硬質合金平面研磨加工砂輪的選擇及加工方法

知識 02-21

1 引言

眾所周知，產品品質是一個企業的生產生存之根本，成本及效率又是企業的生命線。企業的市場競爭更是建立在品質、成本、效率基礎之上。本文主要針對精密模具硬質合金零件的平面磨床加工製程，用一種常見且易掌握的加工方法進行分析探討。從零件最基本的平面磨床加工開始，確保模具零部件的加工品質，最後才能有機會實現整副模具、以及模具所沖裁產品的品質保證，最終達到成本降低、效率提升，效益最大化的目的。

2 硬質合金材料介紹

硬質合金是一種高強度，耐磨耗性優異的材料，是由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝製成的一種合金材料。其基本組成是WC-Co（碳化鎢），決定超硬合金組織的重要因素取決於C（碳）含量。

3 硬質合金的特點

雖然各國對硬質合金的命名各不相同，但其特點卻基本相似：高強度、受熱穩定、不易變形、耐磨耗、耐腐蝕性好，作為模具零件使用壽命比合金工具鋼高20～150倍。因此被各精密模具製造廠家廣泛使用。但缺點是：脆性大、韌性差、易崩角、不能進行切削加工，作為模具零件只能進行研磨或放電腐蝕加工。不僅如此，由於硬質合金材料對普通機床磁台不吸磁、研磨面粗度不易掌控等特性，這也給研磨加工帶來一定的困難。

4 硬質合金在模具上的應用

根據硬質合金的特性，精密冷衝壓模多用其作為模具的核心關鍵性零部件：精密凸模或凹模類。如半導體、引線框架等電子行業較普遍使用：IC封裝模、端子模、切斷模。較薄的馬達晶元模、拉伸模等模具也常用硬質合金材料。但是硬質合金材料本身及加工成本都比較高。在保證加工精度的同時，品質優良率要求也相應提升。基於硬質合金使用上的優點及製造成本和加工上的難點，根據多年的模具零件加工經驗，以下把模具硬質合金零件的平面研磨加工方法與大家分享。因為平面研磨這道工序，是模具零件加工所有工序中的基礎，這道工序的品質狀況會傳遞到零件加工的其他工序，甚至到整副模具。

5 硬質合金平面研磨具體加工精度要求及加工方法

（1）整體加工工藝分為：粗加工和精加工。粗加工六面體尺寸:圖紙基本尺寸基礎上雙邊預留0.05mm精加工餘量，工件平行、垂直度：∥、⊥≤0.005mm；精加工六面體尺寸公差為：+0.001/0～+/-0.002mm，工件平行、垂直度：//、⊥≤0.002mm，面粗糙度值Ra≤0.15 μm。

（2）砂輪的選擇：粗、精加工都要選擇使用樹脂結合劑鑽石砂輪（磨粒:金剛石）。磨削方式:沖水濕式加工。粗磨砂輪粒度：﹟150～﹟230。集中度：75。結合度：中偏高型。精加工砂輪粒度：﹟400～﹟800。集中度：75。結合度：中型，結合度與砂輪的鋒利度及壽命有關係：如果重視砂輪的鋒利度，強調加工效率，則選擇「結合度」偏低類型；如果要重視砂輪的使用壽命，則選擇「結合度」偏高的類型。

（3）砂輪的靜、動平衡校驗：目的是確保法蘭正常使用前提下，消除砂輪的跳動，確保砂輪旋轉穩定均勻損耗、加工工件面粗度均勻，避免工件加工後在表面留下跳刀紋痕迹。

a.砂輪組裝及靜平衡校驗。

砂輪的品質判斷：將砂輪片托在手上，用小銅棒輕輕敲擊砂輪轂，從聲音判斷砂粒層是否與轂粘結完好（聲音清晰則代表完好，聲音含混則說明砂粒與轂之間粘結有脫離或砂層有裂紋狀況，砂輪品質不良則會有安全隱患及加工零件的表面品質問題）然後將砂輪組裝好後進行砂輪平衡校驗。

