ELID镜面磨削硬质合金的工艺参数实验研究
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工艺与检测ELID 精密镜面内孔磨削技术的应用哈尔滨工业大学 关佳亮 袁哲俊 张飞虎 摘要 采用金属基超硬磨料砂轮和在线电解修整(ELID)技术对碳化硅陶瓷、工具钢等材料进行精密镜面内孔磨削,得到了表面粗糙度R a 0.02~0.035 m 的加工表面。
关键词 在线电解修整(ELID ) 镜面磨削 磨削效果 在线电解修整(ELID)精密镜面磨削技术具有效率高、加工精度高、表面质量好、加工装置简单及适应加工材料广等特点。
目前,ELID 磨削技术在日本获得了广泛的应用,有几十家大公司将它用于实际生产。
加工材料包括各种黑色金属和非金属硬脆材料。
应用行业涉及电子、机械、光学、仪表、汽车等许多领域。
由于ELID 磨削技术的优点,加之具有广泛的应用前景,使得ELID 磨削技术受到各国的重视。
我国以哈尔滨工业大学袁哲俊教授为首的ELID 研究室,致力于ELID 磨削技术的机理研究和应用技术的开发,继成功地在平面磨床和外圆磨床上实现ELID 磨削之后,又成功地开发了用于M G 1420E 万能外圆磨床的内孔ELID 磨削实验系统,实现了ELID 精密镜面内孔磨削。
1 ELID 镜面磨削的基本原理 图1是ELID 精密镜面磨削机理的示意图。
它针对金属结合剂金刚石和CBN 砂轮难于修整的特点,利用在线电解修整作用,连续修整砂轮来获得恒定的出刃高度和良好的容屑空间。
同时,随着电解过程的进行,在砂轮表面逐浙形成一层钝化膜,阻止电解过程继续进行,使砂轮损耗不致太快,当砂轮表面的磨粒磨损后,钝化膜被工件表面磨屑刮擦去除,电解过程得以继续进行,对砂轮表面进行修整。
上述过程循环进行,既避免了砂轮过快消耗,又自行保持砂轮表面的磨削能图1 ELID 精密磨削机理示意图力。
2 内孔磨削的ELID 装置2.1 MG1420E 万能外圆磨床上的内孔磨削电解装置如图2所示装置实现了在小直径内孔加工过程中的ELID 磨削。
(a)电解过程 (b)磨削过程图2 内孔磨削ELID 电解装置结构示意图电解装置在设计中应注意以下几点:电极用不锈钢制造;电极在径向和轴向双向可调,以保证其与砂轮间隙控制在0.1~1.5mm 范围内;电解磨削液喷嘴位置应使电解磨削液充满整个电极与砂轮之间的间隙,以保证砂轮充分电解; 电极应与机床充分绝缘。
ELID磨削过程中磨削温度的理论与实验研究的开题
报告
一、研究背景与意义
随着现代机械制造业的发展,越来越多的零件需要用到精密加工技术。
而磨削加工作为一种精密加工技术,具有加工精度高、表面质量好
等优点,被广泛应用于金属材料、陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工中。
然而,磨削加工过程中容易产生高温,这不仅会对工件表面质量造
成影响,还会引起磨粒损伤和工具磨损,甚至导致工件变形和质量问题。
因此,磨削加工过程中磨削温度的研究显得十分重要。
二、研究内容
1. 磨削温度的理论模型
通过对磨削加工过程中的热学特性进行分析,建立基于磨削参数、
材料性能以及磨削界面情况等因素的磨削温度理论模型,并进行仿真分
析和对比验证。
2. 磨削温度的实验测量
采用高速红外测温仪等设备对磨削过程中的温度分布进行实时测量,并对实验数据进行处理和分析,得到磨削过程中不同工况下的温度变化
规律,以及磨削参数、材料性能等因素对磨削温度的影响。
三、研究难点与挑战
磨削过程中的温度变化受到多种因素的影响,因此建立合理的磨削
温度理论模型十分困难,需要综合考虑多种因素。
同时,磨削温度的实
验测量需要高精度的测温设备,且需要在实际磨削过程中进行测量,难
度较大。
四、研究成果及应用前景
通过对磨削温度的理论研究和实验测量,可以为研究磨削加工过程
中的精度、表面质量、工具磨损等问题提供理论依据和实验数据。
同时,磨削温度的研究结果还可以为磨削加工过程中的优化设计、工具材料的
选择、冷却润滑方式的优化等方面提供参考和指导,具有广泛的应用前景。
硬脆材料的elid精密镜面磨削机理和技术的研究硬脆材料的ELID精密镜面磨削机理和技术的研究一、引言硬脆材料的磨削一直以来都是制约高精度加工的瓶颈之一。
传统的研磨技术在处理硬脆材料时容易产生较大的划痕和组织损伤,严重影响了工件的表面质量和性能。
近年来,电解抛光镜面磨削(ELID)技术在硬脆材料加工领域得到了广泛应用,具有磨削精度高、表面质量良好以及工件材料损伤小的优点。
本文将从机理和技术两个方面探讨硬脆材料的ELID精密镜面磨削。
二、ELID精密镜面磨削机理1. 基本原理ELID精密镜面磨削是在研磨过程中通过在磨粒、砂轮和工件间施加低电压直流电进行电化学反应,从而实现对硬脆材料表面的精密磨削。
磨削过程中,磨粒、砂轮和工件形成一个电解质层,该电解质层能够加速磨削产物的去除、减小热量的输送并改善磨削表面的质量。
2. 电化学反应机理ELID精密镜面磨削的关键在于砂轮表面形成了一层硬脆材料的致密抛光层。
这是通过电化学反应实现的,其中砂轮表面的氧化层在电解质中发生电离,生成OH-离子和氧化铁或氧化铁的混合物,进而与硬脆材料的表面发生反应形成致密抛光层。
3. ELID电解质的选择ELID磨削中的电解质是影响磨削效果的一个重要因素。
常用的电解质有硫酸、硝酸及其混合物等。
不同的电解质对于磨削表面的质量、磨削速度和电解质的消耗等方面都有影响。
三、ELID精密镜面磨削技术1. 砂轮制备技术ELID磨削中的砂轮具有较高的表面质量,其制备技术对于磨削效果和表面质量具有重要影响。
常见的砂轮制备技术包括经典ELID制备技术和局部ELID制备技术。
2. 加工参数优化不同硬脆材料的ELID精密镜面磨削过程中,加工参数的优化是关键。
加工参数包括电流密度、砂轮粒度、进给速度等,这些参数会直接影响砂轮磨削效率、磨粒尺寸和表面质量。
3. 先进监测技术ELID精密镜面磨削过程中的质量控制是确保加工效果的关键。
