截止2010年，我國各類型刀具市場份額中高速鋼刀具已經(jīng)低于60%，硬質(zhì)合金刀具已經(jīng)高于35%。整體硬質(zhì)合金刀具的使用性能主要由刀具設(shè)計(jì)、加工制造、整硬材質(zhì)以及刀具表面涂層處理幾方面決定，整硬刀具的加工制造主要采用磨削加工方法，磨削加工包含砂輪的選用、磨削參數(shù)的選擇、磨削液的使用等。就具體的生產(chǎn)過程而言，砂輪和磨削液相對(duì)固定，而磨削參數(shù)則隨著不同的加工對(duì)象變化，操作人員會(huì)在磨削過程中不斷進(jìn)行調(diào)整，具有很大的隨意性，磨削參數(shù)直接影響刀具的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，所以有必要對(duì)在生產(chǎn)車間如何選用磨削參數(shù)進(jìn)行探討。

1磨削硬質(zhì)合金的砂輪種類

硬質(zhì)合金是以碳化鎢、碳化鈦等金屬碳化物作為硬質(zhì)相，以鈷等金屬作為粘接劑，通過粉末冶金的方法制成，具有較高的硬度（可達(dá)HRA89-93，顯微硬度1300-1800N／mm2）、較低的導(dǎo)熱系數(shù)（16.75-79.55W／m·K）、較低的抗彎強(qiáng)度（3.0-4.5GPa）及較大的彈性磨量（540-650GPa），常溫下為硬脆性材料，表現(xiàn)出與鋼件等材料不同的磨削要求。以前硬質(zhì)合金常使用綠色碳化硅砂輪進(jìn)行磨削，但是因?yàn)樘蓟枘チＳ捕冗€不夠高（顯微硬度32000 -34000N／mm2），在磨削硬質(zhì)合金時(shí)磨粒容易磨耗鈍化，造成磨削力增大、磨削溫度過高，導(dǎo)致刀具表面形成裂紋等缺陷，同時(shí)碳化硅砂輪的脫粒過快，砂輪形狀不易保持，造成刀具尺寸不穩(wěn)定。

由于金剛石具有高硬度，磨粒切削刃鋒利，耐磨性極高，近年來金剛石砂輪已經(jīng)基本上替代了碳化硅砂輪成為磨削硬質(zhì)合金的首選。金剛石砂輪的主要特性參數(shù)有:①粒度，用來表示金剛石磨粒的平均尺寸，常用粒度有D64、D46、D35（FEPA標(biāo)準(zhǔn)）等；②濃度，指每立方厘米的磨料層中所含的金剛石的克拉數(shù)，常用濃度為C100，表示金剛石含量為4.4ct／cm3；③結(jié)合劑，常用的有金屬結(jié)合劑（M）、樹脂結(jié)合劑（B）、陶瓷結(jié)合劑（V）；④形狀，例如平形砂輪、碗型砂輪、斜邊砂輪等；⑤外形尺寸，例如某廠家的金剛石砂輪型號(hào):1A1-100T6X5-D64C10B55表示砂輪形狀為平形砂輪，直徑100，厚度6，磨粒層厚5，金剛石粒度為D64，濃度為C100，樹脂結(jié)合劑。

2磨削常見問題分析與措施

2.1 磨削裂紋

整體硬質(zhì)合金刀具在磨削過程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋，這是由于刀具表面形成了拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過刀具材料的抗拉極限時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋，文獻(xiàn)［4］指出，硬質(zhì)合金材料在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對(duì)在磨削過程中殘余應(yīng)力的形成沒有影響，所以應(yīng)從磨削過程來尋找拉應(yīng)力的來源。

磨削中磨粒與工件的接觸過程可依次分為彈性變形階段、塑性變形階段和切屑形成階段［5］。在彈性變形階段，由于整個(gè)磨削系統(tǒng)彈性變形，磨粒摩擦工件但不進(jìn)入工件表面，產(chǎn)生摩擦熱并在工件表面形成熱應(yīng)力；在塑性變形階段，磨粒逐漸刻劃進(jìn)入工件，工件材料向磨粒兩側(cè)隆起，但未形成切屑，此時(shí)除磨粒與工件表面發(fā)生摩擦外，更重要的是工件內(nèi)部發(fā)生摩擦，工件表層不僅形成熱應(yīng)力，還由于塑性變形產(chǎn)生變形應(yīng)力；在切屑形成階段，磨粒更加深入工件，工件表面除形成隆起之外還形成磨屑從磨粒前刀面流出，也形成熱應(yīng)力和變形應(yīng)力。

