上分析以及大量的检测试验，我们采用高灵敏度的亲水性后乳化荧光渗透探伤法对采用相同磨削工艺(未改进前)的近万件同一材质刀具的对比检测结果表明其磨削裂纹检出率最高(见表1)。对使用我们经后乳化型荧光渗透检测合格的整体硬质合金刀具的用户进行回访，也未反映发生过因刀具裂纹等表面缺陷造成的刀具崩刃、断刃、断
裂等现象。这些情况表明采用高灵敏度的亲水性后乳化荧光渗透探伤法无损检测整体硬质合金刀具的磨削裂纹缺陷是有效的。刀具后乳化型荧光渗透检测工艺流程如图1所示，检出的整体硬质合
金铣刀典型磨削裂纹如图2和图3所示。
4 整体硬质合金刀具磨削工艺改进
1.影响磨削裂纹的磨削工艺因素
如前所述，整体硬质合金刀具表面的磨削裂纹主要是由于磨削过程中磨削接触区的局部瞬时温度过高形成磨削表面层较浅的压应力分布和近表面层过高的拉应力值超过材料的破断强度造成，因此，在磨削加工过程中应尽量减小和避免瞬时高温的产生，也就减小和避免了残余拉应力的产生。磨削过程中的瞬时高温往往会引起磨削表面层的机械性能的变化，这种瞬时高温可达1000℃以上，对刀具表面层造成磨削烧伤。磨削烧伤会破坏刀具表面层组织，使工件表面的质量恶化，严重影响刀具的强度、耐磨性和使用寿命;严重时还会产生裂纹。因此，不
量
图1 刀具后乳化型荧光渗透检测工艺流程图图2 整体合金铣刀表面的典型磨削裂纹
图3 整体合金铣刀表面的典型磨削裂纹
仅要防止产生磨削裂纹，还必须避免磨削烧伤。在金刚石加工时，刀具表面局部瞬时温度的高低将取决于加工方法、金刚石工具特性和磨削制度。
实践证明：金刚石砂轮的线速度和径向进给量越大、砂轮硬度越高、砂轮粒度越细、刀具材料导热系数越低和砂轮磨损得越厉害，都使磨削温度升高得越厉害，则越容易产生磨削裂纹及磨削烧伤。要控制和避免磨削裂纹及磨削烧伤，必须采取两方面的措施：一是减少磨削热的产生，二是加速磨削热的传出。减少磨削热的办法是：适当降低金刚石砂轮的线速度，减小径向进给量(粗磨—精磨—抛光分工序进行)，选取较软的金刚石砂轮，减少工件和砂轮的接触面积，根据磨削要求合理选择砂轮的粒度，经常保持砂轮在锋利的条件下磨削以及选择适宜的磨削冷却液以减小磨粒与工件间摩擦等。加速磨削热传出的措施是除了适当提高工件速度和轴向进给量外，主要是采用有效的冷却方法;为了提高冷却效果，可采用喷雾冷却、高压冷却、内冷却以及运动粘度较低的冷却油等。另外，在精磨时，减少进给量和适当的光磨，可有效减少表层内残余应力。
综上所述，为了提高生产率和磨削效率，同时又要获得较好的磨削表面质量，我们的方法是一开始采用较低的砂轮线速度和较大的径向进给量，最后几次进给量减小而砂轮线速度提高，并进行光磨，这样可提高磨削表面质量。为了进一步提高磨削表面质量，还可采用喷雾冷却和高压冷却，选择适宜的切削液，同时根据加工对象合理选择砂轮和精细地修整砂轮。磨削参数的选择原则是：磨削参数是在保证磨削温度较低、磨削表面粗糙度较高的条件下，尽量选取较低的砂轮线速度，较大的径向进给量、轴向进给量和工件速度。由于砂轮的线速度和径向进给量对磨削表面层的质量影响最大，因此，磨削参数的选择步骤是：先选较大的工件速度，再选轴向进给量，最后才选砂轮线速度和径向进给量。
2.防止磨削裂纹的磨削工艺改进措施
a.选用合适的冷却液和冷却方式
b.将国产冷却油更换为运动粘度更低的进口冷却油，并改进冷却方式，使冷却油始终处于磨削接触区冷却，油温控制在2315℃以下(空调风冷控制)，同时增加工具磨床油泵压力，以加强磨削中的冷却效果。
c.选用合适的金刚石砂轮金属粘结剂金刚石砂轮由于导热性好、磨削力大、磨削效率高，主要用于粗开槽工序(磨沟槽)的粗磨和精磨，该工序也可选用高温树脂粘结剂金刚石砂轮，但磨耗较大;树脂粘结剂金刚石砂轮润滑性好，磨削力较小、自砺性好，选用中等、中软树脂粘结剂金刚石砂轮或勤修砂轮，始终保持砂轮处于锋利状态，主要用于开齿工序(前后刀面、端齿槽、偏背去余量等工序总称)的粗磨和精磨。金刚石砂轮浓度选择75%～100%，金属粘结剂砂轮粒度选择120～140目，树脂粘结剂砂轮(RVD)粒度粗磨选择80～120目，精磨选择200～240目较为合适。若全部选用质量较好的进口砂轮，则刀具的磨削效率和表面粗糙度均高于国产砂轮。
d.选择合理的磨削参数
以在德国SAACKE公司的UWIE212型数控工具磨床(15kW)上磨削整体硬质合金两刃螺旋立铣刀为例，粗开槽工序(磨沟槽)金刚石砂轮线速度选择14～20m/s ，机床轴向进给速度选择50～200mm/min，机床径向进给量粗磨选择210～510mm，精磨选择0.2～0.5mm;开齿工序(前后刀面、端齿槽、偏背去余量等工序总称)金刚石砂轮线速度选择14～24m/s，机床轴向进给速度选择100～400m/min，机床径向进给量粗磨选择0.3～1.0mm，精磨选择0.05～0.1mm。磨前后刀面时还采用无进给返程光磨提高其表面粗糙度。如选用进口砂轮，允许选择比国产砂轮偏高的砂轮线速度和较大的径向进给量。
3.磨削工艺改进措施的效果验证
o磨削工艺改进后的6800余件整体硬质合金刀具(其中有近4000件为高速铣刀)采用同一种后乳化型荧光渗透检测法进行探伤。结果表明：不仅刀具磨削表面质量大为改观，磨削裂纹率由工艺改进前的将近20%逐步降低为工艺改进后的15%、10%、6% ，直至最佳改进工艺的0.5%以下，刀具表面磨削烧伤情况(发亮、发白而不是发蓝、发紫、发褐、发黄、发乌、发暗)以及表面粗糙度情况(R z0.2～0.8μm)也显著改善;而且磨削效率还有所提高，以直径20mm的两刃整体硬质合金高速铣刀为例，工艺改进前完成每件刀具的磨削需要30～40min，工艺改进后则只需20～30min，如果都采用质量较好的进口冷却油和进口金刚石砂轮，最佳改进工艺对应的磨削效率还可提高到每件14～20min。
5 结语
1.整体硬质合金刀具产生磨削裂纹的主要原因为磨削工艺和参数不恰当导致磨削接触区的局部瞬时温度过高引起近表面层过高的拉应力值超过材料的破断强度造成。
