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强力砂轮在硬质合金刀具精密磨削中的性能研究

更新时间:2009-03-28

因具有良好的耐磨性、热硬性和高硬度等特点,且在高的切削速度下,能加工出尺寸精度高、表面质量好的工件,整体硬质合金刀具被广泛应用于航空航天、模具、电子等高效高精密加工领域[1]

整体硬质合金刀具螺旋槽的加工,其材料去除量大且加工效率低,可由强力砂轮通过大切深、小进给的磨削工艺加工完成。强力砂轮及开槽磨削工艺参数不仅影响刀具刃口质量,而且还影响刀具圆周前刀面的表面质量[2],甚至会导致磨削后的螺旋槽出现烧伤和微裂纹[3]。2007年前,用高温树脂结合剂金刚石砂轮来开槽磨削硬质合金刀具。虽然树脂结合剂砂轮磨削精度高、表面光洁度好,但由于其局限性,切深越大,磨削过程中产生的磨削热也越多,使得金刚石砂轮锋利度下降快,从而影响到刀具开槽的加工效率和刀具的表面质量[4]。因此,使用强力金属结合剂金刚石砂轮来取代。这种强力金属结合剂砂轮对提高加工效率、降低生产成本效果显著[5]

针对在加工整体硬质合金刀具实际生产中存在的螺旋槽刃口磨削崩边大、磨削表面质量差以及砂轮磨损等问题,研究不同品牌金刚石砂轮的磨削负载、砂轮磨损性能,对被加工刀具表面质量、表面粗糙度及刀具的切削性能、刀具的磨损与切削长度等的影响,为选择合适的砂轮提供参考。

1 实验方法

1.1 实验方法及性能检测

(1)磨削实验对象:在ANCA-MX7五轴数控工具磨床上开槽加工直径为φ16 mm的四刃整体硬质合金立铣刀,开槽磨削参数如表1所示。刀具材质为钨钴类硬质合金,其Co质量分数为10%,ISO对应牌号为K20-K40。四刃平头硬质合金立铣刀规格及参数见表2所示。

 

表1 开槽磨削参数

  

项目 内容切深ap/mm4进给速度vf/(mm/min)100砂轮线速度vw/(m/s)18

 

表2 四刃平头硬质合金立铣刀规格及参数

  

项目内容刀具直径D/mm16螺旋角α/(°)38圆周前角β/(°)4圆周后角γ/(°)10材质K20-K40涂层有

(2)开槽磨削实验砂轮:金属结合剂金刚石强力砂轮。选择强力砂轮Ⅰ(美国)和强力砂轮Ⅱ(日本)2个不同品牌的强力砂轮,2种砂轮的形状尺寸相同,金刚石磨料粒度和浓度也相同。强力砂轮的规格参数如表3所示。

 

表3 强力砂轮规格及参数

  

项目内容砂轮编号Ⅰ、Ⅱ磨料金刚石结合剂金属磨料粒度尺寸d/μm0.0530~0.0653磨料浓度100%最高线速度vmax/(m/s)63

(3)刀具切削性能表征:为检验强力砂轮磨削的硬质合金刀具的质量,故对加工后的硬质合金刀具进行切削性能测试,实验设备及环境条件如表4所示,刀具切削参数如表5所示。刀具切削性能的主要指标为刀具磨损量及刀具寿命。

 

表4 实验设备及环境条件

  

项目内容实验设备永进立式加工中心刀柄型号/卡簧BT50环境条件室内温度22℃,室内湿度55%观察测量仪器基恩士KEYENCEVHX100(×50/×175)切削液及浓度质量分数7%的德润宝S50水基乳化液

 

表5 刀具切削参数

  

项目数值切削速度vc/(m/min)180转速n/(r/min)3581进给速度vw/(mm/min)1289进给量f/(mm/r)0.09切深ap/mm16切宽ae/mm16悬深长度l/mm45加工材料(钢号)45

1.2 强力砂轮及刀具性能检测

检测砂轮磨粒晶形、分布及磨削层的组织结构,研究磨削后的砂轮形状保持性、自锐性,最后分析其所加工刀具的切削性能。在实验开始前,先采用公司现有的修整工艺对实验砂轮进行修整。

[6] 原一高, 骆讳岚, 蔡琼霞, 等. 超细晶粒硬质合金磨削的材料去除机理研究 [J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2010, 30(3): 14-18.

