铸铁结合剂金刚石砂轮ELID磨削硬质合金的性能研究

关键词铸铁结合剂金刚石砂轮；在线电解修整；磨削性能；表面质量
中图分类号ＴＧ７４；ＴＱｌ６４
文献标识码Ａ
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃａｓｔ．ｉｒｏｎ ｂｏｎｄｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｗｈｅｅｌｓ ｉｎ ＥＬＩＤ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ
Ｚｈｕ
１２
Ｃｏｎｇｒｏｎ９１
Ｌｉ Ｗｅｉ ２
Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ ｈａｓ ｈｉｓｈ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｈｉｉｓｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ。ｈｉｓｈ ｗｅａｒ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｐｅｒ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｂｙ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃａｓｔ－ｉｒｏｎ ｂｏｎｄｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｗｈｅｅｌｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ＥＬＩＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｉｎ— Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｄｒｅｓｓｉｎｇ）ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｆｅｅｄｉｎｇ，ｔｈｅ ｗｈｅｅｌｓ ｗｉｔｈ ｂｉｇｇｅｒ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｈａｖｅ ｈｉｇｈｅｒ鲥ｎｄｉｎｇ ｅｇｌｃｉｅｎｃｙ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ．Ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｒｙ。ｔｈｅ ｗｈｅｅｌｓ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌｅｒ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｃｏｕｌｄ ｇｅｔ ｂｅｔｔｅｒ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ，ｂｕｔ ｔｈｅｙ ｈａｖｅ ｌｏｗｅｒ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ＥＬＩＤ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｓｔａｔｅｓ ａｒｅ ｄｅｃｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ．Ｔｈｅ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｔｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｈｉｓｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＥＬＩＤ面ｎｄｉｎｇ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．
粒尺寸６．８ ｐ，ｍ）、＃３２５（磨粒尺寸６０¨ｍ）铸铁结合剂 金刚石砂轮ＥＬＩＤ磨削硬质合金材料ＹＴｌ４。实验采用 Ｍａｒｈ２型表面粗糙度仪测量ＥＬＩＤ磨削后的硬质合金 表面粗糙度，并采用ｘｊｚ一５型电子显微镜观测不同型 号金刚石砂轮磨削后的硬质合金表面纹理，以及不同 型号金刚石砂轮在电解修整阶段结束后，砂轮表面的 氧化膜的状态。
总第１６８期
光为一体的复合加工能力。显然，这样的复合ＪＪｎ－ｒ效 率很低。
４结论
（１）砂轮的磨削性能随粒径的增大而增大，采用 ＃３２５金刚石砂轮能达到将近１００％的磨削效果，工件 的尺寸精度能够得到更好地控制。
（２）砂轮的磨损率随粒径的减小而增大，但能得 到更好的磨削工件表面。经＃４０００砂轮磨削的工件表 面粗糙度Ｒ。值可达到１２ ｎｍ。超细磨粒砂轮能得到 超光滑的工件表面。
用。实验结果表明：在相同的进给量下，粗粒度砂轮的磨削效率较高，能更好地控制工件的尺寸精度。
细粒度砂轮则磨削效率较低，但能获得优良的加工表面质量。砂轮表面的氧化膜在磨削过程中扮演非
常重要的角色，磨粒的粒径与砂轮表面氧化膜厚度的比值大小决定了砂轮的磨削性能。氧化膜的形成
又受到电解参数的影响，可以通过对电解参数的调节实现高效率高精度的ＥＬＩＤ磨削。
＃３２５
ｔｔ２０００ 磨削砂轮
＃４０００
图６不同型号砂轮磨削的硬质合金表面粗糙度
图８不同型号金刚石砂轮加工后砂轮表面的氧化膜 （ａ】微细磨粒砂轮
＃３２５
＃２０００ 磨削砂轮
＃４０００
图７不同型号砂轮的磨削性能比较
万方数据