随着先进监测技术的发展,通过磨削力、磨削声音、表面温度等多参数监测,可以及时调整磨削参数,提高加工效率和表面质量。
钢结硬质合金ELID磨削表面的AFM分析作者:哈尔滨工业大学朱波袁哲俊赵清亮一、前言钢结硬质合金是一种以硬质化合物(WC或TiC等)为硬质相,以合金钢作为粘结相的复合材料,它既吸收了硬质合金的高硬度、高强度、高耐磨性的特点,也具有钢的塑性、韧性、可加工性等特点,同时克服了硬质合金高脆性、钢的低强度、低硬度等缺点,现广泛应用于航天、航空等领域,成为一种应用前景广泛的新型材料。
但由于钢结硬质合金零件表面粗糙度要求较高,而材料的结构特点又决定了其本身的加工制造较困难,尤其一般的磨削加工很难达到工艺要求。
本文以在线电解修整(ELID)磨削方法磨削钢结硬质合金(GT35),并应用原子力显微镜对其进行了微观表面形貌分析,研究了钢结硬质合金难加工机理及其表面缺陷形成机理。
二、钢结硬质合金难加工机理本文研究磨削的钢结硬质合金零件的材料为GT35,合金成分及硬度值见表1。
表1 试验用钢结硬质合金的成分由表1可以看出,其既有硬质合金的高硬度、高耐磨性,又有熔炼钢的可加工性。
图1是GT35 微观表面形貌,应用美国DI公司生产的Nanoscaping-IIIA原子力显微镜(AFM)对GT35表面80×80µm范围进行扫描。
其中图1a为平面图像,图1b为其立体图像,由图1可看出,钢结硬质合金中含有大量高硬度TiC硬质相凸出在基体表面起抗磨作用。
钢中还有多种碳化物同样起抗磨作用,其中碳化物相占总重量一半以上,钢结硬质合金的强韧性靠钢基体中碳和合金元素作用。
但是上述强化结构也造成淬火后的钢结硬质合金的精密加工十分困难。
因为组成强化结构的两相具有差异悬殊的物理、化学和力学性能,其中一相硬度高,一相韧性好。
因此,在机械加工过程中,钢基体因硬度低易去除,而碳化物硬度高不易去除,造成加工表面高低不平,不仅造成砂轮磨耗加快,而且通常得不到良好的加工表面。
图1 钢结硬质合金AFM形貌扫描图(80×80µm)三、ELID 精密镜面磨削钢结硬质合金ELID 磨削技术成功地解决了铸铁纤维、铸铁结合剂超硬磨料进行在线电解修整磨削的技术,解决了铸铁基砂轮整形、修锐等难题,而且使得超微细金刚石、CBN 磨料(粒径为几微米至5nm)能够应用于超精密镜面磨削。
.. ELID超精密磨削技术综述蔡智杰天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生摘要:金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术,开辟了超精密加工的新途径,具有广发的应用价值。
本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术,并通过分析国外研究应用状况,阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。
关键词:在线电解修整(ELID) 超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理0 引言随着制造行业的飞速发展,硬质合金、工程瓷、光学玻璃、玻璃瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用,寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。
超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件,控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。
然而,由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高,且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能,从而造成加工面脆性破坏,加工质量恶化,难以满足高精度、高效率的加工要求。
随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用,将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。
ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术,以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点,已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。
1 ELID磨削的基本原理ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削是在磨削过程中,利用非线性电解修整作用使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。
硬质合金刀具的镜面磨削摘要:硬质合金刀具是一种重要的切削工具,在现代工业生产中广泛应用。
而镜面磨削是制造高精度工件的一种关键技术。
硬质合金刀具的镜面磨削可以制造出精度更高、表面更光洁的切削工具,从而提高切削质量和切削效率。
现今关于砂轮的进给速度和线速度对精磨槽表面质量的影响研究较少,本文就这一问题开展硬质合金刀具磨削表面质量影响的研究,以便制造出更加精密、寿命更长的刀具,减少刀具更换和维护的频率,从而降低生产成本。
关键词:硬质合金刀具;镜面磨削;砂轮进给速度;线速度1.概论硬质合金具有非常高的硬度和耐磨性,能够保持良好的切削性能和精度,可以用于加工相对硬的材料。
许多硬质合金都具有良好的耐腐蚀性,可以用于加工有害物质。
还具有较好的抗高温性能,可以用于高温加工。