2.采用高灵敏度的亲水性后乳化荧光渗透探伤法可有效地检测整体硬质合金刀具的磨削裂纹等表面缺陷;推荐该方法广泛用于整体硬质合金刀具的质量保障技术领域。
通过改进和优化整体硬质合金刀具磨削工艺和磨削参数可有效防止磨削裂纹及磨削烧伤的产生。
齿轮常见损伤形式及产生的原因 齿轮常见损伤形式及产生的原因 损伤形式损伤特征损伤原因损伤结果 齿面烧伤有腐蚀性点蚀的特征①齿面剧烈磨损②由磨损引起的局部高温 ③齿隙不足④齿面加工精度达不到要求⑤ 润滑不当⑥超负荷、超速运行 齿面局部软化，疲劳寿 命随之降低 变色齿面有变色现象①齿面硬度低、温度高②润滑状态劣化产生胶合的前兆 初期点蚀发生在轮齿节线附近的齿 根表面上，具有点蚀形貌 ①齿面局部凸起，局部承受较大负荷②受交 变应力作用 对轮齿损坏影响不大 破坏性点 蚀蚀点尺寸大，齿形被破坏 ①由于局部点蚀，引起动态负荷加大②齿面 硬度高③光洁度低④润滑油不良 蚀坑往往成为疲劳源， 最终导致轮齿疲劳断 裂 剥落凹坑比硬坏性点蚀大而深， 断面较为光滑，多发生在齿 顶或齿端部 ①轮齿的表层和次表层缺陷②热处理产生 过大的内应力 产生范围较大的齿面 疲劳损坏 滚轧和缍 击 齿顶或齿端部产生飞边或 齿顶揉圆，主动轮在齿面节 线附近出现凹坑，从动轮产 生凸起 ①受冲击负荷作用②啮合不良致使齿面屈 服和变形③齿面硬度低④润滑油不良 通常在齿面上产生，局 部完全被破坏，然后轮 齿其余部分产生严重 的塑性变形，进而齿轮 报废 中等磨损主动轮发生在齿顶，从动轮 发生在齿根 ①轮齿承受过高载荷②润滑油不良 使用寿命降低，噪声变 大 破坏性磨 损工作恶化，齿形改变①齿轮啮合节圆的滑动受阻②润滑油不良 可能导致点蚀和塑性 变形，寿命显著降低 磨料磨损齿面滑动方向出现彼此独 立的沟纹 ①外界的微粒进入轮齿啮合面②润滑油过 滤网损坏 使用寿命降低，润滑条 件进一步劣化 胶合撕伤 沿齿面的滑动方向形成沟 槽，在齿根和节线附近被挖 成凹坑，使齿形破坏 ①负荷集中于局部的接触齿面上②油膜破 坏③单位接触负荷过大 导致齿轮早期损坏 干涉磨损主动齿轮的齿根被挖伤，从 动齿轮齿顶严重破坏 ①设计、制造不当②组装不良 噪声增大，最终导致一 对啮合齿轮全部报废 腐蚀磨损在齿面上产生腐蚀斑点①由于空气中的潮湿气体、酸或碱性物质造 成润滑油的污染润②滑油中的极压剂添加 不当 降低使用寿命 剥片 小而薄的金属片从齿面剥 不，严重时可在润滑油中看 到大量的金属剥片 ①齿面硬化层过薄或心部硬度低②热处理 工艺不当 噪声增大，导致齿轮损 坏 波纹齿面产生波纹状损伤，以渗 碳的双曲线小齿轮最为常 见 ①润滑不当②高频振动及滑动摩擦促使齿 面屈服 噪声增大
磨床磨削裂纹的产生原因 分析与对策 分析磨削裂纹的产生原因，与磨削前各加工过程所产生的缺陷，如材料表层中存在网状碳化物、非金属夹杂、组织疏松、成分偏析、晶界上的淬火变形等有关；裂纹通常与烧伤同时出现。当工件表层的残余拉应力超过材料的抗拉强度时，就会产生磨削裂纹。磨削裂纹的产生原因和减小磨削裂纹的方法如下： 1、正确选用砂轮，例如可采用颗粒较粗、较软、组织较疏松的砂轮；保证修整后砂轮的锋利。 2、保证磨削时的冷却条件，设法使冷却液能有效地渗透到工件的磨削区中。 3、合理选择磨削用量，例如提高工件的转速，采用较小的径向进给量等。磨削时如果磨削工艺参数选择或操作不当，工件表面温度达到150~200度时表面因马氏体分解，体积缩小，而中心马氏体不收缩，使表层承受拉应力而开裂，产生的裂纹会与磨削方向垂直，裂纹相互平行。当磨削温度在200度以上时，表面由于产生索氏体或托氏体，这时表层发生体积收缩，而中心则不收缩，使表层拉应力超过脆断抗力而出现龟裂现象。
4、工件表面渗层碳浓度过高，会使工件表面产生过多的残余奥氏体．从而容易导致产生烧伤和裂纹。因此，表面碳浓度增加，则降低了磨削性能，一般表面碳浓度应控制在0.75％-0.95％范围以内。 5、碳化物分布应均匀，粒度平均直径不大于0.001m；碳化物形态应为球状、粉状或细点状沿网分布，不允许有网状或角状碳化物。 6、热处理时．表面或环境保护不当会产生表面氧化，这样在工件上就会产生一层薄的脱碳层，这层软的脱碳层会引起砂轮过载或过热，从而造成表面回火，工件磨削时容易出现裂纹。 7、如果冷却不充分，磨削时零件表面温度有时可能高达820~840度或更高，则由于磨削形成的热量足以使表面薄层重新奥氏体化，并再次淬火而形成淬火马氏体，表面形成二次淬火的金相组织。此外，磨削形成的热量使零件表面温度升高极快，这种组织应力和热应力导致磨削表面出现磨削裂纹。 8、使用金刚滚轮修整砂轮的内滚道磨床加工的零件有裂纹，还与配置的金刚滚转速、转向、金刚石的粒度、磨损情况、修砂轮时电主轴的转速、修砂轮时与滚轮磨合停留的时间等因素有关。
硬质合金刀具材料基础知识 文章来源：中国刀具信息网添加人：阿刀 硬质合金是使用最广泛的一类高速加工（HSM）刀具材料，此类材料是通过粉末冶金工艺生产的，由硬质碳化物（通常为碳化钨WC）颗粒和质地较软的金属结合剂组成。目前，有数百种不同成分的WC基硬质合金，它们中大部分都采用钴（Co）作为结合剂，镍（Ni）和铬（Cr）也是常用的结合剂元素，另外还可以添加其他一些合金元素。为什么有如此之多的硬质合金牌号？刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料？为了回答这些问题，首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。 硬度与韧性 WC-Co硬质合金在兼具硬度和韧性方面具有独到优势。碳化钨（WC）本身具有很高的硬度（超过刚玉或氧化铝），而且在工作温度升高时其硬度也很少下降。但是，它缺乏足够的韧性，而这对于切削刀具是必不可少的性能。为了利用碳化钨的高硬度，并改善其韧性，人们利用金属结合剂将碳化钨结合在一起，从而使这种材料既具有远远超过高速钢的硬度，同时又能够承受在大多数切削加工中的切削力。此外，它还能承受高速加工所产生的切削高温。 