高锰钢精密超精密镜面加工技术及试验研究
发布时间：2021-11-09 16:35
目的利用ELID磨削技术对ZGMn13Cr2高锰钢进行精密超精密镜面磨削加工试验研究,解决其加工性能差的问题,以提升表面质量,采用二次回归通用旋转设计试验,探究不同试验因素对ZGMn13Cr2高锰钢加工表面质量的影响规律,并对各因素工艺参数进行优化。方法对MSG-612 CNC超精密成型平面磨床进行ELID磨削工艺模块化改造后,采用240#、W10粒度的金属结合剂金刚石砂轮对直径Φ50 mm、厚度10 mm的样件进行ELID磨削加工,对比两种粒度砂轮的加工效果。应用二次回归通用旋转设计进行工艺试验,搭建表面粗糙度二次回归数学模型,探究不同试验因素对工件表面质量的影响程度,使用判定系数R2检验二次回归模型对实际情况的拟合程度。最后,由lingo软件对二次回归数学模型进行优化,得出ZGMn13Cr2高锰钢ELID磨削各试验因素工艺参数的最佳组合。结果经W10金属结合剂金刚石砂轮加工后,样件获得较高精度的镜面效果,两种...
【文章来源】：表面技术. 2020,49(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
ELID磨削装置示意图
ELID镜面磨削的成形过程依次经历预电解修锐、磨削和精磨三个阶段[15-21]。在预电解修锐阶段，电解修锐和氧化抑制作用同时进行，开始时，电解修锐作用大于氧化抑制作用，磨粒出刃高度随着电解的进行逐渐增大，但同时伴随着磨粒周围金属结合剂的溶解。这些稀松柔软的溶解物以氧化膜的形式覆盖在砂轮表面，阻碍着电解作用的发生，氧化抑制作用凸显，直至电解作用消失，有效抑制砂轮的过度电解，此时磨粒获得最大的出刃高度，如图2a和图2b所示；磨削阶段，由于磨削加工中的连续进给，氧化膜被工件刮除，出刃磨粒对工件表面进行磨削加工。当砂轮表层的出刃磨粒被磨钝时，其根部的金属结合剂由于电解作用逐渐变薄，把持力逐渐减弱，以致不足以将其把持在结合剂中，此时在磨削力的作用下脱落并游离于砂轮表面的氧化膜中。与此同时，随着磨削过程中电解过程的持续进行，先前包裹在表层金属结合剂下的磨粒也会获得出刃并参与磨削，此过程与磨削同步进行，砂轮金属结合剂中的磨削磨粒发生推陈出新的作用，如图2c和图2d所示；精磨阶段，由于砂轮进给量小于砂轮表面氧化膜厚度，此时固着磨粒不参加磨削，只有附着在砂轮表面且蕴含着游离态磨粒的氧化膜随着砂轮高速旋转，并对已加工表面进行高速、无压力的研磨抛光加工，从而获得超精密镜面表面，如图2e所示。所以，ELID镜面磨削加工是磨、抛、研集成化的精密超精密镜面加工技术。2 试验
实验工艺过程为：首先采用粒度为240#的金属结合剂金刚石砂轮对样件进行半精密加工，然后再采用微粉级粒度的金属结合剂金刚石砂轮（W10）对样件进行精密超精密加工。磨削工艺参数及结果如表2所示，磨削后的加工效果如图3所示，SEM表面形貌如图4所示。由表2和图3能够看出，ELID磨削后样件获得了较低的表面粗糙度及较高的镜面效果。从图4a中可以看出，采用粒度为240#的金属结合剂砂轮磨削得到样件的表面无烧伤，磨削纹路规整明显，这说明ELID磨削中砂轮磨削状态良好，从而保证了磨削痕迹的均匀性和一致性。对比观察在同等放大倍率下的图4b，其样件表面无烧伤且磨削痕迹均匀细密。微粉级粒度的W10金属结合剂金刚石砂轮对样件表面可实现微细加工，致密均匀的加工痕迹能够覆盖半精加工留下的较粗痕迹。另外，图4b中残留着较深的纵向划痕是材料缺陷造成的。综合以上分析可见，对于ZGMn13Cr2高锰钢材料，ELID磨削技术可避免工件表面烧伤，获得高质量和高精度的加工表面，同时还可以减少加工工序，降低加工成本，提高加工效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]研制可切削加工高锰钢辊套[J]. 杨晓勇. 内燃机与配件. 2019(18)
[2]Mn含量对车梁用高锰奥氏体TWIP钢拉伸变形行为的影响[J]. 王雪,于秀涛. 锻压技术. 2019(09)
[3]金刚石砂轮磨削性能退化评估[J]. 毕果,王惠雪,周炼,邵升阳. 光学精密工程. 2019(07)
[4]激光钎焊制备金属结合剂金刚石砂轮研究进展[J]. 李时春,周振红,伍俏平,邓朝晖. 兵器材料科学与工程. 2019(02)
[5]高锰钢中氧含量测定方法研究[J]. 韩丽辉,林林,李牧明,李根. 实验技术与管理. 2018(11)
[6]高锰钢切削加工工艺性能的分析[J]. 孙广军. 工业设计. 2018(04)
[7]ZrO2陶瓷平面磨削温度仿真分析与实验研究[J]. 张珂,赵国欢,孙健,韩涛,刘春光. 表面技术. 2017(12)
[8]基于ELID磨削机理的GCr15轴承钢内圆工艺试验研究[J]. 关佳亮,戚泽海,路文文,孙晓楠,胡志远,张妤. 组合机床与自动化加工技术. 2017(09)
[9]微细切削加工表面质量的研究综述[J]. 张浩,刘玉德,石文天,韩冬. 表面技术. 2017(07)