由于硬质合金的微观结构稳定,切削时不易失去锋利度,容易实现高精度和高效率的加工,具有较长的寿命和稳定的性能,可以降低加工成本。
硬质合金具有各向同性,不易变形和破裂,在高强度切削领域得到广泛应用。
出色的可塑性使得可以进行很多的组合,方便加工生产。
整体硬质合金刀具的镜面磨削可以提高刀具的耐磨性和使用寿命,同时也能够提高加工效率和产品质量。
通过镜面磨削,可以使刀具表面光滑,减少表面粗糙度和微观裂纹,从而提高刀具的硬度、韧性和抗疲劳性能,延长刀具使用寿命。
硬质合金刀具的主要标志表现在两个方面。
(1)镜面磨削可以减小刀具的表面粗糙度,降低切削力和切削温度,从而减少了刀具磨损和加工时间,提高了加工效率。
(2)刀具表面光滑度和粗糙度对产品的精度和质量有重要影响,通过镜面磨削可以消除刀具表面的切削痕迹和毛刺,提高产品的光洁度和精度。
因此,实现整体硬质合金刀具的镜面磨削可以提高刀具的性能和加工效率,同时也能够提高产品质量和降低成本,具有重要的应用价值。
在本次实验当中,采用单因素磨削方法改变砂轮进给速度和线速度进行磨削加工,结合超景深显微镜和白光干涉仪等手段检测磨削后的刀具,研究砂轮进给速度和线速度对表面粗糙度和锯齿量的影响。
先进制造技术课程大作业2014年10月ELID超精密磨削技术综述蔡智杰天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生摘要:金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术,开辟了超精密加工的新途径,具有广发的应用价值。
本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术,并通过分析国内外研究应用状况,阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。
关键词:在线电解修整(ELID) 超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理0 引言随着制造行业的飞速发展,硬质合金、工程陶瓷、光学玻璃、玻璃陶瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用,寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。
超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件,控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。
然而,由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高,且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能,从而造成加工面脆性破坏,加工质量恶化,难以满足高精度、高效率的加工要求。
随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用,将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。
ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术,以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点,已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。
1 ELID磨削的基本原理ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削是在磨削过程中,利用非线性电解修整作用使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。
世界有色金属 2021年 1月下130前沿技术L eading-edge technology硬质合金材料的电解磨削加工工艺研究戚桓瑜(武威职业学院,甘肃 武威 733000)摘 要:硬质合金在抗腐蚀方面也具有很好的性能,在导磁率方面也是比较优良的,因此,硬质合金材料在工业生产领域运用得比较多。
在硬质合金加工领域,现有的方法有剩余的切削力和切割过程出现严重磨损等问题,因此,特别重要的是要找到有效和高质量的处理方法。
本文首先对于硬质合金材料的特性进行了分析,在实际加工中并选择适当的电解液进行电解加工。
根据电化学作用的原理,分析硬质合金材料的变形影响规律,通过其电解磨削方法,探讨其实际试验的结果,分析不同加工工艺中存在的特点,对比其优劣势。
关键词:硬质合金材料;工艺;规律;电化学中图分类号:TG662 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2021)02-0130-2Study on electrochemical grinding of cemented carbideQI Huan-yu(Wuwei occupational college, Wuwei 733000,China)Abstract: Cemented carbide also has good performance in corrosion resistance and permeability. Therefore, cemented carbide materials are widely used in industrial production. In the field of cemented carbide machining, the existing methods have the problems of residual cutting force and serious wear in the