如今，几乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂层，因此，基体材料的作用似乎显得不太重要了。但实际上，正是WC-Co材料的高弹性系数（衡量刚度的指标，WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍）为涂层提供了不变形的基底。WC-Co基体还能提供所需要的韧性。这些性能都是WC-Co材料的基本特性，但也可以在生产硬质合金粉体时，通过调整材料成分和微观结构而定制材料性能。因此，刀具性能与特定加工的适配性在很大程度上取决于最初的制粉工艺。 制粉工艺 碳化钨粉是通过对钨（W）粉进行渗碳处理而获得的。碳化钨粉的特性（尤其是其粒度）主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。化学控制也至关重要，碳含量必须保持恒定（接近重量比为6.13％的理论配比值）。为了通过后续工序来控制粉体粒度，可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。不同的下游工艺条件和不同的最终加工用途需要采用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合，通过这些组合的变化，可以产生各种不同的碳化钨粉。例如，碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种标准牌号的碳化钨粉，而根据用户要求定制的碳化钨粉品种可达标准牌号碳化钨粉的5倍以上。 在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料时，可以采用各种不同的组合方式。最常用的钴含量为3%－25%（重量比），而在需要增强刀具抗腐蚀性的情况下，则需要加入镍和铬。此外，还可以通过添加其他合金成分，进一步改良金属结合剂。例如，在
技术讲座二 磨削裂纹产生机理与防止措施 1 磨削裂纹的特征 磨削裂纹形状特别，仅发生在磨削面上,与淬火裂纹在宏观上观察明显不同，且磨削裂纹深度较浅。较轻的磨削裂纹垂直于或接近垂直于磨削方向呈平行分布，称之为第Ⅰ类裂纹。较严重的裂纹呈龟甲状,称之为第Ⅱ类裂纹，习惯上叫做龟裂。其深度大致为0.03-0.20mm。用酸浸蚀后裂纹更加明显易见。 2 磨削裂纹的产生机理 磨削裂纹的产生皆由内部应力诱发所致，磨削裂纹产生的主要原因是磨削热引起的。工件磨削时磨削接触区温度高达400℃，磨削接触点的温度更是高达800℃以上。 磨削热导致工件表面产生热应力和组织相变而引起体积变化的相变应力。 渗碳淬火钢的表面组织是高碳马氏体和一定数量的残余奥氏体，处于膨胀状态(未经回火处理尤为严重)；磨削热尤其是砂轮和工件接触区的高热会迅速使接触区表面温度升高，当表面温度升高到100℃～200℃左右离开接触区被冷却液迅速冷却时，必然将产生收缩，这是第一次收缩。这种收缩仅发生在表面，由于其基体马氏体仍处于膨胀状态，从而使表面层承受拉应力而产生微裂纹，这就是第Ⅰ类裂纹。随着磨削加工的继续当表面温度升至300℃～400℃时，表面层发生相引起变体积缩小，导致表面再次产生收缩，从而产生第Ⅱ类裂纹。 由于马氏体的膨胀收缩是随着钢中含碳量的增加而增大，故渗碳淬火钢（高碳工具钢）表面产生磨削裂纹尤为严重和常见。 渗碳淬火工件表面的残余奥氏体，在磨削时受磨削热的影响即发生分解，逐渐转变为马氏体，这种新生的马氏体集中于表面，引起零件局部体积膨胀，加大了零件表面应力，导致磨削应力集中，继续磨削则容易加速磨削裂纹的产生；此外，新生的马氏体脆性较大，继续磨削也容易加速磨削裂纹的产生。另一方面，在磨床上磨削工件时，对工件既是压力，又是拉力，助长了磨削裂纹的形成。 如果在磨削时冷却不充分，则由于磨削而产生的热量，足以使磨削表面薄层重新奥氏体化（727℃以上），随后再次淬火转变为淬火马氏体。因而使表面层产生附加的组织应力，再加上磨削所形成的热量使零件表面的温度升高极快，这种组织应力和热应力的迭加就可能导致磨削表面出现磨削裂纹。 3 磨削裂纹的防止措施 3.1 热处理方面 由于磨削裂纹的产生是由内部应力诱发产生，因此，渗碳淬火后应及时回火消除应力。保证表面硬度前提下回火温度尽量高一些对预防磨削裂纹非常有效，必要时进行二次回火效果更好。我们公司就规定轴类零件每年11月份到第二年
磨削裂纹产生的原因是磨削力过大、冷却不充分，工件表面温度过高，而导致工件表面烧伤或产生淬火组织，并以下参数选择有关：1.与砂轮的选择有关，渗碳淬火件宜采用硬度较的的磨轮。可选用棕刚玉砂轮，粒度为80-100，硬度为K-M，陶瓷5-6粘结剂。2.冷却必须充分。3.进刀量应尽量小，一般一次磨量不宜超过0.02mm(单边)。 磨削裂纹有两类：一类是磨削热使工件温度升高至180℃左右（与回火第一阶段相对应），裂纹与磨削进给方向垂直且呈平行线状，这种裂纹叫做第一类磨削裂纹；另一类是磨削热使工件温度升高到250～300℃左右（与回火第二阶段相对应），裂纹呈网状，这种裂纹叫做第二类磨削裂纹。检查磨削裂纹可以利用热酸蚀法，这时的显微组织为屈氏体或索氏体。磨削热是在砂轮与钢的接触和挤压摩擦条件下产生的，因此，砂轮的种类和粒度以及钢种均对磨削热产生影响。钢件硬度越高，硬质碳化物数量越多或导热系数越低，越易产生较多的磨削热而使工件温度升高。含碳量高且含有铬和钼的合金钢也易产生大量的磨削热使工件温度升高。 ①材料缺陷：材料本身存在严重的非金属夹杂物（如硫和磷）和碳化物偏析等内部 缺陷（一般不超过2.5级）。例如，硫在钢中以FeS的形式存在，FeS与Fe形成易溶共晶体，其中熔点为985℃，分布与晶界。由于材料局部含硫较多，具有热脆性，当高温淬火时，由于材料热应力和组织应力的变化，则会因这种热脆性而导致开裂。 ②碳和合金元素的影响。淬火马氏体是碳在a铁中的过饱和固溶体，过高的碳量 增加了马氏体组织中碳的过饱和度，增大了马氏体组织应力，降低了组织的塑性，导致淬火层脆性增加，引起工件开裂。