[10]铁路清筛机高锰钢易损件的制备[J]. 阎治铭,阎生贡,王艺,刘恩荣,张自华. 金属热处理. 2017(03)
博士论文
[1]超声ELID复合内圆磨削ZTA纳米复相陶瓷的磨削机理[D]. 郑友益.河南理工大学 2015
[2]球轴承套圈沟道ELID成形磨削试验研究[D]. 张开飞.天津大学 2013
硕士论文
[1]基于氧化膜状态主动控制的ELID磨削及其应用研究[D]. 杨黎健.天津大学 2011
本文编号：3485703
【文章来源】：表面技术. 2020,49(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
ELID磨削装置示意图
ELID镜面磨削的成形过程依次经历预电解修锐、磨削和精磨三个阶段[15-21]。在预电解修锐阶段，电解修锐和氧化抑制作用同时进行，开始时，电解修锐作用大于氧化抑制作用，磨粒出刃高度随着电解的进行逐渐增大，但同时伴随着磨粒周围金属结合剂的溶解。这些稀松柔软的溶解物以氧化膜的形式覆盖在砂轮表面，阻碍着电解作用的发生，氧化抑制作用凸显，直至电解作用消失，有效抑制砂轮的过度电解，此时磨粒获得最大的出刃高度，如图2a和图2b所示；磨削阶段，由于磨削加工中的连续进给，氧化膜被工件刮除，出刃磨粒对工件表面进行磨削加工。当砂轮表层的出刃磨粒被磨钝时，其根部的金属结合剂由于电解作用逐渐变薄，把持力逐渐减弱，以致不足以将其把持在结合剂中，此时在磨削力的作用下脱落并游离于砂轮表面的氧化膜中。与此同时，随着磨削过程中电解过程的持续进行，先前包裹在表层金属结合剂下的磨粒也会获得出刃并参与磨削，此过程与磨削同步进行，砂轮金属结合剂中的磨削磨粒发生推陈出新的作用，如图2c和图2d所示；精磨阶段，由于砂轮进给量小于砂轮表面氧化膜厚度，此时固着磨粒不参加磨削，只有附着在砂轮表面且蕴含着游离态磨粒的氧化膜随着砂轮高速旋转，并对已加工表面进行高速、无压力的研磨抛光加工，从而获得超精密镜面表面，如图2e所示。所以，ELID镜面磨削加工是磨、抛、研集成化的精密超精密镜面加工技术。2 试验
实验工艺过程为：首先采用粒度为240#的金属结合剂金刚石砂轮对样件进行半精密加工，然后再采用微粉级粒度的金属结合剂金刚石砂轮（W10）对样件进行精密超精密加工。磨削工艺参数及结果如表2所示，磨削后的加工效果如图3所示，SEM表面形貌如图4所示。由表2和图3能够看出，ELID磨削后样件获得了较低的表面粗糙度及较高的镜面效果。从图4a中可以看出，采用粒度为240#的金属结合剂砂轮磨削得到样件的表面无烧伤，磨削纹路规整明显，这说明ELID磨削中砂轮磨削状态良好，从而保证了磨削痕迹的均匀性和一致性。对比观察在同等放大倍率下的图4b，其样件表面无烧伤且磨削痕迹均匀细密。微粉级粒度的W10金属结合剂金刚石砂轮对样件表面可实现微细加工，致密均匀的加工痕迹能够覆盖半精加工留下的较粗痕迹。另外，图4b中残留着较深的纵向划痕是材料缺陷造成的。综合以上分析可见，对于ZGMn13Cr2高锰钢材料，ELID磨削技术可避免工件表面烧伤，获得高质量和高精度的加工表面，同时还可以减少加工工序，降低加工成本，提高加工效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]研制可切削加工高锰钢辊套[J]. 杨晓勇. 内燃机与配件. 2019(18)
[2]Mn含量对车梁用高锰奥氏体TWIP钢拉伸变形行为的影响[J]. 王雪,于秀涛. 锻压技术. 2019(09)
[3]金刚石砂轮磨削性能退化评估[J]. 毕果,王惠雪,周炼,邵升阳. 光学精密工程. 2019(07)
[4]激光钎焊制备金属结合剂金刚石砂轮研究进展[J]. 李时春,周振红,伍俏平,邓朝晖. 兵器材料科学与工程. 2019(02)
[5]高锰钢中氧含量测定方法研究[J]. 韩丽辉,林林,李牧明,李根. 实验技术与管理. 2018(11)
[6]高锰钢切削加工工艺性能的分析[J]. 孙广军. 工业设计. 2018(04)
[7]ZrO2陶瓷平面磨削温度仿真分析与实验研究[J]. 张珂,赵国欢,孙健,韩涛,刘春光. 表面技术. 2017(12)
[8]基于ELID磨削机理的GCr15轴承钢内圆工艺试验研究[J]. 关佳亮,戚泽海,路文文,孙晓楠,胡志远,张妤. 组合机床与自动化加工技术. 2017(09)
[9]微细切削加工表面质量的研究综述[J]. 张浩,刘玉德,石文天,韩冬. 表面技术. 2017(07)
[10]铁路清筛机高锰钢易损件的制备[J]. 阎治铭,阎生贡,王艺,刘恩荣,张自华. 金属热处理. 2017(03)
博士论文
[1]超声ELID复合内圆磨削ZTA纳米复相陶瓷的磨削机理[D]. 郑友益.河南理工大学 2015
[2]球轴承套圈沟道ELID成形磨削试验研究[D]. 张开飞.天津大学 2013
硕士论文
[1]基于氧化膜状态主动控制的ELID磨削及其应用研究[D]. 杨黎健.天津大学 2011
本文编号：3485703
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