皆さん、こんにちは、毎週、超微細超硬合金の表面研削に関する新素材です。これを読むにはおそらく約15分かかります

この記事の要約:超微粒超硬合金の研削実験は、ダイヤモンド砥石を備えた平面研削盤で行われました。研削表面の形態は走査型電子顕微鏡で観察し、表面粗さは表面粗さ試験機で測定した。超微細超硬合金研削の表面粗さに及ぼす研削パラメータの影響を分析した。結果は、超微細超硬合金の研削表面粗さが、同じ切削深さでの砥石サイズの増加とともに増加することを示しています。同じ粒度の砥石で研削した場合、切込みが深くなるほど超硬超硬研削の表面粗さが大きくなります。切削深さが一定の値に達すると、表面粗さが徐々に減少します。

前書き

WC-Co超硬合金は従来の工具材料です。近年、切削技術の継続的な発展により、工具材料の強度、硬度、耐摩耗性に対する要求はますます高まっています。超微細超硬合金(WC粒径0.1〜0.6 um)は、従来の構造超硬合金と比較して、強度、硬度、耐摩耗性が高く、工具製造業界で広く使用されています。

研削パラメーター

超硬工具を製造する主な方法は、ダイヤモンド砥石による研削です。多くの研究により、研削面の粗さが超硬合金工具の切削性能と耐用年数に重要な影響を与えることが示されています。これまで、国内外の超硬合金の研削研究は、伝統的な構造の超硬合金研削プロセスと表面品質管理の改善に焦点を当てていますが、超微細超硬合金の研削プロセス、特に研削表面粗さはほとんど研究されていません。したがって、研削実験を通じて、超微粒超硬合金研削の表面粗さに及ぼす砥石サイズと切削深さの影響が、最適化の基礎を提供するために、走査型電子顕微鏡(SEM)と表面粗さテスターによって議論されます超微粒超硬合金の研削プロセスの研究。

試験材料と方法

試験材料

試験材料は、HIP技術で焼結された超微粒子WC-Co超硬合金です。サンプルサイズは10 mm x 10 mm x 10 mmです。化学組成と機械的特性を表1に示します。

表1試験材料の化学組成と機械的特性

研削パラメーター

サンプルを精密フラットクランプで固定し、平面グラインダーモデルM7120で研磨しました。使用した砥石は、外径250mm、幅25mm、ダイヤモンド層厚8mmのレジンボンドダイヤモンド平砥石です。クーラントは水と乳化したオイルの混合物です。実験的な粉砕パラメーターを表2に示す。

研削パラメーター

粉砕試験後、サンプルを超音波洗浄機で無水アセトンで30分間洗浄し、熱風で乾燥させました。後方反射検出器を備えた走査型電子顕微鏡を使用して、サンプルの研削表面の形態を観察しました。試料の研削面粗さは、表面粗さ計を用いて研削方向に垂直な方向に沿って測定した。サンプリングステップは0.25mm、評価長さはステップの4倍。各サンプルを6回測定し、結果を平均しました。

テスト結果

図1は、同じ切込み(ap = 10 um)での砥石サイズによる研削面粗さの変化を示しています。グラフから、同じ切込みでも砥石サイズが大きくなるほど、研削面粗さが大きくなることがわかります。しかし、砥石の粒径が表面粗さに与える影響は異なります。 150 #砥石と比較して、280 #砥石を使用すると、W20砥石を使用すると表面粗さの変化が小さく、表面粗さの変化が大きくなります。図2は、同じ砥石(150 #)で研削した場合の、切込み深さAPによる表面粗さの変化を示しています。グラフから、APが15ミクロン未満の場合、APの増加に伴って研削面の粗さがほぼ直線的に増加することがわかります。しかし、AP> 15 umの場合、せん断深さの増加に伴って研削表面粗さが徐々に減少します。これは、従来の構造の超硬合金の研削試験結果とは明らかに異なります。

