CN104015120B - 固结磨料与游离磨料相结合的硬质合金球研磨加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种固结磨料与游离磨料相结合的硬质合金球研磨加工方法，其特征是它包粗研磨、精研磨和抛光；将硬质合金球坯放入V形槽研磨盘分别进行粗研和精研，研磨时，上、下研磨盘为蠕墨铸铁盘，使用隔离环隔离，上盘安装金刚石固结磨料研磨垫，使用去离子水做为研磨液，完成硬质合金球坯的粗研磨和精研磨；然后，把精研后的硬质合金球放入圆弧形槽抛光盘进行抛光，抛光时，上下盘都使用304不锈钢抛光盘，使用隔离环隔离，用金刚石微粉和去离子水按一定比例配置成抛光液，完成硬质合金球坯的抛光。本发明采用硬质合金为材料，使用了固结磨料和游离磨料相结合的加工方法，大大提高了对硬质合金球的加工效率和加工精度，同时能节约成本，减少对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种球体零件加工工艺，尤其是一种能快速对球类零件进行研磨抛光加工达到质量要求的加工方法，具体地说是一种固结磨料与游离磨料相结合的硬质合金球研磨加工方法。
背景技术
目前，在工业生产中，高精度的球作为一种机械基础零件，广泛应用于各种机械设备之中，例如圆度仪、陀螺、轴承等,对工业生产有很重要的影响。尤其是在轴承球大量使用的装备中，轴承球的精度直接影响球轴承的运动精度、噪声及寿命等，进而影响设备的性能。其中，硬质合金球硬度高、耐磨、抗腐蚀、抗弯曲、使用环境恶劣，应用范围极为广泛，是一种非常理想的球类零件。
现有的硬质合金球加工工艺多采用粗研、细研、半精研、精研、抛光等多道工序，从球坯到成品需要最少七天时间，加工效率很低。同时，现有的硬质合金球加工工艺多采用碳化硼等游离磨料，在加工过程中，磨料沉积效应明显，磨料浓度难以保持始终一致，而且磨料利用率低下。游离磨料加工不仅有很高的的磨料成本，而且如果游离磨料废料处理不当，会对环境造成很大污染。
固结磨料研抛是一个新的发展方向。固结磨料研抛可以大大提高研磨抛光效率，而且磨料固结镶嵌在基体中，磨料浪费少，无需对抛光液进行磨料悬浮处理，易于控制磨料组成浓度。固结磨料研抛过程中，研磨液（或抛光液）中不含磨料，加工表面容易清洗，废液处理简单，是一种绿色环保的加工技术。
发明内容
本发明的目的是针对现有的球类加工工艺复杂，加工周期长、易对环境造成影响的问题，发明一种固结磨料与游离磨料相结合的硬质合金球研磨加工方法，它具有加工精度高，加工效率高，加工成本低，对环境污染少的特点。本发明加工方法也可用于陶瓷等非硬质合金球的加工。
本发明采用以下技术方案：
一种固结磨料与游离磨料相结合的硬质合金球研磨加工方法，其特征是它包括固结磨料粗研磨、固结磨料精研磨和游离磨料抛光；
固结磨料粗研磨时，将硬质合金球坯放入下盘的研磨槽中，并为每个硬质合金球坯套上隔离环，在上盘的研磨面上安装粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫，控制金刚石固结磨料研磨垫与硬质合金球坯之间的接触压力为8~12N，研磨过程中控制下盘的转速为上盘转速的3-4倍，并控制研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度控制在20~30℃之间，连续研磨2~3小时，完成硬质合金球坯的粗研磨；
固结磨料精研磨时，将上盘上安装的粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫更换为粒度不大于7μm的金刚石固结磨料研磨垫，控制金刚石固结磨料研磨垫与硬质合金球坯之间的接触压力为为3~6N，研磨过程中控制下盘的转速为上盘转速的4-5倍，控制研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度在20~30℃之间，研磨4~5小时完成硬质合金球坯的精研磨；
游离磨料抛光时，采用不带金刚石固结磨料研磨垫的上盘作为抛光上盘，将经过精研磨的硬质合金球坯放入下盘的研磨槽中，控制抛光上盘与硬质合金球坯之间的压力为0.5~1N，使下盘转速为上盘转速的2-3倍，加入由粒度不大于0.5μm的金刚石微粉和去离子水按1:9~12比例配置而成的、pH值在8~10之间的抛光液，在20~30℃之间抛光10~12小时，即可得到满足精度要求的硬质合金球。
