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硬质合金棒材加工过程中圆柱度的控制

发布者: 长相有问题 | 发布时间: 2019-1-4 08:51| 查看数: 261| 评论数: 0|帖子模式

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硬质合金棒材加工过程中圆柱度的控制
阳立庚 吴小刚
(南昌硬质合金有限责任公司,江西南昌330013)
摘 要:控制棒材圆柱度是保证硬质合金刀具精度的关键。现对硬质合金棒材加工过程中圆柱度的控制进行分析,得出以下结论:选择合适的中心高及磨削遍数,控制进刀量,能有效改善硬质合金棒材的圆柱度;利用热压法使硬质合金棒材产生永久塑性变形,也可改善圆柱度。

                               
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关键词:硬质合金棒材;圆柱度;加工工艺;热压
0 引言

[size=1em]随着工业水平的不断提高,对“工业牙齿”——硬质合金刀具的要求也不断提高。在高精度加工行业,硬质合金刀具的跳动对产品精度有致命的影响,而刀具跳动指标的高低主要受硬质合金棒料的圆柱度指标限制。在硬质合金棒料生产过程中,烧结后棒料毛坯的圆柱度受材质及粉末冶金工艺影响,一般情况下都在0.05~0.5 mm之间,与硬质合金精磨棒最终0.000 5~0.002 mm的圆柱度要求相差甚远,因而硬质合金精磨棒的圆柱度控制主要在后续加工及特殊处理上。

1 加工工艺对圆柱度的影响

[size=1em]相对于钢、铜、铝等金属,硬质合金材料具有更硬、更脆、塑性更差等缺陷,机械加工性能差,一般情况下硬质合金棒料主要的加工方式为无心磨加工。无心磨加工是由磨削砂轮、调整轮和工件支架(托架)三个机构构成的,其中磨削砂轮实际担任磨削的工作,调整轮控制工件的旋转,并使工件发生进刀速度,至于工件支架即在磨削时支撑工件,这三种机件可有数种配合的方法(但停止研磨除外),原理上都相同[1]。圆柱度是衡量棒材圆度及直线度的综合指标,硬质合金棒料圆柱度在无心磨加工中主要受加工工件中心高、进刀量、进给速度、导轮的回转速度影响。

[size=1em]


                               
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1.1 中心高的影响

[size=1em]在无心磨加工过程中,被加工工件的中心高度计算目前没有科学的理论公式,一般情况下是根据加工质量结合加工经验来调整的。

[size=1em]1.1.1 试验

[size=1em]加工设备为无锡机床厂产1040A无心磨床,砂轮外径350 mm,导轮外径250 mm。工件直径分别为4 mm、20 mm,长度均为100 mm。加工工艺为四遍磨工艺,加工工艺参数稳定不变。

[size=1em]试验1:φ4×100 mm硬质合金棒无心磨加工中心高的影响。

[size=1em]试验数据显示:中心高分别为7 mm、8 mm、9 mm、10 mm、11 mm时,产品圆柱度分别为0.08 mm、0.04 mm、0.002 mm、0.003 mm、0.003 mm,但中心高增加到10 mm或更高时,棒材表面有蹭痕。

[size=1em]试验2:φ20×100mm硬质合金棒无心磨加工中心高的影响。

[size=1em]试验数据显示:中心高分别为9 mm、10 mm、11 mm、12 mm、13 mm时,产品圆柱度分别为0.1 mm、0.05 mm、0.004 mm、0.008 mm、0.009 mm,但中心高增加到12 mm或更高时,棒材表面有螺纹。

[size=1em]1.1.2 数据分析

[size=1em]从以上试验数据可以看出,工件中心高对产品磨削后的圆柱度有很大影响,中心高增加可有效改善加工产品的圆柱度,但过分增加中心高,不仅仅圆柱度没能继续改善,同时由于零件在磨削区内跳动,会造成不可控的外观质量影响。

[size=1em]根据大量的加工试验数据,总结出以下中心高计算经验公式:

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[size=1em]式中,r为切向角(一般情况下为6°~8°);DR为导轮直径;DS为砂轮直径;d为零件直径(图1)。

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[size=0.8em]图1 无心磨加工示意图

1.2 进刀量的影响

[size=1em]1.2.1 试验

[size=1em]设备同1.1.1,砂轮目数为500目;工件直径为8 mm,长度为100 mm的YK15牌号硬质合金圆棒,加工试验条件设定为原料圆柱度0.02~0.03 mm。

