整體硬質(zhì)合金刀具磨削裂紋的原因分析及其工藝改進

3整體硬質(zhì)合金刀具磨削裂紋的緣由分析及其工藝改進引言整體硬質(zhì)合金刀具在航空航天業(yè)、模具制造業(yè)、汽車制造業(yè)、機床制造業(yè)等領(lǐng)域得由于對刀具安全性、牢靠性、耐用度的高標(biāo)準(zhǔn)要求，整體硬質(zhì)合金刀具內(nèi)在和外表的質(zhì)整體硬質(zhì)合金刀具外表的質(zhì)量狀況越來越受到重視。眾所周知，硬質(zhì)合金刀具的使用壽命除了與其耐磨性有關(guān)外，也常常表現(xiàn)在崩刃、斷刃、斷裂等非正常失效方面，磨削后刀具的磨削裂紋等外表缺陷則是造成這種非正常失效的重要緣由之一。這些外表缺陷包紋則更為常見。這些磨削裂紋，承受肉眼、放大鏡、浸油吹砂、體視顯微鏡和工具顯微鏡等常規(guī)檢測手段往往簡潔造成漏檢，漏檢的刀具在使用時尤其是在高速切削場合可能會造成嚴(yán)峻的后果，因此整體硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)品磨削裂紋缺陷的危害很大。因此對整體硬質(zhì)合金刀具磨削裂紋的產(chǎn)生緣由進展分析和探討，并提出有效防止磨削裂紋的工藝改進措施具有很重要的現(xiàn)實意義。整體硬質(zhì)合金刀具磨削裂紋的緣由分析整體硬質(zhì)合金刀具的磨削加工特點硬質(zhì)合金材料由于硬度高，脆性大，導(dǎo)熱系數(shù)小，給刀具的刃磨帶來了很大困難，尤其是磨削余量很大的整體硬質(zhì)合金刀具。硬度高就要求有較大的磨削壓力，導(dǎo)熱系數(shù)低又不允許產(chǎn)生過大的磨削熱量，脆性大導(dǎo)致產(chǎn)生磨削裂紋的傾向大。因此，對硬質(zhì)合使之有較好的散熱條件，削減磨削裂紋的產(chǎn)生。一般在刃磨硬質(zhì)合金刀具時，溫度高于600℃，刀具外表層就會產(chǎn)生氧化變色，造成程度不同的磨削燒傷，嚴(yán)峻時就簡潔使硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生裂紋。這些裂紋一般格外細小，裂紋四周的磨削外表常有藍、紫、褐、黃等顏色相間的不同氧指數(shù)的鎢氧化物的顏色，沿裂紋敲斷后，裂紋斷口的斷裂源處也常有嚴(yán)峻燒傷的痕跡，整個裂紋斷面常因滲入磨削油而與穎斷面界限清楚。傳統(tǒng)碳化硅砂輪磨削硬質(zhì)合金由于磨削效率很低、磨削力較大、自礪性差以及磨削接觸區(qū)外表局部被淘汰使用;而金剛石砂輪則由于磨削效率高、磨削力較小、自礪性好、金剛石刃口銳利、不易鈍化以及磨削接觸區(qū)外表局部溫度較低(一般在400℃左右)等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金刀具的磨削加工中。但在整體硬質(zhì)合金刀具的金剛石砂輪磨削過程中，由于磨削余量很大，加工方法、金剛石工具特性和磨削制度假設(shè)選擇不當(dāng)，也會造成刀具磨削接觸區(qū)外表局部瞬時溫度偏高，從而產(chǎn)生磨削裂紋。整體硬質(zhì)合金刀具磨削裂紋的產(chǎn)生氣理分析制造硬質(zhì)合金刀具承受的金剛石磨削處理可以使刀具外表層的物理—機械特性變壞或者改善。打算外表層質(zhì)量的根本參數(shù)是：微觀形貌(即外表粗糙度)，外表層的構(gòu)造和亞構(gòu)造，第Ⅰ類剩余應(yīng)力值及其分布。