超硬涂层磨削工艺实验研究.pdf

1、 精密制造与自动化 2017年第2期 60 超硬涂层磨削工艺实验研究 魏东光 金洙吉 姜冠楠（大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室 大连 116024）摘 要 针对核主泵关键部件材料镍基碳化钨涂层，采用三种磨粒粒度金刚石砂轮进行平面磨削试验，研究工艺参数、磨粒粒度对涂层材料磨削力、表面粗糙度和表面残余应力的影响规律。实验结果表明：不同粒度砂轮磨削时，随着磨削深度和工件进给速度增加，法向磨削力和切向磨削力均逐渐增大，表面粗糙度值呈现先增大、后减小再增大的趋势，平行和垂直磨削方向的表面残余压应力逐渐增大，且垂直磨削方向应力值更大。综合考虑磨削力、表面粗糙度、磨削表面残余应力和磨削加工效率，

2、600 目砂轮具有较好的加工效果，其对应的优化磨削参数为：磨削深度为 10 m，工件进给速度为 8 m/min。关键词 WC-12Ni 涂层 磨削加工 磨削力 表面粗糙度 表面残余应力 热喷涂技术作为一种重要的表面工程技术，越来越广泛应用于国防、航空航天、机械、冶金、石油、化工和电力等领域1。近年来，热喷涂技术已向高能高速喷涂方向发展，以超音速火焰喷涂（HVOF）为代表2。HVOF 喷涂的涂层具有较高的硬度，其主要原因是在喷涂过程中 WC 颗粒相变、分解和氧化的量受到抑制，可以形成致密、结合强度高的半机械半冶金涂层。目前，相对于其他加工方法，磨削加工是硬质合金涂层主要的加工方法。湖南大学学者刘

3、建采用平面磨床对 n-WC/12Co 涂层精密磨削过程进行了较为详细的实验研究，分析了磨削参数对涂层可磨削性的影响规律，并分析了涂层材料的磨削去除机理3；荆琦研究了磨削参数对磨削残余应力的影响规律，并利用 ANSYS 建立了 n-WC/12Co 涂层精密磨削残余应力计算模型，并证明了有限元模型的正确性4；易军进行了超音速火焰喷涂碳化钨钴涂层磨削试验研究,分析了不同磨削参数对涂层磨削力、涂层表面、基体-结合面温度和磨削质量的影响5；江志顺研究了不同工艺参数对涂层磨削力、磨削温度及表面粗糙度的影响，并初步开发了基于热像检测与分割技术的砂轮堵塞检测方法和装置6。相对于超音速火焰喷涂碳化钨钴涂层，镍基

4、碳化钨涂层材料以其优越的耐磨性能及耐腐蚀性能被作为核主泵某关键部件的专用材料。本文采用三种不同粒度金刚石砂轮开展磨削实验研究，探究工艺参数、砂轮粒度对涂层磨削力、表面粗糙度及表面 残余应力的影响规律，为后续镍基碳化钨涂层的加工研究及工程应用提供一定的指导意义。1 1 磨削实验条件及检测设备磨削实验条件及检测设备 1.11.1 磨削实验条件磨削实验条件 磨削所用机床为杭州机床厂生产的 MM7132A精密卧轴矩台平面磨床，工作台纵向运动由变量变向叶片泵驱动，移动速度为（325）m/min，并采用闭式液压系统，运动平稳，噪声小，油池温升低；拖板横向导轨采用滚柱导轨，进给由交流变频电机控制无级调速，可

5、获得精细的断续和连续进给。机床磨头电机功率为 5.5 kW，主轴转速最高转速为1500 r/min，微动进给量为 0.002 mm，最大可磨削尺寸为 1 000320400 mm，磨削过程中采用 5%水基乳化液作为冷却液。磨削加工使用的砂轮规格为 300D-15T-5X-75H，分别选用磨粒粒度为 80 目、600 目及 1500 目三种砂轮进行试验。进行砂轮磨削加工前，为保证表面加工质量及磨削稳定性，首先应调节砂轮静平衡、修整砂轮，针对磨削加工用金刚石砂轮采用绿色碳化硅修整砂轮对其进行工作台横向往复修整，其修整参数如表 1 所示。表表 1 树脂结合剂型金刚石砂轮修整参数树脂结合剂型金刚石砂轮

6、修整参数 粗修 精修 砂轮转速(r/min)1 000 1 500 磨削深度(mm)10 2 横向进给速度(mm/min)40 20 万方数据 魏东光 等 超硬涂层磨削工艺实验研究 61 1.21.2 磨削参数及工件材料磨削参数及工件材料 磨削实验采用逆磨方式，切入式往复磨削，全程使用冷却液。考虑到所选三种砂轮磨粒粒度相差 较大，其漏出的磨刃高度相差较大，因此基于前期实验，所采用的磨削实验参数如表 2 所示：表表 2 磨削实验参数磨削实验参数 砂轮编号 1 2 3 主轴转速vs(m/s)23.55 23.55 23.55 磨削深度ap(m)6、10、16、32 4、6、10、16 2、4、6 工件进给速度vw(m/min)2、4、8、12 2、4、8、12 2、4、8、12 冷却液 水基乳化液 水基乳化液 水基乳化液 试验中采用工件材料为镍基碳化钨涂层材料，其基本参数如表 3 所示：表表 3 工件材料基本参数工件材料基本参数 工件名称 镍基碳化钨涂层 工件尺寸(mm)201212 涂层厚度(m)300 弹性模量(GPa)350 泊松比 0.23 维氏硬度(N mm-2)1100 断裂韧