[size=1em]试验数据显示:吃刀量分别为0.005 mm、0.01 mm、0.02 mm、0.03 mm、0.04 mm、0.05 mm时,圆柱度改善情况分别为:变差0.003 mm、改善0.013 mm、改善0.014 mm、改善0.017 mm、改善0.015 mm、改善0.011 mm。

[size=1em] 820672844.jpg

[size=1em]1.2.2 数据分析

[size=1em]从以上数据可以看出:

[size=1em](1)吃刀量过小,由于被加工区域不能全部覆盖,此时不但难以提高圆柱度,还会由于前后加工区域的相交而产生棱边,从而使圆柱度变得更差。

[size=1em](2)在吃刀量大到能完全覆盖原始圆柱面时,适当控制吃刀量对产品圆柱度影响关键;在原始圆柱度不是很差(小于0.05 mm)的情况下,吃刀量控制在原始圆柱度的50%~120%为宜。

1.3 磨削遍数的影响

[size=1em]1.3.1 试验

[size=1em]试验条件同1.2.1,被加工件为直径(6.1±0.005)mm,长度为100 mm的YK15牌号硬质合金棒,加工前圆柱度为0.1~0.15 mm,设定最终尺寸为5.994~6.0 mm。试验对比设定为三遍磨(第一、第二、第三遍吃刀量分别为0.05~0.06 mm、0.04 mm、0.005 mm)、四遍磨(第一、第二、第三、第四遍吃刀量分别为0.04~0.05 mm、0.03 mm、0.02 mm、0.005 mm)、五遍磨(第一、第二、第三、第四、第五遍吃刀量分别为0.03~0.04 mm、0.03 mm、0.02 mm、0.01 mm、0.005 mm)。

[size=1em] 000-CTtajQSEufzm.jpg

[size=1em]1.3.2 数据分析

[size=1em]试验数据表明:在去除量相同的情况下,增加无心磨磨削遍数,一方面起到了减少吃刀量的作用,另一方面也是在不能完全消除加工应力变形的前提下,通过机械加工的不断矫正,很大程度上有效改善了圆柱度。但在规模化生产中,考虑到加工成本的因素,会结合产品的最终要求及实际情况而选择最佳磨削遍数。

2 对硬质合金棒材的特殊矫正处理

[size=1em]硬质合金塑性差、抗变形能力强的特点给该类材料的高精度机械加工提供了精度保障先天条件[2],但另一方面,在高精度机械加工领域,由于机械加工的特点决定了被加工件必然会受到一定的作用力,在这个作用力下,硬质合金材料也会产生一定的微变形(对于长径比较大的硬质合金棒料尤其如此)。在无心磨加工过程中,在砂轮的作用力下,原本较为弯曲的硬质合金棒料会被压直,而一旦被加工件离开加工区域,就会立刻回弹到弯曲状态,因而,只要产品的原始直线度不是太好,机械加工方式很难矫正硬质合金棒料的圆柱度。

[size=1em]金属材料随着环境温度的升高,塑性有不同程度的提高[3]。利用金属材料的这个特点,通过热压的方式对硬质合金棒材进行一定程度的矫正,可改善硬质合金棒材的毛坯圆柱度。

2.1 热压试验

[size=1em]工件为直径6 mm,长度为330 mm牌号为YK15的硬质合金棒材,通过测量确定棒材的最佳矫正点,在高频加热一定的温度下(一般情况下不高于200℃)受压一定时间(图2),棒材会产生永久性变形。

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[size=0.8em]图2 热压法矫正示意图

2.2 热压分析

[size=1em]试验数据表明:随着受压时间的延长,硬质合金棒材的圆柱度得到了一定程度的改善,但超过1 h后,改善的效果已不明显,达到了硬质合金材料在该温度条件下的变形极限。

[size=1em] 2807681625883035.jpg

3 结语

[size=1em]在无心磨加工过程中,合适的中心高有利于改善硬质合金棒材圆柱度;在生产成本条件允许的情况下,减少进刀量,增加磨削遍数也有利于圆柱度的改善。利用热压法使硬质合金棒材产生永久塑性变形,也可改善圆柱度。

[size=1em][参考文献]

[size=1em][1]夏新涛.无心磨削的理论与实践[M].北京:国防工业出版社,2002.

[size=1em][2]黄新,孙亚丽,颜杰,等.硬质合金中WC相的塑性变形[J].稀有金属与硬质合金,2006,34(1):26-29.

[size=1em][3]谷莉,徐宏彤.金属材料及热处理[M].北京:中国水利水电出版社,2011.



[size=1em]收稿日期:2018-09-18

[size=1em]作者简介:阳立庚(1972—),男,湖南涟源人,硕士,工程师,南昌硬质合金有限责任公司副总经理,研究方向:硬质合金。



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