试验证明，含碳量不同的材质所制成的试样，经表面淬火后出现以下情况：含碳量0.54~0.46%的50MnSi和5CrMnMo。裂纹敏感性较强，棱角、尖角几乎都有裂纹；含碳量0.45~0.46%的50钢和50Mn要好些，但也有少量裂纹，而含碳量0.38~0.45%的40Cr和42CrMo的试样，经一次淬火均未发现裂纹，仅在重复淬火时才出现裂纹。另外，合金元素Mn、Cr、Mo可显著增加淬透性，同时能增大马氏体相变的组织应力，而且Mn还会使奥氏体晶粒有长大倾向，淬火组织粗大，导致裂纹。 有时，为避免裂纹，常采取减少含碳量，降低一点硬度的办法。 ③过热及过烧。感应加热时，加热温度过高，出现严重的过热和过烧现象，是工 作加热层得到粗大的奥氏体晶粒，淬火后得到粗大的马氏体组织，脆性增大，出现裂纹。 例如，一般感应加热淬火均以静止工件已加热到淬火温度，才开始让工件与感应器作相对移动，结果常在距起始淬火边缘（10~13mm）处产生“起步裂纹”，裂纹附近金相组织为粗针状马氏体，这是明显的过热现象，可采用低温缓淬法加以解决。 ④未经预先热处理。工件毛坯制作后，未经预先热处理（调质、正火或退火等处 理），毛坯内部组织的缺陷和应力未能及时消除，淬火应力更加增大了内部的应力，从而导致开裂。 ⑤激冷。由于淬火介质选择不当，使冷却速度过快（激冷）造成开裂。例如：合 金钢工件不采用缓冷却剂（如油、聚乙烯醇水溶液）而用水淬，致使在热应力和马氏体相变的组织应力的复杂作用下，引起开裂。 ⑥应力集中。工件厚薄差别较大或带有尖角、直角和凹槽处，引起应力集中而导 致淬火工件开裂。 ⑦回火不当。表面淬火后，工件表面得到马氏体组织。这时该层中内应力较大， 如果回火不足或回火不及时，也会因淬火的残余应力作用而导致淬火层内产生显微裂
本科毕业设计（论文）通过答辩 摘要 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。可广泛应用于各种现代光电子产品，几乎在所有的工程应用领域中，无论是现代国防科技技术领域，还是普通的工业领域都有着广泛的应用前景，开展光学玻璃非球面零件的高精密光学技术研究具有重要的理论意义和现实指导意义。 本次设计研究内容为非球曲面的超精密加工系统的研究，非球曲面的超精密加工工艺的研究。重点内容是非球曲面加工超精密磨削装置的设计，主要为砂轮主轴装置的选取，中心高位调机构的设计，各个运动的传动设计以及砂轮运动轨迹的分析。在研究过程中详细的分析了影响零件加工精度的各种主要因素并提出相应的控制措施，尤其是对非球曲面的磨削加工设备进行详细设计，并简要分析了非球曲面加工机床的数控及伺服控制系统等。 关键词：非球曲面；超精密加工；微调机构；金刚石砂轮
本科毕业设计（论文）通过答辩 Abstract The aspheric optical parts can get good image quality, good optical system correction of various aberrations, to improve the image quality, and improve the system ability to identify it to one or several non-spherical spherical optical parts unparalleledparts instead of a number of spherical parts, thus simplifying the instrument structure, reduce costs and reduce instrument weight. It’s widely used in many realms, such as national defense, machine chemical and aviation. It’s very useful to develop the grinding theory and important practical significance to study the high precision grinding methods about the optical glass aspheric surface parts. This article discussed in the ultra-precision grinder, the CNC operation program,and the aspheric surface optics parts’grinding craft. The center height micro-adjusting mechanism and the drive system. In the process of the research, we analysis it detailed that the main factor influence the process precision of the parts, and make something to solve it, especially for the precision grinding equipments, and analysis it simplify for the precision machine tool for aspheric surface optics parts and the servo-control system and the other technology. Key words: the aspheric surface; ultra-precision machining; the micro-adjusting mechanism; diamond wheel