燒結(jié)后的硬質(zhì)合金通常具有不低于Rz5μm的外表Rz=1～5μm際上不影響硬質(zhì)合金的壽命指標(biāo)。在磨削加工中硬質(zhì)合金晶粒內(nèi)部的微小結(jié)晶構(gòu)造參數(shù)(10～15)×10-5mm降到(10～15)×10-6mm。晶粒顯微畸變值(Δd/d，第Ⅱ類應(yīng)力)發(fā)生變化，外表層性能也相以在循環(huán)載荷下(如銑削力)硬質(zhì)合金的使用壽命既與外表層的構(gòu)造和亞構(gòu)造無直接關(guān)聯(lián)，又首先不是打算于外表粗糙度，而是打算于外表層的剩余應(yīng)力狀態(tài)，即第Ⅰ類剩余應(yīng)和壽命漸漸提高。而外表層形成的剩余拉應(yīng)力則促進裂紋的萌生和擴展，是產(chǎn)生裂紋的此，抱負的磨削外表層狀態(tài)應(yīng)是外表層剩余壓應(yīng)力值越高越好，剩余壓應(yīng)力層分布越深越好；近外表層剩余拉應(yīng)力值越低越好，剩余拉應(yīng)力層越薄越好，最大拉應(yīng)力值距離外表越深越好。反之，外表層較淺的壓應(yīng)力分布和近外表層過高的拉應(yīng)力值則是萌生磨削裂紋的主要緣由。所以，在磨削加工過程中應(yīng)盡量減小和避開剩余拉應(yīng)力的產(chǎn)生。在多數(shù)狀況下硬質(zhì)合金制品燒結(jié)后在外表層產(chǎn)生剩余拉應(yīng)力(起源于熱)，這種拉應(yīng)500～1000MPa5～7μm30～40μm(TRS值)和疲乏壽命值很低。但磨削余量常大于0.1mm，因而隨后的磨削加工在去除硬質(zhì)合金表層后完全可以消退燒結(jié)合金中的剩余拉應(yīng)力，并形成的應(yīng)力狀態(tài)。由此可見，燒結(jié)工藝引起的剩余應(yīng)力對在磨削過程中剩余應(yīng)力的形成沒有影響。在磨削加工過程中，影響刀具外表狀態(tài)的有兩個主要因素：施加的力和局部溫度。施加的力對合金外表的作用會引起不行恢復(fù)的塑性變形、構(gòu)造的變化和相變并伴隨著單不均勻的熱塑性變形、構(gòu)造和相的變化并伴隨著單位體積的減小，從而導(dǎo)致形成剩余拉應(yīng)力、降低抗彎強度、疲乏強度、沖擊韌性、硬度、耐磨性和使用壽命等，亦即發(fā)生弱還是剩余拉應(yīng)力為主，則取決于在磨削過程中對其外表的作用是以力為主還是以溫度為以上)占主導(dǎo)因素時，便會形成外表層較淺的壓應(yīng)力分布和近外表層過高的拉應(yīng)力值，剩余拉應(yīng)力有時在磨削后不產(chǎn)生裂紋，但在研磨或使用過程中，當(dāng)其表層被去除后，下層的剩余應(yīng)力失去平衡，才消滅裂紋。在金剛石加工時，刀具外表磨削接觸區(qū)局部瞬時溫度的凹凸將取決于加工方法、金剛石工具特性和磨削制度。整體硬質(zhì)合金刀具磨削裂紋的無損檢測通過以上分析以及大量的檢測試驗，我們承受高靈敏度的親水性后乳化熒光滲透探傷法對承受一樣磨削工藝(未改進前)的近萬件同一材質(zhì)刀具的比照檢測結(jié)果說明其磨削1)。對使用我們經(jīng)后乳化型熒光滲透檢測合格的整體硬質(zhì)合金刀具的用戶進展回訪，也未反映發(fā)生過因刀具裂紋等外表缺陷造成的刀具崩刃、斷刃、斷裂等現(xiàn)象。這些狀況說明承受高靈敏度的親水性后乳化熒光滲透探傷法無損檢測整體硬1檢出的整體硬質(zhì)合金銑刀典型磨削裂23