研削パラメーター

表面粗さは、研削表面の形態を直接反映したものです。超微細超硬合金の研削面粗さに影響を与える上記のパラメータの原因を分析するために、研削サンプルの表面形態を、後方反射電子検出器を備えたSEMで観察しました。図3は、同じ切削深さで異なるダイヤモンド砥石を使用して研削したサンプルの研削面の形態の後方反射電子画像を示しています。図からわかるように、W20砥石で研削された超硬合金の表面の研削痕は狭くて浅く、底面と側面は滑らかで、両側の隆起は非常に小さくなっています(図3aを参照)。 # 280砥石で研削した後、研削面にクラックが発生します。研削痕は幅が広く、底と側面は粗く、鱗状の破砕構造をしています(図3bを参照)。 150 #砥石で研削した後、研削面の研削マークの深さは比較的浅くなっていますが、研削屑と破壊構造が多く(図3cを参照)、明らかに脆性破壊特性を示しています。

分析と議論

研削は、砥石の表面にランダムに配置された多数の高硬度砥粒によって行われます。各砥粒は、おおよそ小さなカッターと見なすことができます。研削面は、研削された材料の表面にあるこれらの多数の不規則な切削マイクロエッジの相対運動によって形成されます。したがって、研削砥石のサイズ、研削深さ、および研削材の機械的特性は、必然的に研削表面の形態に影響を与え、次に研削表面の粗さに影響を与えます。

テストの前に、各砥石に同じドレッシング方法と材料を使用しているため、鋭いダイヤモンド砥粒を円錐に単純化できます。同時に、研削盤システムの高い剛性と研削液の冷却効果により、研削中にサンプルと接触するダイヤモンド砥石の熱変形を無視でき、実際の切削深さを砥石の切り込み深さを設定します。そして、平面研削の過程において、砥石によるラジアル研削力Fpと、単一砥粒の最大切削厚Hmは、それぞれ式(1)と式(2)により求めることができる。

研削パラメーター

式では、CFは粉砕される材料のタイプに関連する定数です。 Vwはワークピースの速度、m / minです。 Vcは砥石の速度、m / sです。 Bは研削幅mmです。シータは砥粒のコーントップの半角です。 APは設定された切削深さ、ミクロンです。 FAは軸送り、mmです。 mは砥石の単位面積あたりの砥粒の有効数です。 Dは砥石の直径、mmです。

超硬合金やセラミックスなどの硬くて脆い材料の除去メカニズムには、通常、非弾性変形除去、脆性除去、材料の粉化などがあります。研削中の研削面の力状態に依存します。砥粒の下の研削材表面の垂直荷重が材料の亀裂の臨界値より低い場合、研削、すべり、耕起および切りくず形成などの非弾性変形によって研削材が除去されます。研削面の垂直荷重が、材料の亀裂が発生する臨界垂直荷重を超えると、研削亀裂が核となり、徐々に研削面に広がり、剥離や断片化などの脆弱な手段によって材料が除去されます。材料のより硬い相は、通常の大きな負荷で粉末化されます。低硬度結合相は、粉末状の硬質相の表面にコーティングされ、硬質相の破片で部分的に除去されます。

超硬合金の研削プロセスでは、亀裂や破片によって生成される臨界垂直荷重は次のように表すことができます

研削パラメーター

この式では、lambdaは包括的な定数lambda_2 * 105です。 Hは材料の硬度です。 Kcは破壊靭性です。式(1)は、ホイール速度、ワークピース速度、研削幅、軸送りと同じ研削条件下で、研削材表面の垂直研削力Fpが切削深さに比例し、apの増加に伴って直線的に増加することを示しています;式(2)は、単一の研磨粒子の最大の切断が達成されることを示している。厚さはAPの増加とともに増加し、有効研磨数Mの増加とともに減少します。