  

图1 强力砂轮的轮廓投影示意图

2 实验结果与分析

2.1 强力砂轮磨削层对比

(1)磨粒晶形与分布

拉夏德芳的工匠大师从十二生肖动物汲取灵感,缔造生动逼真的场景,刻画出一只雍容高雅的北京狗。两幅自然主义风格的微缩画作,分别呈现于直径35毫米的镶钻红金表壳和直径39毫米的未镶钻红金表壳之上。第一款腕表糅合中式与西式风格,展现北京狗在花王牡丹的花丛中与蝴蝶玩耍的场景,颂赞女性魅力。第二款腕表同样散发尊贵之气,在岩石和植物组成的自然主义景观中呈现活灵活现的北京狗,画面精美,男女皆宜。这些精美细腻的微缩杰作源于承袭自启蒙时代的艺术传统,将中国元素展现得淋漓尽致。钟表品牌雅克德罗精妙演绎这些物象,缔造出非凡时计,邀您前往奇幻地域,共赴美妙旅程。

AC在平面构造等深图上不是气水内外边界的宽度,而是代表了气水内外边界深度差,因此可以用FB表示,相当于在两个坐标系下进行了转换,这一点是该方法的关键。

但是飞水时间一定不要过长,尤其是贝壳类等小海鲜。正确的操作方法是:锅中水沸腾时将小海鲜下锅,焯水15 s后,捞出沥水。此时的贝壳类海鲜多呈半开半闭状态(小体积的也可能全部打开了),去壳取肉,进行下一步烹饪。

砂轮磨削层主要由磨粒、结合剂和其他填料组成,其性能的优劣直接影响砂轮的磨削性能。人造金刚石可粗略分为高强度金刚石、中强度金刚石、低强度金刚石等。树脂结合剂磨具多选用结晶不规则的低强度金刚石和具有镶嵌结构的自锐性金刚石;金属结合剂磨具多选用具有规则结晶的中强度金刚石[7-8]。图2为Ⅰ、Ⅱ 2种强力砂轮磨削层扫描电镜和超景深显微镜表面形貌图。从图2a和图2b可以看出:强力砂轮Ⅰ的磨粒晶形多边多角,呈现不规则形态,偏向于树脂结合剂磨具所用磨粒;强力砂轮Ⅱ的磨粒则棱角分明,偏向于中强度金刚石磨粒[9]。从图2c和图2d可以看出:2种强力砂轮的磨粒分布均匀且出刃情况良好[10]

  

(a)强力砂轮I电镜形貌(b)强力砂轮II电镜形貌(c)强力砂轮I超景深显微镜形貌(d)强力砂轮II超景深显微镜形貌图2 砂轮磨削层扫描电镜和超景深显微镜表面形貌图

强力砂轮I和II的磨削层能谱分析图及半定量结果如图3所示。

(2)结合剂及添加物

由图3可知:2种强力砂轮主要元素均含Cu、Sn、C、Si,其中Cu和Sn合计所占比例均超过80%,可以判断2种强力砂轮结合剂均为青铜结合剂。为了改善砂轮的自锐性,强力砂轮Ⅰ和Ⅱ中均添加能提高砂轮结合剂自锐性的Si和C(半定量中的C含量包含2部分:一部分是金刚石C,另一部分是添加的C),特别是砂轮Ⅱ中还特别添加了一定量的Ag,以提高结合剂对金刚石磨粒的把持力,保证砂轮的强度。

  

(a) 强力砂轮Ⅰ能谱图

  

元素质量分数原子数分数C5.61%24.30%O3.94%12.83%Al0.37%0.71%Si2.36%4.37%Sn38.35%16.82%Ca1.10%1.42%Cu48.28%39.55%

(b) 强力砂轮Ⅰ元素半定量结果

  

(c) 强力砂轮Ⅱ能谱图

  

元素质量分数原子数分数C6.49%26.58%O4.50%13.84%Al0.67%1.22%Si2.11%3.70%Cl0.41%0.57%Ag3.43%1.56%Sn32.37%13.41%Ca0.97%1.19%Cu49.04%37.94%