粗研磨和精研磨时所用的研磨液为去离子水。
所述的研磨液与抛光液的pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、四经基乙二胺、四甲基氢氧化胺中的一种或一种以上组合。
所述的下盘采用蠕墨铸铁盘、铜盘或铝合金盘并开有槽形角为45°的V形研磨槽，抛光上盘采用304不锈钢盘并开有与球坯直径相仿的圆弧抛光槽，所述的研磨槽或抛光槽所在圆的圆心与下盘圆心的偏心距为研磨槽或抛光槽所在圆的直径的12-16%。
所述研磨槽或抛光槽所在圆的直径为55mm，与下盘圆心的偏心距为8mm。
粗研磨时下盘的转速为180~200rpm，上盘的转速为50~60rpm。
精研磨时下盘转速为180~200rpm，上盘转速为40~50rpm。
抛光时下盘转速为120~150rpm，上盘转速为50~70rpm。
本发明的有益效果：
本发明的固结磨料与游离磨料组合式的硬质合金球高效高精密研抛工艺，可以用于硬质合金球、陶瓷球等难加工球类零件的加工，也可用于普通钢球、玻璃球体的加工。
本发明在研磨阶段采用固结磨料研磨可以提高球体材料去除率，大大减少加工时间，磨料利用率高，节约加工成本，能减少环境的污染；在抛光阶段使用游离磨料研磨，可以保证硬质合金球的精度达到要求。固结磨料研磨和游离磨料抛光结合，达到即提高加工效率又保证加工质量，兼顾节约成本和保护环境的效果。
附图说明
图1是本发明固结磨料粗研磨和固结磨料精研磨加工用的V形槽下研磨盘主视图。
图2是图1的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种固结磨料与游离磨料相结合的硬质合金球研磨加工方法，它包括固结磨料粗研磨、固结磨料精研磨和游离磨料抛光；其中：
固结磨料粗研磨时，将硬质合金球坯放入如图1、2所示的带有V形研磨槽的下盘1中，并为每个硬质合金球坯套上隔离环以防研磨过程中相互碰撞，在上盘的研磨面上安装粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫，控制金刚石固结磨料研磨垫与硬质合金球坯之间的接触压力为8~12N，研磨过程中控制下盘的转速为上盘转速的3-4倍，下盘的转速最好为180~200rpm，上盘的转速最好为50~60rpm，研磨过程中要控制研磨液的pH值在8~10之间（可采用氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、四经基乙二胺、四甲基氢氧化胺中的一种或一种以上组合作为调节剂进行调节），研磨液温度控制在20~30℃之间，连续研磨2~3小时，完成硬质合金球坯的粗研磨；粗研磨时上盘和下盘的材料可相同，也可不同，可采用蠕墨铸铁、铜或铝合金制作上盘或下盘。
固结磨料精研磨时，可将上盘上安装的粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫更换为粒度不大于7μm的金刚石固结磨料研磨垫，或直接将粗研磨时使用的上盘更换成安装有粒度不大于7μm的金刚石固结磨料研磨垫的上盘，控制金刚石固结磨料研磨垫与硬质合金球坯之间的接触压力为为3~6N，研磨过程中控制下盘的转速为上盘转速的4-5倍，下盘的最佳转速为180~200rpm，上盘的最佳转速为40~50rpm，控制研磨液的pH值在8~10之间（也可采用氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、四经基乙二胺、四甲基氢氧化胺中的一种或一种以上组合作为调节剂进行调节），研磨液温度在20~30℃之间，研磨4~5小时完成硬质合金球坯的精研磨；精研磨时上盘和下盘的材料可相同，也可不同，可采用蠕墨铸铁、铜或铝合金制作上盘或下盘。
游离磨料抛光时，采用不带金刚石固结磨料研磨垫的上盘作为抛光上盘（可采用304不锈钢制作），将经过精研磨的硬质合金球坯放入下盘1的研磨槽中并套上隔离环，控制抛光上盘与硬质合金球坯之间的压力为0.5~1N，使下盘转速为上盘转速的2-3倍，下盘最佳转速为120~150rpm，上盘最佳转速为50~70rpm，加入由粒度不大于0.5μm的金刚石微粉和去离子水按1:9~12比例配置而成的、pH值在8~10之间的抛光液（可采用氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、四经基乙二胺、四甲基氢氧化胺中的一种或一种以上组合）作为调节剂调节pH值，在20~30℃之间抛光10~12小时，即可得到满足精度要求的硬质合金球。此外，具体实施时抛光下盘除可采用蠕墨铸铁、铜或铝合金制作，也可采用与上盘相同的304不锈钢制造。同样地，抛光上盘除了采用304不锈钢制造制作，也可采用蠕墨铸铁、铜或铝合金制作。