cutting process. Therefore, it is particularly important to find effective and high-quality processing methods. In this paper, the characteristics of cemented carbide materials are analyzed, and the appropriate electrolyte is selected for electrochemical machining. According to the principle of electrochemical action, the deformation influence law of cemented carbide materials is analyzed. Through the electrolytic grinding method, the actual test results are discussed, the characteristics of different processing technologies are analyzed, and their advantages and disadvantages are compared.Keywords: cemented carbide material; technology; law; electrochemistry由于航空航天和国防工业对高速、机动性高、精度高等指标设备的要求,通常使用的金属材料具有简单的量化、薄壁和聚合等特点,如预制板,梁,肋骨等零件,这些产品主要是直接从新一代块状毛坯加工而成,在重量、对称性、光面、硬度和耐力方面具有很高的优势,对于零件有了一定的改善作用,方面机器的运行,而且对于航空工作的提升也有很大的促进作用,根据产品的条件,设计性能要求、结构重量降低、结构完整性提高是航空制造业发展的必然趋势。
镜面磨削工艺参数的选择与设计华丽【摘要】Mirror grinding depends largely on the machine precision,cutting parameter and the choice and dressing of grinding wheel.This article focuses on the influence of the change of workbench speed when dressing grinding wheel,workbench speed when grind-ing,workpiece line speed and excess load during the grinding technique process on the workpiece roughness when operating the MG1432 high precision universal cylindrical grinder.The experimental conditions are as follow:employ resin binder white corundum graphite grinding wheel;the workpiece is GCr15(HRC60);use the sharp single particle diamond dresser as dressing tool.The process result of mirror grinding will be eventually achieved.%镜面磨削主要取决于机床精度、切削用量和砂轮的选择与修整。
文章主要研究在 MG1432高精度万能外圆磨床上,通过在磨削工艺过程中改变修整砂轮时工作台速度、磨削时工作台速度、工件线速度和过余进给量四个因素探索对工件粗糙度的影响。
低温ELID磨削钛合金磨削力的实验研究作者:朱波张飞虎袁哲俊一、前言精密和半精密磨削钛合金时,由于钛合金的材料特性造成了其磨削困难。
这主要是以下几方面的原因:(1)钛及钛合金材料导热、导温系数小,仅为铝及铝合金热导率的1/15,钢热导率的1/5。
低的导热、导温率使其在磨削加工中,磨削热不易散发,还会产生加工粘结现象。
(2)钛及钛合金在高温时化学活性高,由于磨削温度高,磨屑易于空气中的氧、氮等元素发生化学反应形成,加快砂轮的磨损。
摩擦系数大,弹性模量小,屈服强度比大,这种特性会使加工零件表面产生较大的回弹变形,从而造成磨削力大,并影响加工精度。
由于钛合金具有化学活性高、粘、韧等特点,加上磨粒磨削点局部高温和压力作用,磨粒和金属表面会因亲和力而发生物理性粘结。
钛合金磨削过程中的粘附问题将使砂轮加快损耗,影响工件的加工表面质量,而且造成了钛合金磨削力的大小不仅取决于切削工件材料产生的力,而且取决于粘附到工作磨粒上的钛合金材料与工件表面相互接触产生的力。
针对以上对钛合金精密和半精密磨削中存在问题,采用液氮作为冷却介质,降低钛合金的磨削温度,改变其材料性质,减少钛合金在磨削过程中的粘附现象,并从磨削力随磨削深度的变化趋势及钛合金磨削机理等方面,研究了低温对钛合金磨削的影响。
二、钛合金(TC4)低温性能的研究为了研究钛合金的低温加工性能,进行了钛合金低温性能实验。
实验结果表明,随着温度降低,钛合金的硬度和脆性增加,冲击韧性降低。
图1为不同温度下钛合金的冲击断口微观表面形貌照片。
当温度由室温降至液氮温度(-196℃)时,其断裂表面形貌由塑性韧窝状断口向脆性解理状断口转变。
由此可知,如使磨削处于低温状态,可以使钛合金的塑性降低,增加其脆性,从而使其适合于磨削。
图1 不同温度下钛合金冲击断口微观表面形貌三、低温磨削实验装置与实验条件实验采用的方法原理如图2所示。
图2 低温磨削钛合金实验装置原理试件装夹在KISTLER三向压电晶体测力仪上,液氮喷嘴将液氮直接喷射入磨削区。