[发明专利]一种超声振动辅助磨削加工整体硬质合金刀具的磨削工艺

说明书

技术领域

本发明涉及磨削领域，具体涉及一种超声振动辅助磨削加工整体硬质合金刀具的磨削工艺。

背景技术

整体硬质合金刀具在航空航天业、模具制造业、汽车制造业、机床制造业等领域得到越来越广泛的应用，尤其是在高速切削领域占有越来越重要的地位。在高速切削领域，由于对刀具安全性、可靠性、耐用度的高标准要求，整体硬质合金刀具内在和表面的质量要求也更加严格。而随着硬质合金棒材尤其是超细硬质合金材质内在质量的不断提高，整体硬质合金刀具表面的质量情况越来越受到重视。

众所周知，硬质合金刀具的使用寿命除了与其耐磨性有关外，也常常表现在崩刃、断刃、断裂等非正常失效方面，磨削后刀具的磨削裂纹等表面缺陷则是造成这种非正常失效的重要原因之一。

这些表面缺陷包括经磨削加工后暴露于表面的硬质合金棒料内部粉末冶金制造缺陷(如分层、裂纹、未压好、孔洞等)以及磨削过程中由于不合理磨削在磨削表面造成的磨削裂纹缺陷，而磨削裂纹则更为常见。

硬质合金材料由于硬度高，脆性大，导热系数小，给刀具的刃磨带来了很大困难，尤其是磨削余量很大的整体硬质合金刀具。硬度高就要求有较大的磨削压力，导热系数低又不允许产生过大的磨削热量，脆性大导致产生磨削裂纹的倾向大。因此，对硬质合金刀具刃磨，既要求砂轮有较好的自砺性，又要有合理的刃磨工艺，还要有良好的冷却，使之有较好的散热条件，减少磨削裂纹的产生。一般在刃磨硬质合金刀具时，温度高于600℃，刀具表面层就会产生氧化变色，造成程度不同的磨削烧伤，严重时就容易使硬质合金刀具产生裂纹。这些裂纹一般非常细小，裂纹附近的磨削表面常有蓝、紫、褐、黄等颜色相间的不同氧指数的钨氧化物的颜色，沿裂纹敲断后，裂纹断口的断裂源处也常有严重烧伤的痕迹，整个裂纹断面常因渗入磨削油而与新鲜断面界限分明。传统碳化硅砂轮磨削硬质合金由于磨削效率很低、磨削力较大、自砺性差以及磨削接触区表面局部温度高(高达1100℃左右)等造成刀具刃口质量差、表面粗糙度差和废品率高等缺点已逐渐被淘汰使用;而金刚石砂轮则由于磨削效率高、磨削力较小、自砺性好、金刚石刃口锋利、不易钝化以及磨削接触区表面局部温度较低(一般在400℃左右)等优点被广泛应用于硬质合金刀具的磨削加工中。但在整体硬质合金刀具的金刚石砂轮磨削过程中，由于磨削余量很大，加工方法、金刚石工具特性和磨削制度如果选择不当，也会造成刀具磨削接触区表面局部瞬时温度偏高，从而产生磨削裂纹。

这些磨削裂纹，采用肉眼、放大镜、浸油吹砂、体视显微镜和工具显微镜等常规检测手段往往容易造成漏检，漏检的刀具在使用时尤其是在高速切削场合可能会造成严重的后果，因此整体硬质合金刀具产品磨削裂纹缺陷的危害很大。

因此对整体硬质合金刀具磨削裂纹的产生原因进行分析和探讨，并提出有效防止磨削裂纹的工艺改进措施具有很重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种超声振动辅助磨削加工整体硬质合金刀具的磨削工艺。所述工艺通过改进和优化整体硬质合金刀具磨削工艺和磨削参数，避免了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，有效防止磨削裂纹及磨削烧伤的产生，磨削裂纹率在0.5%以下。

本发明所采用的技术方案如下：

一种超声振动辅助磨削加工整体硬质合金刀具的磨削工艺，其特征在于：

包括粗磨和精磨，并采用超声振动辅助磨削加工进行磨削；

粗磨的工艺为：金刚石砂轮线速度选择16～20m/s，机床轴向进给速度选择100～200mm/min，机床径向进给量选择1.0～2.0mm，超声振动的辅加方式为工件振动，超声振幅为4-6μm；

精磨的工艺为：金刚石砂轮线速度选择12～16m/s，机床轴向进给速度选择50～100m/min，机床径向进给量选择0.1～0.3mm，超声振动的辅加方式为砂轮振动，超声振幅为4-6μm；

选用金属粘结剂金刚石砂轮，金刚石砂轮浓度选择75%～80%，金属粘结剂砂轮粒度选择120～140目。

其中，优选，粗磨的工艺为：金刚石砂轮线速度选择18m/s，机床轴向进给速度选择150mm/min，机床径向进给量选择1.5mm，超声振动的辅加方式为工件振动，超声振幅为5μm；

其中，优选，精磨的工艺为：金刚石砂轮线速度选择14m/s，机床轴向进给速度选择75m/min，机床径向进给量选择0.2mm，超声振动的辅加方式为砂轮振动，超声振幅为4-6μm；