2024年5月14日发(作者：e2160配什么主板)

２０１０年ｏ６月第３期　

第３０卷总第１７７期　

金刚石与磨料磨具工程　

Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ｊｕｎｅ　２０１０　

Ｎｏ．３　Ｖｏ１．３０　Ｓｅｒｉａｌ　１７７　

文章编号：１００６—８５２Ｘ（２０１０）０３—０００６—０４　

Ｗ—Ｍｏ合金精密镜面加工工艺的实验研究　

关佳亮　肖小华　吴衍才　孙志杰　舒行军　

（１．北京工业大学机电学院，北京１００１２４）　

（２．中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，绵阳６２１９００）　

摘要为了研究ｗ—Ｍ０合金材料精密加工的新途径，采用在线电解修整（ＥＬＩＤ）精密磨削和超精密研抛　

技术，对其进行了精密镜面加工实验，分析了此材料超精密镜面表面的形成机理。通过ＥＬＩＤ磨削加工得　

到了表面粗糙度　。０．０２０　ｉｘｍ加工表面，再以研抛压力为０．１～０．３　Ｎ／ｃｍ　，转速为６０～１００　ｒ／ｍｉｎ等优化　

研抛参数进行研抛加工，获得了表面粗糙度为Ｒ　０．０１２　ｍ精密镜面加工表面。实验表明：ＥＬＩＤ精密磨　

削加工是保证工件表面质量的基础，超精密机械研抛时研抛压力及转速等参数对工件表面质量起主要影　

响作用。　

关键词　Ｗ—Ｍｏ合金；ＥＬＩＤ磨削；精密研抛；表面粗糙度　

中图分类号ＴＧ５８　文献标识码Ａ　ＤＯＩ编码１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５２Ｘ．２０１０．０３．００２　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｍｉｒｒｏｒ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｗ——ｎｏ　ａｌｌｏｙ　

Ｇｕａｎ　Ｊｉａｌｉａｎｇ　Ｘｉａｏ　Ｘｉａｏｈｕａ　Ｗｕ　Ｙａｎｃａｉ　Ｓｕｎ　Ｚｈｉｊｉｅ　Ｓｈｕ　Ｘｉｎｇｊｕｎ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　

Ｂｅ　ｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅ　ｎｇ　１００１２４，Ｃｈｉｎａ　

（２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣＡＥＰ，Ｍｉａｎｙａｎｇ　６２１９００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ａ　ｎｅｗ　ｗａｙ　ｆｏｒ　ｍｉｒｒｏｒ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｏｆ　Ｗ—Ｍｏ　ａｌｌｏｙ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ａｎｄ　

ｕｌｔｒａ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｌａｐｐｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ　ｉｎ－ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｒｅｓｓｉｎｇ（ＥＬＩＤ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．　

Ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｒｒｏｒ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｗ—Ｍｏ　ａｌｌｏｙ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　ｏｆ　

Ｒ　０．０２０ｔｘｍ　ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｆｔｅｒ　ＥＬＩＤ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ．Ｔｈｅｎ，ａｔ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｌａｐｐｉｎｇ　

ｐｒｅｓｓｕｒｅ　０．１～０．３　Ｎ／ｃｍ　ａｎｄ　ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｓｐｅｅｄ　６０～１　００　ｒ／ｍｉｎ，ａ　ｍｉｒｒｏｒ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　ｏｆ　

Ｒ　０．０　１　２　ｍ　ｗａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｈｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ＥＬＩＤ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ，　

ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌａｐｐｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｓｐｅｅｄ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｕｌｔｒａ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　

ｌａｐｐｉｎｇ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｗ——Ｍｏ　ａｌｌｏｙ；ＥＬＩＤ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｌａｐｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　

