摘要：引入了一種在線電解修整金屬基超硬磨料砂輪精密鏡面磨削新技術(shù)，對(duì)鋼結(jié)硬質(zhì)合金進(jìn)行了精密鏡面磨削，得到了粗糙度為0.003 μm～0.011 μm的鏡面，一次磨削成形，效率高，可取代目前的多級(jí)研磨工藝。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)硬質(zhì)合金；在線電解修整磨削；精密鏡面磨削；金屬基超硬磨料砂輪
1鋼結(jié)硬質(zhì)合金在磨削中存在的問題
鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以工具鋼或合金鋼為粘結(jié)相，以難熔金屬碳化物（主要是WC、TiC）作硬質(zhì)相用粉末冶金的方法制備的，其組織特點(diǎn)是微細(xì)的硬質(zhì)相晶粒彌散地分布于鋼基中。合金中的硬質(zhì)相主要賦予材料以高硬度和高耐磨性，粘結(jié)相又賦予材料以鋼的性能，因而使鋼結(jié)硬質(zhì)合金具有鋼和硬質(zhì)合金的綜合性能，使其在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。但其本身的加工制造卻很困難，特別是精密加工，這是因?yàn)橛操|(zhì)相和粘結(jié)相的硬度差別較大，鋼基容易被切除，而硬質(zhì)點(diǎn)不易被切除，且其晶粒容易從合金表面剝落下來，從而在表面形成具有硬質(zhì)相晶粒一樣大小的孔隙。同時(shí)鋼基的韌性大，在一定的磨削溫度、接觸壓力和相對(duì)速度條件下，磨屑填滿磨粒之間的氣孔，使砂輪急劇堵塞工件表面產(chǎn)生燒傷，因而傳統(tǒng)的加工方法很難獲得低的表面粗糙度，且多級(jí)研磨效率低，成本高。
運(yùn)用在線電解連續(xù)修整（ELID）的金屬結(jié)合劑超細(xì)顆粒金剛石砂輪磨削鋼結(jié)硬質(zhì)合金，表面粗糙度可達(dá)10 nm左右，且效率高。本試驗(yàn)采用ELID鏡面磨削技術(shù)對(duì)鋼結(jié)硬質(zhì)合金進(jìn)行精密加工，很容易得到低粗糙度鏡面。
2ELID磨削技術(shù)的基本原理
在線電解修整鏡面磨削是日本在20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的一種超精密加工新技術(shù)，它采用鑄鐵或鐵纖維結(jié)合劑金剛石或CBN砂輪，利用電解過程中的陽(yáng)極溶解現(xiàn)象，對(duì)砂輪進(jìn)行在線電解修銳磨削，電解電源采用直流脈沖電源，電解液采用弱電解質(zhì)的水溶液。鑄鐵砂輪為陽(yáng)極，電解中，砂輪表面的鐵元素變成Fe2O3氧化膜，使不能電解的金剛石或CBN磨料凸出于砂輪表面。磨鈍的磨料隨著電解的進(jìn)行及時(shí)脫落，使砂輪始終處于銳利狀態(tài)。同時(shí)生成的氧化膜又起著抑制電解過程繼續(xù)進(jìn)行的作用，使砂輪損耗不致太快。當(dāng)砂輪表面磨粒磨損后，氧化膜被工件表面刮擦去除，電解過程繼續(xù)進(jìn)行，對(duì)砂輪表面繼續(xù)進(jìn)行修整。這是一個(gè)循環(huán)的過程，既避免了砂輪過快損耗，又能自動(dòng)保持砂輪表面的磨削狀態(tài)［1～3］,見下圖。
ELID磨削原理示意圖
3ELID磨削技術(shù)對(duì)鋼結(jié)硬質(zhì)合金的應(yīng)用
3.1試驗(yàn)條件
試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)參數(shù)見表1、表2
表1試驗(yàn)設(shè)備
| 磨床 | MM7120型 |
| 砂輪 | W1.5（CIB-D）砂輪和W1.5金剛石、CBN混合磨料鐵基砂輪（自制） |
| 專用電源 | HDMD—Ⅱ型ELID鏡面磨削高頻脈沖電源(自制) |
| 專用磨削液 | HDMY—201電解磨削液(自制) |
表2試驗(yàn)參數(shù)
磨削
參數(shù) | 主軸轉(zhuǎn)速(r/min) | 1 500 |
| 橫向進(jìn)給速度(mm/行程) | 0.1～3 |
| 工作臺(tái)速度(m/s) | 0.05～0.08 |
| 磨削深度(mm) | 0.001～0.005 |
電解
參數(shù) | 電壓(V) | 90～105 |
| 電流(A) | 1～3 |
| 電極間隙(mm) | 0.1～0.75 |
3.2磨削效果及分析
在以上條件下對(duì)鋼結(jié)硬質(zhì)合金進(jìn)行鏡面磨削，工件表面粗糙度Ra=0.003 μm～0.011 μm。若采用更細(xì)的砂輪（W1以上），則會(huì)明顯降低Ra值，取得更好的表面粗糙度。
分析得到的磨削效果，我們發(fā)現(xiàn)，工件表面粗糙度不僅與所用砂輪磨料的粒度和種類有密切關(guān)系，還與磨削液的配比有密切聯(lián)系，不同成分和含量的磨削液，其化學(xué)特性相差懸殊，加工出來的表面粗糙度不同。采用HDMY—110和HDMY—200磨削液，我們加工出達(dá)到鏡面的光學(xué)玻璃、藍(lán)寶石、淬火鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、PCBN、單晶硅片等材料的試件。但對(duì)于鋼結(jié)硬質(zhì)合金就加工不出能夠達(dá)到13的鏡面,改用專用磨削液HDMY—201和金剛石、CBN混合磨料鐵基砂輪，在其它條件都不變的情況下，磨出了達(dá)到鏡面（14）的鋼結(jié)硬質(zhì)合金。這主要是因?yàn)槟ハ饕旱某煞趾秃繉?duì)電解速度、成膜速度、成膜厚度、膜的硬度，以及被加工工件表面組織性能都有著很大的影響。針對(duì)被加工材料的不同，合理地調(diào)整磨削液中的成分和配比，以及鐵基砂輪磨料的種類和粒度，可以獲得最佳的磨削狀態(tài)，從而得到更低的Ra值，達(dá)到精密加工的要求。
4結(jié)論
采用ELID精密鏡面磨削技術(shù)對(duì)鋼結(jié)硬質(zhì)合金進(jìn)行精密加工，可得到表面粗糙度為10 nm量級(jí)的鏡面，該方法可取代傳統(tǒng)的多級(jí)研磨逐級(jí)精化工藝，具有一次磨削成形、效率高、表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的先進(jìn)工藝方法。