提高工件转速可以防止烧伤. 烧伤的主要几个原因及解决方法: 1.砂轮太硬选择稍软的砂轮 2.背吃刀量大减少背吃刀量,增加光磨时间 3.切削液不充足切削液要充分 4.粗磨烧伤过深进给量要小,切削液要充分 5.磁力不足,工件停转调整磁力 6.工件转速过低调整工件转速 7.砂轮主轴振摆大检修主轴 8.金刚石不锐利反转金刚石,以锐利尖角修整,或换金刚石 9.砂轮修整不好重新修整，稍放慢修整速度 10.定时支承磨损情况,如果磨损过大,会产生支承烧伤. 11,检查工件和砂轮电机扭矩选用是否足够,不足工件会产生短暂停留,会产生竖条烧伤. 另外提醒一点: 工件转速过高和过低都会产生烧伤,只有在合理范围内才是效果最佳的. 磨削烧伤机理： 当磨削表面产生高温时，如果散热措施不好，很容易在工件表面（从几十um到几百um）发生二次淬火及高温回火。如果磨削工件表面层的瞬间温度超过钢种的AC1点，在冷却液的作用下二次淬火马氏体，而在表层下由于温度梯度大，时间短，只能形成高温回火组织，这就使在表层和次表层之间常山拉应力，而表层为一层薄而脆的二次淬火马氏体，当承受不了时，将产生裂纹。 预防磨削烧伤的措施 1.尽量减少磨削时产生的热量。 2.尽量加速热量的散发。 以上摘自邢镇寰吴宗彦主编的《轴承零件磨削和超精加工技术》。 砂轮工件转速比，最好是在60：1 可以尝试使用大气孔或者小气孔的砂轮。 主要在以下几方面分析调整： 1.磨削回跳时是否可能撞砂轮； 2.磨削进给速度，一般粗磨1.0-1.5MM/MIN.,精磨0.3-0.6mm/min.,光摩0.1mm/min； 3.工件转速，在可能的情况下尽可能快一些，以利于散热； 4.砂轮转速，适当调慢； 5.冷却液的浓度； 6.冷却液的喷溅流量及喷溅部位。
焊接刀、焊接刀片：A1型：A116、A118、A120、A122、A125、A130、A136、A140等 A2型：A216 A220 A225等 A3型：A315 A320 A325 A330 A340等 A4型：A416 A420 A425 A430等 B2型：B214 B216 B220 B225等 C1型：C116 C120 C122 C125等 C3型：C304 C305 C306 C308 C310 C312 C316等 C4型：420 C425 C430 C435等 D2型：D216 D220 D224 D226 D228 D230等 E3型：E325 E330等 F2型：F216 F216A F220 F230 F230A等 机夹刀片主要型号： 3A型：31305A 31605A等 3C型：31303C 31603C等 3D型：31303D 31603D 31903D等 3V型：31305V 31310V 31320V 31605V 31610V 31620V等 C-H型：C1610H6 C1610H6Z C1910H6 C1910H6Z等 T3A型：T31305A T31605A T31905A等 T3F型：T31305F T31605F T31905F等 T3V型：T31305V T31310V T31605V T31610V T31910V等 4A型：41305A 41315A 41605A 41905A等 4F型：41305F 41605F 41905F等 4H型：41305H 41605H 41905H 41910H 42210H8 42510H8等 4V型：41305V 41310V 41605V 41610V 41620V等 铣刀片主要型号： 3-0型：313100 316100等 3-8型：313058 313108等 3-11型：3100511 3130511 3131011等 4-0型：413050 413100 416050 416100 419100 419200等 4-8型413058 416058 416108 416158 419108等 4-11型：4130511 4131011 4160511 4161011 4161511 4191011等 G3-0型：G307050 G310050 G313050 G316050等
项目名称：光学自由曲面制造的基础研究首席科学家：房丰洲天津大学 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部天津市科委
二、预期目标 （1）总体目标 针对国家发展的重大需求对光学自由曲面制造技术的要求，深入研究并解决光学自由曲面制造中的重大关键基础科学问题，揭示自由曲面成型过程中纳观尺度材料迁移新理论，掌握和研究光学自由曲面高效、纳米级精度加工工艺技术及装备的共性基础问题，发展具有自主知识产权、具有国际先进水平的高精度、可控面形的光学自由曲面加工技术，培育我国光学自由曲面加工领域在国际上具有重要影响的学术带头人和创新团队，推动我国制造技术基础理论研究，确立在光学自由曲面制造领域国际竞争中的优势地位，增强光学自由曲面核心关键器件自主创新能力，并将光学自由曲面制造理论向更多领域纵深发展，推动我国科技进步。 （2）五年预期目标 在理论研究方面： 解决光学自由曲面制造中的关键科学问题，为实现高精度、高效率和高可靠性的光学自由曲面制造技术与装备提供理论基础，跻身于国际制造科学研究领域的前沿。 ?揭示光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性的映射规律、时变工况激励下控制系统与机械结构耦合动态特征对加工精度的 扰动规律，建立几何/物理/材料关联约束条件下光学自由曲面的空间机 构构型创新设计与优化理论； ?揭示光学自由曲面非均匀变流向纳观材料迁移规律，建立曲面成形过程中跨尺度材料特性演变、表层及近表层材料结构变化等基础理论； ?揭示光学自由曲面物理再构过程中加工工具在力、热和化学等多场耦合环境下与加工材料之间相互作用和微观力学行为，建立加工工具的失效 形式及其加工性能的演变理论； ?揭示多物理场辅助下纳米切削行为、离子注入表面改性后的硬脆材料切削规律，建立工具磨损抑制及材料学分析测试理论。 在技术应用方面：