为了保证粗、精研磨及抛光的质量，下盘上的研磨槽或抛光槽所在圆的圆心与下盘圆心的偏心距最好为研磨槽或抛光槽所在圆的直径的12-16%。
实例一：将100颗硬质合金球坯放入V形槽研磨盘进行研磨粗加工，此时，上研磨盘和下研磨盘为蠕墨铸铁盘，使用隔离环隔离，研磨粗加工时上盘安装粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫，每球压力为8N，研磨过程中下盘转速为180rpm，上盘转速为60rpm，研磨时间为2小时，所用研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的粗研磨；然后，对粗研后的硬质合金球坯进行精研磨，上盘安装粒度不大于7μm的金刚石固结磨料研磨垫，上、下研磨盘为蠕墨铸铁盘，每球压力为3N，研磨过程中下盘转速为180rpm，上盘转速为40rpm，研磨时间为4小时，所用研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的精研磨，经检测球度均小于1μm；最后，对精研后的硬质合金球坯进行抛光，上、下抛光盘都使用304不锈钢抛光盘，使用隔离环隔离，每球压力为0.5N，抛光过程中下盘转速为120rpm，上盘转速为50rpm，抛光时间为12小时，所用抛光液由粒度不大于0.5μm的金刚石微粉和去离子水按1:9比例配置而成，抛光液的pH值在8~10之间，抛光液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的抛光，经检测球度优于0.3μm。本实例使用的研磨槽或抛光槽所在圆的直径为55mm，与下盘圆心的偏心距为8mm。
实例二：将100颗硬质合金球坯放入V形槽研磨盘进行研磨粗加工，此时，上研磨盘和下研磨盘为蠕墨铸铁盘，使用隔离环隔离，研磨粗加工时上盘安装粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫，每球压力为12N，研磨过程中下盘转速为200rpm，上盘转速为60rpm，研磨时间为3小时，所用研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的粗研磨；然后，对粗研后的硬质合金球坯进行精研磨，上盘安装粒度不大于7μm的金刚石固结磨料研磨垫，上、下研磨盘为蠕墨铸铁盘，每球压力为6N，研磨过程中下盘转速为200rpm，上盘转速为50rpm，研磨时间为5小时，所用研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的精研磨，经检测球度均小于1μm；最后，对精研后的硬质合金球坯进行抛光，上、下抛光盘都使用304不锈钢抛光盘，使用隔离环隔离，每球压力为1N，抛光过程中下盘转速为150rpm，上盘转速为70rpm，抛光时间为10小时，所用抛光液由粒度不大于0.5μm的金刚石微粉和去离子水按1:12比例配置而成，抛光液的pH值在8~10之间，抛光液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的抛光，经检测球度优于0.31μm。本实例使用的研磨槽或抛光槽所在圆的直径为55mm，与下盘圆心的偏心距为8mm。