熱應(yīng)力在工件表面形成拉應(yīng)力，變形應(yīng)力在工件表面形成壓應(yīng)力［4］，要降低拉應(yīng)力就要設(shè)法降低磨削溫度。磨削參數(shù)對(duì)磨削溫度的影響是［5］:磨削深度ap越大，砂輪線速度Vs越高，軸向進(jìn)給量fa越小，工件速度Vw越小時(shí)，工件表面的溫度就越高，有針對(duì)性地調(diào)整磨削參數(shù)可有效降低磨削溫度。

2.2 磨削粗糙度

金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金的各項(xiàng)磨削參數(shù)對(duì)工件表面粗糙度有直接影響，文獻(xiàn)［6］通過對(duì)陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金表面粗糙度的研究得出結(jié)論，磨削參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響程度依次為:橫向進(jìn)給速度＞砂輪線速度＞磨削行程＞磨削深度。當(dāng)橫向進(jìn)給速度、磨削行程、磨削深度增大時(shí)，表面粗糙度增大；當(dāng)砂輪線速度增大時(shí)，表面粗糙度降低，因?yàn)楫?dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，砂輪線速度增大使單位時(shí)間內(nèi)參與磨削的磨粒數(shù)量增加，每顆磨粒去除的材料減小，產(chǎn)生的劃痕、隆起等也較小。

2.3 磨削效率

磨削效率可用每分鐘磨除量QZ來表示，QZ＝1000VWfaap（mm3／min），可見磨削效率與砂輪線速度無關(guān)，而與工件速度、軸向進(jìn)給速度以及磨削深度成正比。在QZ相同的情況下，加大砂輪線速度可降低工件表面粗糙度，在同樣的粗糙度要求下，增加砂輪線速度可提高工件速度、軸向進(jìn)給速度以及磨削深度，從而提高QZ。

2.4 砂輪消耗

在磨削硬質(zhì)合金的過程中，金剛石砂輪會(huì)逐漸磨損，其形式有磨粒磨耗、磨粒破碎和磨粒脫落［5，7］。磨粒在工作過程中因受到機(jī)械摩擦作用、粘接作用、擴(kuò)散和化學(xué)作用而產(chǎn)生磨損，金剛石砂輪在磨削Al2O3工程陶瓷材料時(shí)，磨粒將發(fā)生磨耗磨損而形成反光的小平面。隨著磨損小平面的增大，磨粒受到的力也逐漸增大，部分磨粒出現(xiàn)局部破碎的情況，該破碎為解理破壞，是沿著金剛石晶粒中化學(xué)鍵強(qiáng)度最弱的方位面產(chǎn)生的。磨粒局部解理破碎會(huì)形成新的切削刃，也是砂輪自勵(lì)的一個(gè)重要途徑。隨著磨粒及其周圍結(jié)合劑的逐漸磨損，結(jié)合劑橋截面逐漸縮小，對(duì)磨粒的把持力也逐漸降低，當(dāng)磨粒受到的磨削力超過把持力時(shí)磨粒就會(huì)脫落，脫落后該位置的結(jié)合劑會(huì)迅速磨損掉，從而露出下層的新磨粒參加磨削，該過程為砂輪自勵(lì)的另一個(gè)重要途徑。

Al2O3工程陶瓷材料與硬質(zhì)合金的機(jī)械性能相近，同屬脆硬性材料，所以上述過程也應(yīng)該適用于金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金。磨粒磨耗、磨粒破碎和磨粒脫落三種砂輪磨損方式中哪一種起主導(dǎo)作用，與結(jié)合劑、砂輪硬度、工件材料、加工條件以及磨削參數(shù)有關(guān)。其他條件不變時(shí)，砂輪線速度越大，每個(gè)磨粒的磨削深度越小、受到的磨削力也越小，雖然磨?？偟哪ハ餍谐淘黾?，但是因?yàn)榻饎偸チ＞哂蟹浅８叩哪湍バ?，所以磨粒的壽命?huì)顯著增加。當(dāng)磨削深度增加時(shí)，磨粒每次磨屑的形成會(huì)增加，產(chǎn)生的磨屑堆積在磨粒前部空隙處，對(duì)結(jié)合劑產(chǎn)生侵蝕，同時(shí)增加了磨粒的受力，會(huì)加大磨粒脫落的可能性。當(dāng)進(jìn)給速度或者工件轉(zhuǎn)速增加時(shí)，磨粒所切削的未變形切屑最大厚度增加，導(dǎo)致磨粒的受力增大，可能直接把磨粒從結(jié)合劑中“蹦出來”。可以看出，大的砂輪線速度、小的磨削深度以及進(jìn)給速度有利于延長砂輪壽命、降低砂輪的自銳性能，當(dāng)砂輪鈍化后需要進(jìn)行修整修銳等操作，修整時(shí)會(huì)去除大量的磨粒，反而會(huì)加大砂輪的消耗，同時(shí)低進(jìn)給速度和磨削深度也會(huì)降低磨削效率，所以不能一味地追求高線速度和低進(jìn)給速度，而是需要合理選擇上述參數(shù)。