北京科技大学冶金与生态工程学院 文献综述 模具钢生产过程中裂纹产生的原因与 对策 姓名杨岩 学号41011017 班级冶金E101 2013年4月
目录 摘要 (3) 一、模具钢概述 (3) 二、模具钢常见裂纹 (3) 三、裂纹产生原因分析 (6) 四、模具钢裂纹研究方法与思路 (9) 参考文献 (12)
摘要 模具钢是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种，而模具是机械制造、无线电仪表、电机、电器等工业部门中制造零件的主要加工工具。本文对近年来国内企业以及学者对模具钢热处理过程中产生裂纹的研究成果进行梳理，以期更准确的描述国内模具钢生产现状，并为下一步发展提出相应对策。 一、模具钢概述 模具钢大致可分为（冷作模具钢）、（热作模具钢）和（塑料模具钢）3类，用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢，按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢的性能要求也不同。模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外，主要受模具材料和热处理的影响。 在模具钢热处理中，淬火是常见工序。然而，因种种原因，有时难免会产生淬火裂纹，致使前功尽弃，造成巨大经济损失。分析裂纹产生原因，进而采取相应预防措施，具有显著的技术经济效益。 二、模具钢常见裂纹 在目前的模具钢生产过程中，出现的裂纹种类如下所述： 1、纵向裂纹 裂纹呈轴向，形状细而长。当模具完全淬透即无心淬火时，心部转变为比容最大的淬火马氏体,产生切向拉应力，模具钢的含碳量愈高，产生的切向拉应力愈大，当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成。以下因素又加剧了纵向裂纹的产生： (1)钢中含有较多S、P、***、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质，钢锭轧制时沿轧制方向呈纵向严重偏析分布，易产生应力集中形成纵向淬火裂纹，或原材料轧制后快冷形成的纵向裂纹未加工掉保留在产品中导致最终淬火裂纹扩大
一、名词解释（本题 10 分每小题2分） 1、比磨削能：磨除工件上单位体积的材料所消耗的能量。 2、磨削比：工件的材料磨除量与砂轮磨损量之比称为磨削比 3、比磨除率：磨具的单位宽度在单位时间内所磨去的工件体积 4、超精加工：超精加工是在良好的润滑冷却和较低的冷却条件下，用细粒度磨石以较高的往复振动频率，对低速旋转的工件进行光整加工。 5、磨削表面层质量：主要是指工件的粗糙度，表面精度及表面层的质量等。 6、二、填空题（本题 10 分每空1分） 1、砂轮速度、工件速度和切入深度是切入式外圆磨削加工方式中的磨削 工艺参数。 2、磨削温度的含义包括：工件的平均温度、接触面温度、磨料切刃温度和切削温度。 3、无心磨削的导轮形状常采用单页回转双曲面。 磨削过程是一个过渡的切削过程，磨粒与工件的干涉过程可以分为弹性滑擦阶段、塑性耕犁阶段以及切削三个阶段。 三、简答题（本题 50 分每小题5分） 1、什么是有效磨粒？砂轮表面上的磨粒成为有效磨粒受哪些条件的影响？5页 2、磨削热分布有何特点？各种磨削热对磨削效果有什么影响？47页 3、磨削过程中能存在的振动形式有哪些？磨削中这些振动形式的振源是？ 41页 4、磨削液的作用是什么？磨削液的类型及其应用场合是什么？57、58、59页 5、什么是砂轮的寿命？影响砂轮寿命的条件有哪些？91页 6、什么是磨削精度？降低磨削精度的原因主要有哪些？70、71页 7、表面粗糙度有哪些表示方法？磨削表面层粗糙度对零件的使用性能影响如何？ 74、77页 8、磨料粒度的选择应当考虑的因素有哪些？116、205页 9、什么是磨具硬度？磨具硬度对磨削效果有什么影响？选择磨具硬度的一般原则是什么？ 117页 10、金刚石砂轮为什么要限速使用？128页 四、综合应用题（本题 30 分，每题15分） 1、磨削某工件时砂轮直径Ds=400mm，宽度B=40mm，砂轮速度vs=30m/s，工件为直径d=40mm，长度L=400mm的圆棒，每件工件的磨除余量为 0.5mm，每件工件的磨削时间为t=1min，当磨削100件工件后测得砂轮半径方向的磨损量为δ= 0.3mm 磨削中平均的切向磨削力Ft=28kg。求： 1、磨削比G（5分） 2、比磨削能u（8分） 3、和比磨除率 Z′（7分） 4、为什么这三个参数能够反映磨具的磨削特性？（10分） 2、简述不锈钢的磨削方案。方案内容包括不锈钢材料的特点、磨具的选择（磨料种类、磨料粒度、结合剂、硬度、组织等）、磨削参数的选择（主运动速度、工件速度、径向进给量、轴向进给量、磨削余量等）、磨削液选择和砂轮的修整方法。
热处理缺陷裂纹产生原因的分析 -------------------------------------------------------------------------------- 作者：张丽更新时间：2008-2-13 江苏盐城纺织职业技术学院 摘要：主要分析各种热处理方法及其他因素使金属零件产生裂纹的原因 关键词：热处理缺陷裂纹因素 热处理是通过加热和冷却，使零件获得适应工作条件需要的使用性能，达到充分发挥材料潜力，提高产品使用寿命和提高效能的重要的工艺方法。如果出现热处理缺陷，热处理就无法达到预期的目的，零件将成为不合格品或废品，从而造成经济损失。热处理缺陷一般按缺陷性质分类，主要包括裂纹、变形、残余应力、组织不合格、性能不合格、脆性及其他缺陷等七类。其中最危险的热处理缺陷是裂纹，一般将之称为第一类热处理缺陷，它属于不可挽救的缺陷；最常见的热处理缺陷是变形，一般称之为第二类热处理缺陷；其余缺陷如残余应力，组织不合格等属于第三类，一般统称为第三类热处理缺陷。 下面着重讨论有关热处理第一类热处理缺陷――裂纹。 一、金属零件的淬火裂纹 影响钢件淬火裂纹形成的因素众多，主要包括冶金因素、结构因素、工艺因素等。