实例三：将100颗硬质合金球坯放入V形槽研磨盘进行研磨粗加工，此时，上研磨盘和下研磨盘为蠕墨铸铁盘，使用隔离环隔离，研磨粗加工时上盘安装粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫，每球压力为10N，研磨过程中下盘转速为190rpm，上盘转速为55rpm，研磨时间为2.5小时，所用研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的粗研磨；然后，对粗研后的硬质合金球坯进行精研磨，上盘安装粒度不大于7μm的金刚石固结磨料研磨垫，上、下研磨盘为蠕墨铸铁盘，每球压力为4.5N，研磨过程中下盘转速为200rpm，上盘转速为50rpm，研磨时间为5小时，所用研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的精研磨，经检测球度均小于1μm；最后，对精研后的硬质合金球坯进行抛光，上、下抛光盘都使用304不锈钢抛光盘，使用隔离环隔离，每球压力为0.75N，抛光过程中下盘转速为135rpm，上盘转速为60rpm，抛光时间为11小时，所用抛光液由粒度不大于0.5μm的金刚石微粉和去离子水按1:10比例配置而成，抛光液的pH值在8~10之间，抛光液温度在20~30℃之间，完成硬质合金球坯的抛光，经检测球度优于0.29μm。本实例使用的研磨槽或抛光槽所在圆的直径为55mm，与下盘圆心的偏心距为8mm。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种固结磨料与游离磨料相结合的硬质合金球研磨加工方法，其特征是它包括固结磨料粗研磨、固结磨料精研磨和和游离磨料抛光；
固结磨料粗研磨时，将硬质合金球坯放入下盘的研磨槽中，并为每个硬质合金球坯套上隔离环，在上盘的研磨面上安装粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫，控制金刚石固结磨料研磨垫与硬质合金球坯之间的接触压力为8~12N，研磨过程中控制下盘的转速为上盘转速的3-4倍，并控制研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度控制在20~30℃之间，连续研磨2~3小时，完成硬质合金球坯的粗研磨；
固结磨料精研磨时，将上盘上安装的粒度不大于14μm的金刚石固结磨料研磨垫更换为粒度不大于7μm的金刚石固结磨料研磨垫，控制金刚石固结磨料研磨垫与硬质合金球坯之间的接触压力为为3~6N，研磨过程中控制下盘的转速为上盘转速的4-5倍，控制研磨液的pH值在8~10之间，研磨液温度在20~30℃之间，研磨4~5小时完成硬质合金球坯的精研磨；
游离磨料抛光时，采用不带金刚石固结磨料研磨垫的上盘作为抛光上盘，将经过精研磨的硬质合金球坯放入下盘的研磨槽中并套上隔离环，控制抛光上盘与硬质合金球坯之间的压力为0.5~1N，使下盘转速为上盘转速的2-3倍，加入由粒度不大于0.5μm的金刚石微粉和去离子水按1:9~12比例配置而成的、pH值在8~10之间的抛光液，在20~30℃之间抛光10~12小时，即可得到满足精度要求的硬质合金球。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征是所述的研磨液与抛光液的pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、四经基乙二胺、四甲基氢氧化胺中的一种或一种以上组合。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征是所述的下盘采用蠕墨铸铁盘、铜盘或铝合金盘并开有槽形角为45°的V形研磨槽，抛光上盘采用304不锈钢盘并开有与球坯直径相仿的圆弧抛光槽，所述的研磨槽或抛光槽所在圆的圆心与下盘圆心的偏心距为研磨槽或抛光槽所在圆的直径的12-16%。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述研磨槽或抛光槽所在圆的直径为55mm，与下盘圆心的偏心距为8mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是粗研磨时下盘的转速为180~200rpm，上盘的转速为50~60rpm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是精研磨时下盘转速为180~200rpm，上盘转速为40~50rpm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是抛光时下盘转速为120~150rpm，上盘转速为50~70rpm。
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