立方氮化硼虽然硬度低于金刚石,但比普通磨料仍高得多,其导热系数、热膨胀系数和研磨能力也优得多,也是一种非常优异的磨削材料,而且立方氮化硼的稳定性和化学惰性也大大优于金刚石,所以对普通磨料难以加工且金刚石又不宜加工的硬而韧的金属材料不失为一种非常合适的磨料,如工具钢、模具钢、不锈钢、耐热合金等,特别是高钒高速钢、铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料更是较为理解的磨料。
选择超硬磨具的粒度时,还应考虑磨具所采用的结合剂,因为各种结合剂均有它的{zj0}粒度范围,太粗或太细均不利于其磨削加工。一般情况下,树脂结合剂磨具选用100/120以细;陶瓷结合剂磨具选用100/120~170/200;金属结合剂磨具选用70/80~230/270。当然还要看加工效率和加工表面粗糙度要求等选择{zj0}粒度,要求加工效率高时,选用较粗粒度号。反之选较细粒度号。
树脂结合剂自锐性能良好,不易堵塞,很少修整,磨削效率较高,磨削温度较低,而且本身具有一定弹性,能起抛光作用,故其在超硬磨具中得到广泛应用,树脂结合剂金刚石磨具经常应用于硬质合金工件、钢基硬质合金工件,以及部分非金属材料的半精磨、精磨等;树脂结合剂立方氮化硼磨具主要用于高钒高速钢刀具的刃磨和工具钢、模具钢、不锈钢和耐热合金工件的半精磨、精磨等。但树脂结合剂耐热性差,在较高的磨削温度下耐磨性差,磨具的磨损大,在大负荷磨削时尤为明显,常以采用镀附金属衣磨料来加以改善。
陶瓷结合剂是目前应用日益广泛的一种结合剂,该种结合剂磨具工作表面有较好的容屑空间,切削锋利,磨削效率高,加工中不易发热和堵塞,有利于磨削过程的平稳进行,热膨胀量小,容易控制加工精度,而且该种磨具整形、修整相对容易,对方便恢复磨具工作表面的切削能力十分有利。一般用于粗磨、半精磨,以及接触面大的成型磨削等。由于金刚石的耐热性较差,陶瓷结合剂烧结时必须温度很低,目前还有较大难度,使得陶瓷结合剂金刚石磨具较少采用,所以陶瓷结合剂主要还是应用在耐热性较好的立方氮化硼磨具。
金属结合剂有青铜结合剂和电镀结合剂两大类。青铜结合剂磨具是以铜粉、锡粉为主要材料和补充改善其性能的其它材料充分混和,再将磨料加入其中充分混合均匀,置于模具中压制成型(一般有冷压——在室温下压制和热压——在加热条件下压制之分),然后烧结而成。该种磨具的结合剂和磨粒的结合强度高,耐磨性好,磨损小,使用寿命长,保持形状好,能承受较大的负荷。但缺点是自砺性差,容易堵塞磨具表面,发热大,磨具修整也十分困难。它主要用于玻璃、陶瓷、石材、建材、混凝土、半导体材料等非金属材料的粗磨、精磨和切割工序,少量用于硬质合金、复合超硬材料的磨削加工,以及成型磨削和各种珩磨、电解磨削等。青铜结合剂立方氮化硼磨具目前除用于合金钢工件的珩磨外还极少使用。电镀结合剂是一种结合强度更高的结合剂,一般将单层或多层磨粒用电镀方法镀在金属基体上,该种结合剂磨具工作表面上单位面积的磨粒数比其它几种结合剂高得多,而且磨粒都裸露出结合剂表面,因而切削锋利,磨削效率高。但受镀层厚度限制,磨具总的使用寿命不可能太高,一般用于特殊用途加工,如成型磨削用磨具、小磨头、套料刀、电镀铰刀、锉刀等。这些年来,立方氮化硼电镀金属结合剂磨具应用日益扩大,特别在加工各种钢类零件的小孔、型腔时更为突出,独具特色,磨削效率高,经济性好,还可获得较好的形状精度。