この実験では、同じ切削深さ(つまり、同じFp)で、ダイヤモンド砥石の粒子サイズが異なるため、単一の研磨材が研削材の表面に及ぼす垂直荷重も異なります。多数の効果的な研磨剤があるため、単一の研磨剤が研磨面に及ぼす通常の負荷は小さいです。したがって、超微細超硬合金をW20砥石で研削した場合、その除去モードは主に非弾性変形です。同時に、多数の有効な砥粒により、単一の砥粒の最大切削厚さHmは比較的小さく、研削面で発生する摩擦とプラウはわずかであるため、研削面には狭くて浅い研削痕があります。隆起が小さく(図3aを参照)、表面粗さが低い。砥石のサイズが大きくなると、有効な砥粒の数が減少し、単一の砥粒が研削面に及ぼす垂直荷重が増加します。負荷が超微細超硬合金材料の亀裂破片の臨界正常負荷よりも大きい場合、亀裂と亀裂が研削面に現れ始めます(図3bを参照)。砥石のサイズが大きくなると、ひび割れの程度はさらに深刻になります(図3cを参照)。材料除去の主な方法は、もろい除去です。すべり摩擦やわずかなすきに比べて、クラックやクラックは研削面の粗さを大きく劣化させ、表面粗さの測定値に反映されます。砥石サイズが大きくなると、研削面の粗さが減少します(図1参照)。 W20砥石で研削した場合、研削面の表面粗さが大きく変化するのは、材料除去方法の違いにより正確です。

同一の砥石で異なる切込み深さで研削する場合、切込み深さが大きいほど砥石の通常の研削力Fpが大きくなり、単一の砥粒が多いほど研削面の垂直荷重が大きくなるため、超微細超硬合金の研削面の材料除去モードが変わります。切削深さAPが5ミクロン未満の場合、単一の砥粒が研削面に及ぼす垂直荷重は小さくなります。研削中の材料除去モードは、主に非弾性変形で耕起します。これにより、表面に深い研削マークが生成され、両側で隆起が高くなります。 AP(> 10 um)の場合、材料除去モードは徐々に脆性除去モードに変化し、表面に亀裂や亀裂が発生します。これは、切り込み深さの増加とともにますます深刻になるため、研削面の粗さは切削深さの増加。ただし、APが15ミクロンを超えると、超微細超硬合金研削の表面材料が粉になり、Co相で均一に汚れ始め、研削面の粗さの値は徐々に減少します(図1を参照)。

式(3)によれば、超硬合金の研削亀裂核生成の臨界垂直荷重は、材料自体の物理的および機械的特性に関連しています。破壊靭性が高いほど、または材料の硬度が低いほど、研削面の亀裂の臨界垂直荷重Pcは大きくなります。 WC粒径が大きい従来の超硬合金に比べて、超微細超硬合金は硬度が高く、破壊靭性が低く、粉砕工程でのPcがはるかに小さくなります。同じ研削条件下で、超微細超硬合金の研削面は、粉末を生成しやすくなります。したがって、切り込み深さが一定の値に達すると、研削面の粗さが徐々に減少し、研削プロセスではPcがはるかに小さくなります。同じ粉砕条件下で、超微細超硬合金の粉砕表面は粉末を生成しやすくなります。したがって、切り込み量がある値に達すると、研削面の粗さが徐々に減少します。

おわりに

(1)同じ切込み深さでは、超微粒超硬合金の研削面粗さは、砥石サイズの増加に伴い増加します。細かいダイヤモンド砥石で研削すると表面粗さが低くなります。

(2)同じ大きさの砥石で研削した場合、切り込み量が増えると超微粒超硬合金の表面粗さが大きくなります。切削深さが一定の値に達すると、研削面の粗さが徐々に減少します。

(3)超微細超硬合金研削の表面粗さに対する研削パラメータの影響は、研削中の材料除去方法の違いに起因する可能性があります。

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