1.影响磨削裂纹的磨削工艺因素
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
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(Rz0.2～0.8μm)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。
4.结语
a.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。
b.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。
c.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。 |