掌握各种因素作用，各因素对淬火裂纹影响的规律，对防止淬火裂纹的发生，提高成品率有重要的意义。 （1）钢件的冶金质量与化学成分的影响 钢件可用锻件、铸件、冷拉钢材、热轧钢材等加工而成，各种毛坯或材料生产过程中均可能产生冶金缺陷，或者将原料的冶金缺陷遗留给下道工序，最后这些缺陷在淬火时可扩展成淬火裂纹，或导致裂纹的发生。如铸钢件在热加工工艺过程中因加工工艺不当，在内部或表面可能形成气孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕等缺陷；在锻件毛坯中，有可能形成缩孔、偏析、白点、夹杂物、裂纹等。这些缺陷对钢的淬火裂纹有很大的影响。一般说来，原始缺陷越严重，其淬火裂纹的倾向性越大。 钢的含碳量和合金元素对钢的淬裂倾向有重要影响。一般说来，随着马氏体中含碳量的增加，增大了马氏体的脆性，降低了钢的脆断强度，增大了淬火裂纹倾向。在含碳量增加时，热应力影响减弱，组织应力影响增强。水中淬火时，工件的表面压应力变小，而中间的拉应力极大值向表面靠近。油中淬火时，表面拉应力变大。所有这些都增加了淬火开裂倾向。而合金元素对淬裂的影响是复杂的，合金元素增多时，钢的导热性降低，增大了相变的不同时性；同时合金含量增大，又强化了奥氏体，难以通过塑性变形来松弛应力，因而增大热处理内应力，有增加淬裂的倾向。然而合金元素含量增加，提高了钢的淬透性，可用较缓和的淬火介质淬火，可以减少淬裂倾向。此外有些合金元素如钒、铌、钛等有细化奥氏体晶粒的作用，减少钢的过热倾向，因而减少了淬裂倾向。 （2）原始组织的影响 淬火前钢件的原始组织状态和原始组织对淬裂的影响很大。片状珠光体，在加热温度偏高时易引起奥氏体晶粒长大，容易过热，所以对原始组织为片状珠光体的钢件，必须严格控制淬火加热温度和保温时间。否则，将因钢件过热导致淬火开裂。具有球状珠光体原始组织的钢件，在淬火加热时，因为球状碳化物比较稳定，在向奥氏体转变的过程中，碳化物的溶解，
金属切削原理读书报告 常用刀具材料分类特点及应用 姓名： 班级： 学号： 2014年5月7日
摘要 本文在阅读有关论文和专著的基础上对现阶段常用的刀具材料进行了总结和分析，总结出了碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等刀具材料的特点及应用范围，同时针对几种常见的切削工序中刀具材料的应用做了简单的分析。
目录 摘要 (1) 1刀具材料的发展历史 ......................................................... 错误!未定义书签。 2 常用刀具材料及特点 ........................................................ 错误!未定义书签。 碳素工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 合金工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 高速钢 ........................................................................... 错误!未定义书签。 硬质合金 ....................................................................... 错误!未定义书签。 陶瓷 ............................................................................... 错误!未定义书签。 超硬材料 ....................................................................... 错误!未定义书签。 3 刀具材料的典型应用 ........................................................ 错误!未定义书签。 工件材料与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 加工条件与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 4 总结 .................................................................................... 错误!未定义书签。 5 参考文献 ............................................................................ 错误!未定义书签。
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500——600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加
入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40——60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10——20倍，其红硬性比硬质合金高2——6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93——95HRC，