砂轮速度指的是砂轮使用速度、砂轮工作时的圆周速度,即砂轮圆周上{zd0}直径处测量的砂轮切向速度,是磨削参数中至关重要的一项指标,它对磨削影响较大,砂轮速度过低,其工作表面上磨粒的磨屑厚度较大,造成砂轮磨损就大,且单位时间工件表面经过的磨粒少,使加工表面粗糙度较差。随着砂轮速度的提高,两者均得以改善,但砂轮速度的提高受到了机床条件的限制,砂轮速度过高时,由于机床刚性的不足,会产生振动,加剧砂轮的磨损和加工表面粗糙度的恶化,加剧磨削温度的升高,破坏被加工表面质量,这些都是必须避免的。
磨削深度是指工件有往复运动时沿砂轮径向进给的距离,它的大小直接影响加工效率、加工质量和加工成本,也是磨削加工一个十分重要的参数。随着磨削深度的增大,加工效率提高,磨具磨损加大,而且相应增加砂轮和工件的接触压力,使磨削力和磨削温度升高,达到一定量后会激剧增大砂轮磨损,同时还引起机床振动,使加工表面质量很快恶化,磨削温度的过高,也会造成被加工表面xx、裂纹的出现,工件寿命将会极大降低。
工件速度是指工件被加工表面相对于砂轮工作点的相对瞬时速度,对磨削效果仅略有影响,比其它加工参数影响要弱得多。当然,工件速度过低,在一定程度上影响加工效率和加工表面粗糙度;工件速度过高,砂轮磨损会略有增加,而且由于机床刚性的限制,还会加重磨削冲击力,引起噪音的加大。一般超硬磨具磨削时,工件速度建议在10~20米/分范围内选择较适当。但对深切缓进给磨削,工件速度十分缓慢,低达每分钟几十至几百毫米。
在超硬磨具使用过程中,由于磨粒对工件材料的去除作用,和磨具与工件的相对摩擦,磨削区的温度是很高的,加上超硬磨料导热系数高,很快传到磨具中,引起磨具温度的快速提高,会影响磨削过程的正常进行,增加砂轮的磨损,工件表面粗糙度下降,加工质量变差,温度太高时,甚至会造成工件表面拉应力的极大提高,引起表面裂纹。对树脂结合剂磨具太高的磨削温度还会造成磨粒附近结合剂的热分解,破坏了其结合强度,引起磨具磨损的极大加剧,大为降低磨削工序的经济性。所以采用超硬磨具进行加工时,在条件允许的情况下应尽量采用磨削液,达到降低磨削区温度,加强润滑效果,改善加工状况,充分合理使用超硬磨具的目的。
选择磨削液时,除一般要求无腐蚀、无公害,符合环保要求外,还应有良好的润滑性、洗涤性和冷却效果,对超硬磨具来说更强调其洗涤性和冷却效果。金刚石磨具加工硬质合金和各种高合金刚时,宜采用轻质矿物油、苏打水(树脂结合剂磨具不宜)及各种水溶性磨削液、弱碱性乳化液等,尤以煤油、轻柴油和水溶性磨削液为佳。金刚石磨具加工非金属材料时,一般用水做磨削液。立方氮化硼磨具加工时,由于磨料在高温下易和水产生水解作用,大大加剧磨具的磨损,一般不采用水溶性磨削液,多数采用轻质矿物油(如煤油、轻柴油等),当必须采用水溶性磨削液时,也必须加入极压添加剂,以减弱磨料的水解作用。
前面将使用超硬磨具进行磨削加工时,主要应该关注的几方面问题作了简要阐述,可能拾一漏万,所述内容仅供参考,也可能有不当之处,敬请斧正。随着技术的进步,新工艺、新技术、新材料的不断创新,磨削加工工艺也在飞跃发展,超硬磨具的使用领域日益扩大,磨具的特性和磨削工艺参数必将涌现很多新鲜事物,有待我们去认识、总结、提高。就超硬磨具的使用而言,还有一些使用中的重要问题也没有探讨,诸如超硬磨具的修整、使用中对机床的要求、磨具的平衡、安装、运输、保存等问题,由于篇幅限制,本文就未作介绍了。 |