（ｂ）粗磨粒砂轮 图９不同粒度砂轮的ＥＬＩＤ磨削加工过程示意图
８
金刚石与磨料磨具Ｔ程
１ ＥＬｌＤ磨削的原理
ＥＬＩＤ磨削的基本原理如图１所示。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，使砂轮 始终以最佳状态连续磨削加工。该技术将砂轮修整与 磨削结合起来，在磨削加工的同时，利用电解法对金属 基砂轮进行修整，实现对硬脆材料的超精密镜面磨
（２．浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室，杭州３１００１４）
摘要硬质合金具有硬度高、强度好、耐腐蚀和耐磨损的特点，采用传统方法难以满足精密及超精密
加工的技术要求。本文采用不同粒度的铸铁结合剂金刚石砂轮ＥＬＩＤ镜面磨削硬质合金。得到了不同加
工效率以及不同加工表面质量的硬质合金磨削效果，揭示了不同粒度砂轮其磨削性能变化的规律与作
万方数据
６
金刚石与磨料磨具工程
总第１６８期
Ｏ引言
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物、黏结金属 所组成，是粉末冶金技术领域最典型、最重要的产品之 一，具有高硬度、高耐磨性、耐高温的性能，同时具有高 强度、高弹性和非常好的化学稳定性，在现代工具材 料、耐磨材料和耐腐蚀材料中占有极其重要的地位。 但其本身的加工制造却很困难，采用传统方法难以满 足精密及超精密加工的技术要求¨≈】。本文采用不同 粒度的铸铁结合剂金刚石砂轮ＥＬＩＤ镜面磨削硬质合 金，得到了小同加Ｔ效率以及不同加工表面质量的硬 质合金磨削效果。超细磨粒砂轮ＥＬＩＤ镜面磨削硬质 合金能获得超光滑的工件表面。
２（ｘ腿年１２月
金刚石与磨料磨具工程Ｄｅｃ．２００８
第６期总第１６８期Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒ∞ｊｖ目Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｎｏ．６ Ｓｅｒｉａｌ．１６８
文章编号：１００６—８５２ｘ（２００８）０６—０００５一啤
铸铁结合剂金刚石砂轮ＥＬＩＤ磨削硬质合金的性能研究＋
朱从容１ｔ２李伟２ 于天明２
：
（１．浙江海洋学院机电工程学院机械系，舟山３１６００４）
削‘¨】。
图２ ＥＬＩＤ磨削实验系统
磨削设备
表１实验条件
改装的ＭＭＴｌ２０型平面孵床 ＃４０００、＃２０００、＃３２５铸铁结合剂金刚石砂轮，砂轮直 径２５０ ｍｍ、厚度５５ ｍｎｌ ＨＤＭＤ—ＩＩ型ＥＬＩＤ磨削用高频直流脉冲电源 自制ＥＧ一０５型磨削液
图１ ＥＬＩＤ屠削原理图
磨削参数 电解参数
主轴转速１ ５００ ｒ／ｍｉｎ 横向进给速度ｌ ｒｎｍ／行程 Ｔ－作台速度０．０５ ｍ／ｓ 磨削深度０．００１ ｍｍ
万方数据
第６期
朱从容等：铸铁结合剂金刚石砂轮ＥＬＩＤ磨削硬质合金的性能研究
７
（ａＪ＃４０００
（ｈ）＃２０００
（ｐＪ＃３２５
图３不同型号砂轮磨削的硬质合金
（ａＪ＃４０００
《ｈＪ＃２０００
（‘－Ｊ＃３２５
图４不同型号砂轮加工后的硬质合金表面纹理（４００×ｌ
图５＃４０００砂轮磨削的硬质台金表面轮廓
不同型号砂轮磨削的硬质合金表面粗糙度如图６ 所示。不同型号砂轮的磨削性能比较如图７所示。实
Ｙｕ Ｔｉａｎｍｉｎｇ ２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ ３１６００４，Ｃｈｉｎａ）
（２．Ｔｈｅ ＭＯＥ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｃａｓｔ—ｉｒｏｎ ｂｏｎｄｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｗｈｅｅｌ；ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｉｎ－ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｒｅｓｓｉｎｇ；鲫ｎｄｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ
·国家自然科学基金（５０＂／７５２０７）；浙江省重中之重学科开放基金（５６３１０２０２０１８）。
电压１２０ Ｖ 电流２．５—８ Ａ 电极问隙０．１ ｍｍ
３实验结果与分析
２ 实验条件
ＥＩ—ＩＤ磨削实验系统如图２所示。ＥＬＩＤ磨削实验
条 上件 进如 行表 。１分所别示采。用实黼验（在 磨改 粒装 尺的 寸Ｍ４Ｍ斗７１ｍ２）０、型栉平２面 ００磨 ０（床 磨
图３是ｊ种不同型号的金刚石砂轮磨削的硬质合 金表面，图４是三种不同型号金刚石砂轮加工后的硬 质合金表面纹理。＃４０００砂轮磨削的硬质合金表面粗 糙度Ｒ。值可达到１２ ｎｍ，图５是＃４０００砂轮磨削的硬 质合金表面轮廓。
（３）砂轮表面的氧化膜在磨削过程中扮演非常重 要的角色，ＥＬＩＤ磨削的两种不同状态是由磨粒大小尺 寸与氧化膜厚度的比率决定的。氧化膜的形成受到电 解参数的影响，可以通过对电解参数的调节实现高效 率高精度的ＥＬＩＤ磨削。
参考文献
张春河．在线电解修整砂轮精密镜面磨削理论及应用技术的研究 ［Ｄ】．哈尔滨：哈尔滨丁业大学。１９９６ ［２】 朱波．钢结硬质合金与钛合金ＥＬＩＤ磨削技术及机理的研究 ［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２００１ ［３】 关佳亮等．ＥＬＩＤ磨削技术在硬脆材料精密超精密加工中的应用 ［Ｊ］．北京工业大学学撤，２００１，４：４８６－４８８ ［４］ 周曙光等．ＥＵＤ镜面磨削技术——综述［Ｊ］．制造技术与机床， ２００１。２：３８一柏