金剛石砂輪磨削硬質合金頂尖的工藝探究

陳煥新　劉插旗　干　雨

(秦川機床工具集團股份公司，陜西 寶雞　721009)

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金剛石砂輪磨削硬質合金頂尖的工藝探究

陳煥新劉插旗干雨

(秦川機床工具集團股份公司，陜西 寶雞721009)

研究運用金剛石砂輪磨削硬質合金的磨削工藝，解決原用綠色碳化硅砂輪磨削硬質合金頂尖的磨削裂紋及磨削精度問題。

金剛石砂輪；硬質合金頂尖；磨削裂紋；精度；綠色碳化硅砂輪

硬質合金頂尖由于其耐磨性好，使用壽命長等優點在各類機床及測量儀器中大量運用。我公司以往硬質合金頂尖(如圖1)60°錐面部分材料為YG8,在外圓磨床磨削是將莫氏5號錐柄插入頭架主軸莫氏5號錐孔，頭架轉角度，采用綠色碳化硅砂輪磨削，無論粗磨還是精磨，都或多或少出現硬質合金部分產生裂紋而造成報廢，尤其是硬質合金部分較大時裂紋極易產生，另外由于綠色碳化硅在磨削中砂輪輪廓保持性差，60°錐面與環規接觸90%達不到要求，表面粗糙度也很難改善。

1　磨削裂紋產生原因及錐面精度分析

1.1硬質合金磨削裂紋產生原因

硬質合金材料特性：硬度高——磨削時磨削壓力大；脆性大——導致產生磨削裂紋傾向大；導熱系數小——磨削熱量不易散去，因此硬質合金的磨削，即要求砂輪有較好的自銳性，又要有合理的磨削工藝參數，還要有良好的冷卻，使之有較好的散熱條件，以減少磨削裂紋的產生。資料介紹，硬質合金磨削溫度高于600 ℃，表面就會產生氧化變色，造成不同程度的燒傷，嚴重時易產生裂紋。碳化硅砂輪磨削硬質合金磨削力較大、自銳性差而造成磨削接觸區局部溫度高，接觸區溫度可達1 000 ℃，極易產生燒傷、裂紋。

1.2傳統磨削方法磨削頂尖問題

硬質合金頂尖一般采用銅焊將硬質合金頭部焊于頂尖基體預先加工的孔內。以往的磨削方法是采用綠色碳化硅砂輪在外圓磨床分粗、精磨完成，由于銅焊易造成硬質合金頭部偏斜，嚴重時會有2mm的偏差，造成粗磨時磨削余量偏大且為斷續磨削，砂輪磨粒易鈍化，極易產生磨削裂紋；另外磨削60°頂尖部分時，前端硬質合金為較難磨材料，在磨削過程中造成綠色碳化硅砂輪表面磨粒很快脫落，砂輪型面很快會破壞；60°錐面其余部分為鋼質材料，磨削性能好，砂輪型面保持性好，致使磨削60°錐面硬質合金部分余量去除慢而鋼質部分余量去除快，從而形成頂尖錐面合金部分高于鋼質部分的臺階面，因此，采用綠色碳化硅砂輪磨削的頂尖精度及表面粗糙度很難達到要求。

2　金剛石砂輪磨削硬質合金頂尖工藝措施

2.1金剛石砂輪優點

金剛石砂輪鋒利，不易鈍化，自銳性好 ，磨削力較小，磨削接觸區磨削溫度較低，一般400℃左右，遠低于硬質合金磨削產生燒傷及裂紋的理論溫度。另外金剛石砂輪磨削硬質合金磨粒刃口鋒利，磨削精度及表面粗糙度很容易達到圖紙要求，效率也比綠色碳化硅砂輪較高，隨著技術的不斷發展，金剛石砂輪的質量日益提高，價格日趨下降，所以金剛石砂輪以其優良的磨削性能替代綠色碳化硅砂輪，廣泛用于磨削硬質合金、玻璃、陶瓷等材料。

2.2金剛石砂輪的選擇

為了防止硬質合金頂尖磨削裂紋發生，在粗磨60°錐面時可選擇較粗砂輪粒度，一般選用粒度100目左右，以提高磨削效率；由于頂尖60°錐面表面粗糙度要求Ra為0.1μm以內，所以精磨時選用400目粒度的較細粒度砂輪；金剛石沙粒濃度選用75%～100%；由于樹脂結合劑金剛石砂輪潤滑性好，具有一定彈性利于改善工件表面粗糙度；良好的自銳性使磨削時發熱量小，不易堵塞，所以結合劑選用樹脂結合劑；砂輪硬度選擇既要砂輪自銳性良好，又要砂輪型面保持性好，所以硬度選S，選用的砂輪參數見表1。

表1金剛石砂輪參數

磨料粒度埋入率磨料層厚度/mm結合劑類型砂輪直徑/mm砂輪寬度/mm最高線速度/(m/s)外磨金剛石100/4002/3～4/55樹脂4001535

2.3砂輪訂制要求及安裝

金剛石砂輪在磨削時型面不需修整，所以在訂制砂輪時直接按使用精度要求做好。一般要求砂輪安裝孔尺寸按H7公差，安裝孔與砂輪外圓同軸度小于0.02mm，砂輪端面與安裝孔垂直度要求0.02mm(如圖2),另外砂輪出廠前須經動平衡。金剛石砂輪基體一般為鋁材，砂輪安裝是用螺釘直接將砂輪緊固在砂輪法蘭上，砂輪法蘭的精度超差會引起砂輪變形精度