０前言　

Ｗ—Ｍｏ合金以其强度高，耐高温和腐蚀性强等特　

点，被应用于航空、军工等行业的同时，也因其材料特　

性导致其很难实现对其进行超精密镜面加工。采用传　

统的工艺如车削、铣削及磨削等加工方式，所形成的加　

工表面常残留着加工痕迹，表面易烧伤，质量难以保　

证　。本文采用在线电解修整（ＥＬＩＤ）磨削和传统　

国家自然科学基金委员会一中国工程物理研究院联合基金资助项目（１０６７６００１）　

第３期　关佳亮等：ｗ—Ｍｏ合金精密镜面加工工艺的实验研究　７　

的机械研抛技术，实现对Ｗ—Ｍｏ合金精密镜面加工，　

的方式对工件表面进行抛光去除¨　，使加工面光洁度　

得到充分提高。在此基础上，研抛液中的添加剂在被　

加工表面形成一层附着膜，随着工件表面平整化的进一　

步提高，磨粒尺寸的进一步减小和均匀化，磨粒与附着膜　

融为一体，形成平整Ｉ生、柔韧性和均匀性都很好的抛光膜　

对表面进行柔性抛光去除，随着新表面和新附着膜的交　

获得了粗糙度Ｒ。０．０１２　ｍ的ｗ—Ｍ０合金加工表面。　

１　Ｗ—Ｍｏ合金磨削加工特性　

ｗ—Ｍ０合金属于高温合金　Ｊ，化学成分主要是ｗ，　

Ｍｏ和Ｆｅ等元素，磨削加工困难，其主要磨削特点如下：　

（１）磨削力大Ｗ—Ｍｏ合金磨削产生的磨削力比　

普通钢料的磨削力大得多，主要是材料中Ｆｅ、Ｍｏ等高　

替生成和去除，被加工表面质量也越来越好，从而达到较　

熔点元素构成了奥氏体合金，使其塑性好；同时含有大　

低的表面粗糙度　Ｊ。其研抛加工示意图如图ｌ。　

量的金属间隙相　”相和　相等。因此使切削过程中　

塑性变形大，切削变形功增大，因而磨削阻力大。　

（２）磨削温度高磨粒顶部表面在磨削时极易与　

高温合金粘附，摩擦系数增大，又因材料的热导率低，　

导致磨削区域的温度比普通钢料要高。　

（３）砂轮易粘附堵塞在高的磨削力和磨削温度　

下，磨削时砂轮磨粒磨损较严重，而且磨屑易粘附在砂　

轮上，使磨粒失去磨削作用。　

（４）磨削表面质量不易保证由于以上几点因素　

和砂轮极易钝化等原因，使得高温合金的磨削表面应　

力较大，易烧伤、龟裂，表面完整性较难保证。　

２；￣ｎ－ｒ基本原理　

本加工方法结合了在线电解修整（ＥＬＩＤ）精密磨　

削和超精密研磨抛光技术¨　特点于一体，针对Ｗ—Ｍｏ　

合金强度高和硬度高的特点，首先采用ＥＬＩＤ磨削对　

其进行粗、半精、精密加工；然后再针对其韧性好，断屑　

难，精密磨削中砂轮容易被堵塞，无法排屑，微量磨削　

去除难以实现，工件表面容易烧伤，不能实现对其表面　

的精密超精密磨削加工。因此必须采用精密研磨抛光　

技术对其进行超精密加工。在研抛加工过程中，根据　

钨钼合金的特点，通过调整研抛液成分，优化研抛参数　

实现对其超精密镜面加工。因ＥＬＩＤ磨削原理　在多　

篇文章中已有介绍，现主要介绍研抛机理。　

Ｗ—Ｍｏ合金的超精密镜面加工中，选用不同材质　

的软垫固定于铁质研磨盘上，作为研抛盘。在一定压　

力和转速条件下，通过在研抛盘与被加工件之间添加　

特制的研抛液来实现对Ｗ—Ｍｏ合金表面的超精密镜　

面加工。在加工初期，被加工件材料的去除是以研磨　

去除形式为主，磨粒以滑动和滚动的方式对工件表面　

进行犁耕和刮擦去除；同时在适当的压力作用下，磨粒　

发生破碎、磨钝，数量变多，尺寸变小，棱角变钝，切削　

作用逐渐变小，此时在加工过程中研抛盘主要以摩擦　

磨料　

软垫　

研抛盘　

图１研抛加工示意图　

３　Ｗ—Ｍｏ合金超精密加工条件　

３．Ｉ实验条件及工艺参数　

Ｗ—Ｍｏ合金的化学成分及力学性能如表１，加工　

实验中使用的设备和工艺参数见表２、表３和表４。　

表ｌ　Ｗ—Ｍｏ合金的化学成分及力学性能　

ＭＳＧ一６１２ＣＮＣ—ＦＡ磨床（改装）　

铸铁结合剂金刚石砂轮（Ｗ３６、Ｗ１０、Ｗ５、ＷＩ．５）Ｉｓ］　

特种直流脉冲电源　

专用磨削液［。］　

加工设备　变频调速光学二轴抛光机　

研研抛垫　细毛毡或棉布　

抛　研抛液白刚玉（粒度ｗ１）＋４０倍煤油＋少量动物　