(d) 强力砂轮Ⅱ元素半定量结果

图3 磨削层能谱分析图及元素半定量结果

2.2 强力砂轮磨削性能对比

通过表1的开槽磨削参数开槽加工硬质合金立铣刀,图4为开槽磨削时的机床负载率图。从图4可以看出:2种强力砂轮在加工第一把刀具时机床负载率均在18%以下,但强力砂轮Ⅰ较强力砂轮Ⅱ的磨削负载率大,即主轴负载较砂轮Ⅱ高。在实际磨削过程中,还发现强力砂轮Ⅰ磨削时机床振动大且磨削声音沉闷,分析认为是由于强力砂轮Ⅰ的金刚石晶形所引起的,即强力砂轮Ⅱ规整的金刚石磨粒晶形比强力砂轮Ⅰ不规则的磨粒晶形具有更大的磨削力。

  

图4 开槽磨削时的机床负载率

WANG Ziguang, GAO Shang, ZHU Xianglong, et al. Grinding wheel for low-damage grinding of silicon wafers and its grinding performance [J]. Optics and Precision Engineering, 2017, 25(10): 2689-2696.

确定好深度之后,我们需要再比较下随机森林中树的个数对行为模型精度的影响,图5为决策树深度为10时,树的数目对模型分类准确率的变化过程。由图可发现,随着随机森林中树的个数增加,分类准确率会逐渐平稳并在一定的误差范围内波动。分析波动原因是随机森林在进行建模时样本及特征随机选择造成了一定误差。

  

图5 刀具圆周刃口崩边大小

图6和图7分别为刀具圆周前刀面在金相显微镜下的形貌图和刀具前刀面粗糙度值对比图。

  

(a)强力砂轮I(b)强力砂轮II图6 刀具圆周前刀面的形貌

从图6和图7可以看出:强力砂轮Ⅰ磨削所获得的前刀面磨痕比强力砂轮Ⅱ的细腻,且砂轮Ⅰ的刀具前刀面表面粗糙度值低于砂轮Ⅱ的。这是由砂轮的晶形和结合剂的组织结构所决定的[11]。

  

图7 刀具圆周前刀面表面粗糙度

图8为连续磨削45件刀具后强力砂轮的表面轮廓图。从图8可以看出:2种砂轮角度大小基本一致,但强力砂轮Ⅱ砂轮圆角为0.288 mm,小于砂轮Ⅰ的圆角0.363 mm,强力砂轮Ⅱ有较好的形状保形性。这是因为在相同条件下,金刚石晶形越完整,砂轮的保形性和使用寿命越好;金刚石晶形越不规则,其抗冲击性能下降,磨粒容易破裂,磨粒磨耗磨损严重,从而保形性和使用寿命下降[12]

  

(a)强力砂轮Ⅰ(b)强力砂轮Ⅱ图8 强力砂轮表面轮廓

2.3 刀具性能验证

图9为刀具磨损值与切削长度间的关系图。图9中X1和X2分别为使用强力砂轮Ⅰ和强力砂轮Ⅱ加工的刀具。

[5] 何耿煌, 李凌祥, 邹伶俐, 等. 亚微观倒棱切削刃对硬质合金刀片切削性能的影响特性研究 [J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2017, 37(3): 46-54.

  

图9 刀具磨损值与切削长度间的关系

图10为X1、X2 2种刀具加工的工件在Hirox 超景深显微镜下观察的表面质量图。由图9可以看出:在相同的切削实验条件下,2种强力砂轮加工的刀具,其刀具磨损值与切削长度关系曲线基本一致,这表明刀具的切削寿命也接近一致;且如图10所示,所加工的工件表面质量都良好。

  

(a)X1(b)X2图10 工件表面质量

3 结论

(1)青铜基强力砂轮适用于整体硬质合金刀具的精密磨削,强力砂轮的结合剂中添加Si及C,可以改善砂轮的自锐性。

(2)在磨削整体硬质合金刀具中,规整晶形的金刚石磨粒制成的砂轮磨削力较大且砂轮有较好的形状保持性,而不规则晶形的磨粒制成的砂轮加工后刀具表面细腻且能获得较好的刃口质量及表面粗糙度。

(3)在相同的切削实验条件下,2种晶形的强力砂轮加工的刀具在切削性能上无明显差异。

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参考文献

EVA权重的设计过低,容易导致EVA实施较难具有执行力,使大家对其重视程度降低;过高则又可能因为资本成本率及调整项目因行业、企业各自不同情况影响可比性,甚至影响管理者积极性,所以,权重的设计也应根据行业分类及差异,设计合理。