砂輪組裝（見圖1）：先取完好砂輪片組裝到相應規格的法蘭上鎖緊。

圖1 安裝好法蘭的砂輪

將組裝好法蘭的砂輪裝到平衡軸上（注意：法蘭與平衡軸規格，見圖2）。

砂輪靜平衡調整：將組裝好的砂輪放置在「砂輪平衡校驗裝置」上（見圖2），然後用手輕輕轉動砂輪，觀察砂輪靜止過程中的狀態：根據重心向下原理，當砂輪在未進行靜平衡調整之前，其轉動逐漸靜止過程中一定是前後擺動，直至重心在最低點小幅擺動逐漸停止。然後通過調整上（見圖1）「砂輪平衡塊」來修正砂輪重心所處的位置，直至撥動砂輪時其能隨意靜止在任何位置，此時證明砂輪已經達到靜平衡狀態。

圖2 砂輪靜平衡

b.砂輪動平衡及修整。將做好靜平衡的砂輪安裝在機台主軸上鎖緊。按照圖3、圖4方法修整：圖3是藉助於主砂輪的旋轉力帶動GC（綠色碳化硅砂輪）的旋轉，通過砂輪間的速度差對砂輪進行整修及修銳。圖4是較方便、簡潔、常用的一種方法，它的缺點是容易修整過頭，以至於砂輪壽命降低。此種方法是在對砂輪整形（真圓度）的同時進行修銳，在砂輪修整前最好在砂輪的外周用油性筆進行塗色標識（避免修整過頭），讓S45、Cu、紅銅等軟鐵與之整體接觸研磨（直至油性筆標識被全部磨掉消失）。修整完成後便可以進入到工作狀態。

圖3 制動滾輪機砂輪修整法

圖4 軟鋼磨削整形-修銳法

砂輪修整參數：砂輪轉速500～1,000m/min為宜,如果採用通常作業轉速亦可；切入量：粗加工砂輪#150～#230 時，0.01～0.005mm/pass；精加工砂輪：#400～#800時0.005～0.002mm/pass，#800砂輪甚至小於0.002mm/pass，如果對零件加工加工表面要求更好一點面粗度的話；工作台運動：5～8m/min為宜，不要太快；切削液：加註工件加工切削液濕式研磨，沖水量根據在砂輪上所滯留的切削渣滓狀況來調節大小；注意事項：砂輪過渡的整形及修銳會產生塌角，粒度越細，該傾向越嚴重，因此在修正過程中要在意。

c.加工參數的選擇。

砂輪的線速度1,200～2,000m/min（砂輪的線速度m/min=砂輪外徑D×π×砂輪轉速）。

工件左右走刀速度：7～10m/min。

加工方式：沖水濕式加工，切削液最好為加工硬質合金專用型。

砂輪垂直每刀切入量：粗磨：0.025～0.03mm/pass；精加工：0.002～0.005mm/pass。

d.加工。

根據工件的高度選擇合適的夾塊，一般夾塊厚度應大於工件加工尺寸的2/3，但要小於工件加工到位尺寸。

選擇第一加工面:通常是在工件最大的兩個面中選擇。先將工件放置在平台上，用手按下工件兩端來判斷工件翹曲狀況，根據工件的翹動量來選擇一個相對較平的一面作為基準面（通常選擇凸面朝上作為第一研磨面，凹面朝下比較穩定，作為第二加工面）。凸模、凹模及卸料板在粗磨時選用#150或#230砂輪，每刀進刀量在0.01～0.015mm/pass，粗磨時冷卻要充足。粗加工結束雙面留精加工餘量0.05mm，然後用 #400～#800砂輪進行精磨，砂輪每次垂直進刀量在0.002～0.005mm/pass，研磨過程中砂輪要完全走出工件，越接近目標尺寸時進刀量則應越小，到尺寸中差時多走幾次空刀，使工件有良好的表面粗糙度。最終確保六面體的平行度與垂直度（∥、⊥≤0.002mm）。在磁台上用夾塊裝夾工件的加工方式如圖5所示。

e.加工過程中工件垂直度的簡便測法如圖6所示，工件其他尺寸數據常規測量儀器及手法，無需特殊作業。垂直度簡易測量方法：工件A、B兩端分別放在千分表上進行讀數（注意方向）。