2018/ 8 收稿日期:2018年3月 1裂纹情况 齿轮作为一种常见的机械传动方式,在各行各业有着广泛应用,具有传动可靠性与效率高、速比恒定等特点。笔者公司专业制造煤矿输送机减速器,齿轮采用低碳铬镍合金钢材料,经渗碳淬火磨齿得到高精度硬齿面齿轮。齿轮齿面裂纹在生产制造中时有产生,近期在一批次齿轮制造中发生了严重的齿面裂纹质量问题。笔者针对这一问题进行分析研究,并提出针对性的解决方案。 某型号减速机齿轮经渗碳淬火磨削后,在整机装配试车过程中发生异响,经拆机检查发现代号为M718.1.1.16.15的齿轮齿面产生不同程度的裂纹,有的 已经大面积凸起,有的分布数道横向裂纹,齿面有变色状况,齿轮端面目测可见黑色附着物,如图1和图2所示。 2裂纹原因分析 该齿轮模数为10mm ,齿数为31。材料为 20Cr2Ni4A 合金钢,热处理工艺为渗 碳淬火,表面洛氏硬度(HRC )要求为58~62,淬硬层深度为2.1~2.5mm [1]。 工艺路线为锻造、粗车、预热处理、半精车、精车、滚齿、渗碳、去碳层、淬火、喷砂、磨端面和外圆、磨齿。 齿轮齿面裂纹往往由多方面原因导致,以下逐一进行分析。 (1)原材料。原材料的化学成分 对材料机械性能及热处理质量有直接影响,不同牌号合金钢有不同的热处理工艺,如果合金元素不符合标准规定,会导致材料在热处理过程中产生硬度值偏差、开裂等问题[2]。另外原材料中的碳含量过高或磷、硫、氧、氢杂质超标,以及锻造过程中形成的白点、气孔、夹杂等因素也会导致齿轮开裂。 (2)热处理。材料热处理分为预热处理和最终热 处理,预热处理形成的基体组织对最终热处理有较大影响。热处理环节中容易引起齿面开裂的因素有碳势分布、表面碳浓度、碳化物级别等[3]。本案例中最终热处理为渗碳淬火,根据标准表面碳浓度应控制在0.8% ~1%之间。根据国内有关研究,并结合笔者公司多年实际经验,碳浓度在0.7%~0.8%之间将得到较理想的表面硬度及均匀的金相组织[4]。如果在热处理中表面碳浓度过高或者形成带状、网状等形态的碳化物,这些碳化物极易导致齿面开裂。 (3)磨削加工。齿轮在磨削过程中会产生大量的 磨削热,如果热量不能够及时散发,将在齿轮表面形成 较大的拉应力。如果应力值超过材料的抗拉强度,将会 齿轮齿面裂纹产生原因的分析及应对措施 □ 王伟 太重煤机有限公司重型减速机公司太原 030032 摘 要:齿轮齿面裂纹是齿轮加工中经常出现的质量问题,基于一起实例对裂纹产生的原因进行了 分析和检验。通过研究得出了齿轮齿面裂纹产生的主要原因,并提出应对措施。 关键词:齿轮 裂纹分析检验 中图分类号:TH132.41 文献标志码:B 文章编号:1000-4998(2018)08-0072-03 Abstract :Cracks at flank of tooth are a common quality problem in gear machining.Based on an example ,the causes of cracks were analyzed and tested.Through research ,the main causes of cracks at flank of tooth were obtained ,and specific countermeasures were proposed. Key Words :Gear Crack Analyses Inspection 制造·材料
专栏 ■ Column 50 曲面自动磨抛加工逐步替代手工操作是智能制造发展的必然趋势。 复杂曲面机器人精密研磨抛光装备主要由工业机器人、力传感器、磨抛工具、离线编程和在线监控软件系统、工艺数据系统等构成。中国科学院沈阳自动化研究所建立了较为完整的复杂曲面零件机器人高精度自适应磨抛加工技术体系，目前服务的主要领域包括航空、航天、能源、运载等高端制造业。攻克了复杂曲面机器人磨抛加工机理和表面完整性控制方法、复杂曲面机器人柔性磨抛的磨抛力预测及其稳定性控制、具有优良运动几何学性质和光滑动力学特性的柔性加工轨迹设计方法、复杂曲面零件磨抛表面高精度测量及加工误差分析方法、复杂曲面机器人研磨抛光离线编程和三维动态仿真软件系统等关键技术的研究与开发。 项目实施 （1）在航空大型复杂曲面零件制造领域实施情况——飞机座舱透明件机器人研磨抛光系统（如图1所示） 随着航空制造技术的发展，飞机飞行速度和高度的日益增加，座舱透明件结构也逐渐从结构简单、功能单一发展到大尺寸复杂结构、功能多样化的透明件系统。透明件属于易损零件，经常出现划伤、刻伤以及深度碰伤等表面缺陷，此外还会因板材或成型原因造成折光、波纹、亮点、耐热点等光学缺陷。该项目研制的飞机座舱透明件机器人研磨抛光系统成功应用于我国三代机、四代机座舱罩的研制生产任务，为飞机座舱透明件的生产效率提升 智慧机器人 复杂曲面机器人精密研磨抛光技术及装备 中国科学院沈阳自动化研究所 项目背景 复杂曲面精密研磨抛光加工是航空、国防、能源、运载等领域产品制造中的精加工工序，对产品的加工质量及生产成本有着决定性作用。目前，国内制造企业大部分仍然采取落后的手工磨抛作业，采用去除→测量→再去除→再测量的试凑加工方式，加工质量高度依赖于操作工人的经验，不仅难以实现加工质量高、效率高，加工过程产生的噪声、粉尘等恶劣环境对工人的身体健康也有着极大地危害，已成为约束高质量复杂曲面高精制造技术发展的瓶颈。对于复杂曲面的磨抛加工，手工精加工工时在美国、日本和德国等发达工业国家小于总工时的1/3，而在我国则高达85%以上。鉴于机器人的构造和性能充分体现了自动化装置的优点，特别是体现了智能性、适应性、准确性以及在各种环境中完成作业的能力，采用工业机器人技术进行复杂 摘要：中国科学院沈阳自动化研究所研制了一套集数字化测量、误差评价、自适应加工路径生成、磨削过程力/位置混合控制、自适应工艺参数优化为一体的复杂曲面零件机器人磨削智能化加工系统，解决了复杂曲面机器人精密研磨抛光工艺及装备中的一系列共性技术，实现了极限工况下强约束高性能精密复杂曲面部件的高效加工，具有重要的理论价值和应用前景。目前，该系统已在航空、航天、汽车、民用等领域得到了应用，为推动机器人先进制造技术用于生产实践的转变提供了技术支撑。发展出的面向复杂曲面精密高速加工的机器人自动加工新技术、新工艺和新方法，相对于传统人工操作方法，综合效率提升达50%以上，经济效益及社会效益显著。