1不同方法檢測刀具外表磨削裂紋的效果比照體視顯微示。 肉眼

自乳化型后乳化型整體硬質(zhì)合

檢測方法 放大鏡

熒光滲透檢金刀具磨削工藝改進影響磨削裂紋的磨削工藝因素硬質(zhì)合金刀具外表的磨削裂紋主要是由于磨削過程中磨削接觸區(qū)的局部瞬時溫度過高形成磨削外表層較淺的壓應(yīng)力分布和近外表層過高的拉應(yīng)力值超過材料的破斷強削加工過程中應(yīng)盡量減小和避開瞬時小和避開了剩余拉程中的瞬時高溫往往會引起磨削外表層的機械性能的變1000℃具外表層造成磨削使工件外表的質(zhì)量用壽命;嚴(yán)峻時還會

工具顯微鏡受檢刀具數(shù)量 1530 540 1230 6580件)磨削裂紋率%) ≤3 3～6 8～10 15～20磨削裂紋檢出率 很低 低 中 高%)1刀具后乳化型熒光滲透檢測工藝流程圖圖2整體合金銑刀外表的典型磨削裂紋圖3整體合金銑刀外表的典型磨削裂紋度的凹凸將取決于加工方法、金剛石工具特性和磨削制度。刀具材料導(dǎo)熱系數(shù)越低和砂輪磨損得越厲害，都使磨削溫度上升得越厲害，則越簡潔產(chǎn)生磨削裂紋及磨削燒傷。要掌握和避開磨削裂紋及磨削燒傷，必需實行兩方面的措施：一是削減磨削熱的產(chǎn)生，二是加速磨削熱的傳出。削減磨削熱的方法是：適當(dāng)降低金剛石砂輪的線速度，減小徑向進給量(粗磨—精磨—拋光分工序進展)，選取較軟的金剛石砂輪，削減工件和砂輪的接觸面積，依據(jù)磨削要求合理選擇砂輪的粒度，常常保持砂輪在銳利的條件下磨削以及選擇適宜的磨削冷卻液以減小磨粒與工件間摩擦等。加速磨削熱傳出的措施是除了適當(dāng)提高工件速度和軸向進給量外，主要是承受有效的冷卻方法;另外，在精磨時，削減進給量和適當(dāng)?shù)墓饽?，可有效削減表層內(nèi)剩余應(yīng)力。綜上所述，為了提高生產(chǎn)率和磨削效率，同時又要獲得較好的磨削外表質(zhì)量，我們的方法是一開頭承受較低的砂輪線速度和較大的徑向進給量，最終幾次進給量減小而砂還可承受噴霧冷卻和高壓冷卻，選擇適宜的切削液，同時依據(jù)加工對象合理選擇砂輪和精細地修整砂輪。磨削參數(shù)的選擇原則是：磨削參數(shù)是在保證磨削溫度較低、磨削外表粗糙度較高的條件下，盡量選取較低的砂輪線速度，較大的徑向進給量、軸向進給量和工件速度。由于砂輪的線速度和徑向進給量對磨削外表層的質(zhì)量影響最大，因此，磨削參數(shù)的選擇步驟是：先選較大的工件速度，再選軸向進給量，最終才選砂輪線速度和徑向進給量。防止磨削裂紋的磨削工藝改進措施選用適宜的冷卻液和冷卻方式將國產(chǎn)冷卻油更換為運動粘度更低的進口冷卻油，并改進冷卻方式，使冷卻2315℃以下(空調(diào)風(fēng)冷掌握)，同時增加工具磨床油泵壓力，以加強磨削中的冷卻效果。選用適宜的金剛石砂輪金屬粘結(jié)劑金剛石砂輪由于導(dǎo)熱性好、磨削力大、磨削效率高，主要用于粗開槽工序(磨溝槽)的粗磨和精磨，該工序也可選用高溫樹脂粘結(jié)劑金剛石砂輪，但磨耗較大;樹脂粘結(jié)劑金剛石砂輪潤滑性好，磨削力較小、自礪性好，選用中等、中軟樹脂粘結(jié)劑金剛石砂輪或勤修砂輪，始終保持砂輪處于銳利狀態(tài)，主要用于開齒工序(前后刀面、端齒槽、偏背去余量等工序總稱)的粗磨和精磨。金剛石砂輪75%～100%，120～140(RVD)粒80～120200～240輪，則刀具的磨削效率和外表粗糙度均高于國產(chǎn)砂輪。選擇合理的磨削參數(shù)以在德國SAACKEUWIE212(15kW)上磨削整體硬質(zhì)合金兩刃螺旋立銑刀為例，粗開槽工序(磨溝槽)金剛石砂輪線速度選擇14～20m/s，機床軸向進給14～100～400m/min0.3～1.0mm，精磨選擇0.05～0.1mm。磨前后刀面時還承受無進給返程光磨提高其外表粗糙度。如選用進口砂輪，允許選擇比國產(chǎn)砂輪偏高的砂輪線速度和較大的徑向進給量。磨削工藝改進措施的效果驗證o 磨削工藝改進后的6800余件整體硬質(zhì)合金刀具(其中有近400020%15%、10%、0.5%以下，刀具外表磨削燒傷狀況(發(fā)亮、發(fā)白而不是發(fā)藍、發(fā)紫、發(fā)褐、發(fā)黃、