表2磨削工藝參數

設備砂輪粒度vs/(m/s)ap/mmr/(mm/r)n/(mm/r)去除厚度/mmRa/μm粗磨參數M1432100350.010.4185錐面光出0.27半精磨參數MG1432A400300.0050.41850.10.16精磨參數MG1432A400250.0020.241850.020.1

注：vs為砂輪線速度；ap為徑向進刀深度，r為縱向走刀速度，n為工件轉速。

喪失。要求安裝砂輪前需檢測砂輪法蘭的定位外圓與肩面垂直度在0.01mm以內、砂輪法蘭外圓與法蘭錐孔的同軸度均保證0.01mm以內，如有超差需修正砂輪法蘭。砂輪與砂輪法蘭安裝緊固后，一起安裝到砂輪主軸上拼緊，手動轉動砂輪，檢測砂輪外圓跳動在0.01mm以內，如有超差，松拼緊螺釘進行校正，隨后將砂輪連同法蘭一起進行靜平衡。

2.4金剛石砂輪修整

金剛石砂輪硬度高切削性能好，所以砂輪一般不需修整，但經過一段時間磨削后，沙粒刃口鈍化，且切屑堵塞砂輪，使用性能下降必須修整。修整時用碳化硅或剛玉油石與砂輪表面對磨，在對磨的過程中，由于金剛石砂輪硬度高，油石磨粒可以清除金剛石砂輪上的切屑，還可使已鈍的磨粒脫落，恢復金剛石砂輪的切削性能。

2.5冷卻液選擇與使用

磨削使用磨削液是濃度為4%的好富頓HOCUT795水基乳化液，其潤滑性、冷卻性能好，利于提高工件磨削表面質量，磨削冷卻運用原機床冷卻系統，磨削時將冷卻調至最大流量，冷卻噴嘴在磨削過程中對正磨削部位，以保證冷卻充分。

2.6磨削參數選擇

為了防止磨削裂紋產生，磨削時一方面減少磨削熱的產生，另一方面是加速磨削熱的導出。減少磨削熱產生的辦法是適當降低砂輪的線速度，減小徑向進給量，減小工件與砂輪接觸面積，保持砂輪鋒利；加速磨削熱導出的方法是磨削時采用軸向走刀磨削，適當提高走刀速度，提高冷卻液壓力及冷卻液流量。由于硬質合金頂尖焊接時的偏斜，粗磨時為斷續磨削，粗磨選用100目金剛石砂輪，磨削每次徑向進刀0.01mm，軸向走刀磨削，保證余量去除后再進行下一次徑向進刀，不可一次進刀量太多，另外要冷卻充分，保證冷卻液進入磨削區，待整個錐面磨出后可降低砂輪線速度，一次徑向進刀0.005mm,多次光刀進行60°錐面磨削后，用檢驗環規接觸檢查，同時臨床檢查錐面跳動至要求。

精磨時用400目金剛石砂輪，適當降低砂輪轉速，每次徑向進刀0.002mm, 軸向走刀磨削，每次進給后增加光刀次數，磨削工藝參數見表2。

按以上工藝措施進行磨削，硬質合金頂尖無論硬質合金部分大小，各項精度均可達到設計要求,磨削表面粗糙度穩定達到Ra為0.1μm，是加工質量穩定，多次試驗未發生一例磨削裂紋。并且由于金剛石砂輪鋒利，修整次數減少，提高了磨削效率，從此徹底解決了原磨削方法易造成硬質合金磨削裂紋，成品合格率低、效率低的問題。

3　結語

硬質合金頂尖運用金剛石砂輪按以上工藝措施進行磨削后，經過一年來的磨削實踐，未發生一例磨削裂紋，磨削表面粗糙度穩定達到Ra為0.1mm要求，加工質量穩定。并且由于金剛石砂輪鋒利，修整次數減少，提高了磨削效率。

綜上所述，用金剛石砂輪代替綠色碳化硅砂輪磨削硬質合金頂尖類工件，結合粗精磨不同的磨削工藝，徹底解決了原磨削方法易造成磨削裂紋，成品合格率低、效率低的問題。

[1]劉蒲生,雷力生,嚴文浩,等.磨具選擇與使用(增訂本)[M].北京：北京機械工業出版社，1985.

(編輯孫德茂)

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Technological study on the grinding of carbide-tipped center with diamond grinding wheel

CHEN Huanxin, LIU Chaqi, GAN Yu

(QinchuanMachineTool&ToolGroupShareCo.,Ltd.,Baoji721009,CHN)

Thepaperusesatechnologicalsolutionofgrindingcarbidewithdiamondgrindingwheel,whichsolvestheproblemsofgrindingcracksandlowgrindingaccuracyusingtraditionalgreensiliconcarbidewheeltogrindcarbide-tippedcenter.

diamondgrindingwheel;carbide-tippedcenter;grindingcracks;accuracy;greensiliconcarbidegrindingwheel

TH162+.1

A

陳煥新，女，1970年生，工程師，主要從事精密機床制造工藝研究。

2015-09-15)

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