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组织病理学检查在肝衰竭诊断、分类及预后判定上具有重要价值,但由于肝衰竭患者的凝血功能严重降低,实施肝穿刺具有较高的风险,在临床工作中应特别注意。肝衰竭发生时(慢性肝衰竭除外),肝脏组织学可观察到广泛的肝细胞坏死,坏死的部位和范围因病因和病程的不同而不同。按照坏死的范围程度,可分为大块坏死(坏死范围超过肝实质的2/3),亚大块坏死(约占肝实质的 1/2~2/3),融合性坏死(相邻成片的肝细胞坏死)及桥接坏死(较广泛的融合性坏死并破坏肝实质结构)。在不同病程肝衰竭肝组织中,可观察到一次性或多次性的新旧不一肝细胞坏死病变。

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中期制度改革方略:在已经实施的共有产权、租赁房、集体土地建租赁房等新住房政策基础上,笔者建议,优化新时代上海市住房金融结构及其相应制度,缩小按揭贷款占比,新增住房租赁贷款并且扩大占比,从住房金融结构优化和制度完善上有效降低新时代上海市住房金融杠杆率。

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朋友大春创办的农业种植与科技研发公司,历经十年发展取得不菲业绩。在赢得良好口碑的同时,也被源源不断的各种调研弄得心烦意乱。大春常常抱怨,说由于公司名声在外,诸多民间社团纷纷打着各种旗号前来调研,频繁的接待工作和无谓的经济“支援”早已令他精疲力竭。有人建议他可以找理由拒绝接待一些无谓的调研团队,他眉头一皱说:说得轻巧,但凡前来调研的社团领导,哪个不是声名显赫,而且还有当地的时任领导陪同,我岂敢怠慢?

具体步骤如下:(1)使用S-3700N(日立)扫描电镜观察强力砂轮表面形貌,观测磨粒与结合剂结合情况及金刚石晶形等,采用能谱半定量分析磨削层中的元素含量;(2)磨床自带负载感应器记录整个开槽磨削过程中机床主轴的负载变化;(3)使用Mitutoyo Surftest SV-3100粗糙度仪测量刀具圆周前刀面粗糙度;(4)使用ZOLLER Smile400激光测量仪测量砂轮加工前后的轮廓形状,包括圆角大小(mm)和角度大小( °)(图1),以便计算砂轮的磨耗量;(5)使用OLYMPUS BX41RF-LED金相显微镜以固定间隔测量刀具圆周刃口锯齿大小。

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图5为强力砂轮Ⅰ和Ⅱ分别连续磨削10件刀具后,从中抽出编号相同的刀具,观察刀具磨削后的圆周刃口崩边大小。从图5可看出:强力砂轮Ⅱ产生的圆周刃口崩边均要比强力砂轮Ⅰ的大。分析认为:强力砂轮Ⅱ的金刚石晶型好、强度较大,微切削刃较少,在金刚石磨粒与刀具刃口接触时,金刚石与硬质合金刃口之间的相互挤压,存在挤压破碎的情况,故而强力砂轮Ⅱ产生的圆周刃口崩边均要比强力砂轮Ⅰ产生的大。

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从表5可见,此次调查中一些博士授予单位对博士论文撰写无明确规定,部分博士授予单位对博士论文撰写语言要求必须用中文撰写,部分规定必须用英文,对中文摘要大部分授予单位要求必须有中文摘要,也有一些授予单位并未要求。此次调查中的博士授予单位未对留学生博士论文封面信息有明确规定。正是由于授予单位对来华留学生博士论文撰写缺乏有针对性的、差异化的规定,使得留学生博士论文在格式上出现了各种问题,在撰写语言上显得“五花八门”。

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采用SPSS11.5软件包用于统计分析,等级资料的比较采用Ridit检验,对分级数据进行比较,P<0.05为差异有统计学意义。

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2.1.1 氮。2012年全市叶片氮平均含量为2.56%(表1),说明烟台市果园氮的使用量在较高水平,果树减氮迫在眉睫。苹果叶片氮素降至2.2%以下,苹果可能出现大小年现象,要特别注意疏果和不要强调改善苹果色泽而减少氮的供应。N∶K比例,对于富士、元帅等硬的品种为(1.25~1.50)∶1.00。2012年全市测定叶片N∶K为2.19∶1.00,减氮增钾十分迫切。

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蒋志金
《金刚石与磨料磨具工程》2018年第02期文献

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