条　Ｉ　油和植物油　

件研抛液　

研抛液金刚石（粒度ＷＯ．５）＋４５倍煤油＋润滑油　

Ⅱ　脂和植物油　

测量设备　哈量２２０５表面粗糙度测量仪　

ｎ帕

机

床

砂

轮

８　金刚石与磨料磨具工程　总第１７７期　

表３研抛工艺参数　

黼　加　一　一　

工序　

精磨　

砂轮线速度／（ｍ／ｓ）　

磨　精　半　加　加　卜　

１５～１８　

ｍ　：２一　　一　

雕　

径向进给量／（ｐ．ｍ／ｓｔｒ）　

Ｏ．１　

削　

工轴向进给量／（ｍｍ／ｓｔｒ）　

Ｏ．１　

艺工件速度／（ｍｍ／ｓ）　

５～１０　

参　

数光磨次数　

电解电压／Ｖ　

３０　

电解间隙／ｍｍ　

３．２加工实验效果　

在以上条件下对ｗ—Ｍｏ合金样件进行ＥＬＩＤ　

磨削时，优化得到表４中的磨削工艺参数。先用　

Ｗ３６铸铁结合剂金刚石砂轮粗磨，再用Ｗ１０砂轮　

半精磨，最后用Ｗ５砂轮精磨，得到样件表面粗糙　

度Ｒ　０．０２０　ｍ，如图２。　

由于钨钼合金材料韧性强，不易断屑，砂轮更易堵　

塞，磨削力大，磨削温度高，因此采用粒度更低（Ｗ１．５）　

的砂轮对其进行磨削时，表面容易烧伤，表面粗糙度更　

高为Ｒ　０．０３２　ｍ（图２）。因此必须通过超精密研抛　

来进一步提高表面精度，经过大量研抛实验，得到了表　

３所示研抛参数，使用研抛液Ⅱ获得工件表面粗糙度　

Ｒ。０．０１２　ｍ。其加工效果及表面测量情况，如图３。　

３．３　Ｗ—Ｍｏ合金超精密镜面表面的形成机理分析　

加工实验表明：ＥＬＩＤ磨削时机床的状态和砂轮表　

面钝化膜的质量与工件表面质量密切相关　；通过　

ＥＬＩＤ磨削得到了表面质量较高的精密镜面加工表面，　

为下一步超精密研抛加工打下了良好基础。超精密研　

抛时工件表面粗糙度与磨料特性、研抛压力、转速以及　

运动轨迹等密切相关，其中研抛液、研抛压力及转速对　

表面精度影响较大，起主要作用。　

３．３．１　研抛液在超精密镜面表面成形过程中的作用　

采用研抛液Ｉ对经ＥＬＩＤ精密磨削后的Ｗ—Ｍｏ　

合金进行超精密研抛加工后，得到的测量结果如图４，　

得到实验数据如表５。　

一　

一　

Ｗ５砂轮ＥＬＩＤ磨削效果图　

Ｗ５砂轮测量结果　

Ｗ１．５砂轮测量结果　

图２　ＥＬＩＤ磨削效果及测量结果　

图３研抛效果及测量结果　

∞　

第３期　关佳亮等：Ｗ—Ｎｏ合金精密镜面加工工艺的实验研究　

表５研抛液Ｉ研抛实验数据　

９　

工工艺的实验研究，得出以下结论：　

（１）采用ＥＬＩＤ磨削超精密加工方法可实现对ｗ　

—

Ｍｏ合金材料的超精密镜面加工，获得表面粗糙度为　

（２）在对Ｗ—Ｍｏ合金进行超精密机械研抛加　

Ｒ　０．０２０　ｍ加工表面；　

工过程中，选用研抛液Ⅱ，研抛面正压力为０．１～０。３　

Ｎ／ｃｍ　，研抛盘转速在６０—１００　ｒ／ｍｉｎ范围内，在样件　

与研抛盘的偏心距为４５　ＩＴＩＩＴＩ左右的旋摆运动轨迹下，　

磨粒对被加工表面的碾压作用最好，获得表面粗糙度　

Ｒ　０．０１２　ｍ超精密加工表面；　

（３）研抛加工时，磨料粒度和毛毡的弹性模量决　

定了颗粒作用于被加工表面压力和去除力的大小，磨　

图４研抛液Ｉ研抛后的测量结果　

粒作用于被加工表面的正压力随其粒度的增大而增　

大，随着研抛盘弹性模量的增大而增大。　

通过对研抛实验过程和结果（图３和图４）的分析　

可知，在其他条件不变的情况下，研抛液对工件表面粗　

糙度有很大的影响。研抛液中磨料粒度和研抛盘上毛　

参考文献　

［１］姜学文著．超精研抛技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９８８　

［２］任敬心等编著．难加工材料的磨削［Ｍ］．北京：国防工业出版社，　

１９９９　

毡的弹性模量决定了每个颗粒所担负的压力大小，磨　

粒作用于被加工表面的正压力随其粒度的增大而增　

大，随着研抛盘弹性模量的增大而增大。通过调整毛　

毡的厚度和研抛盘的转速，使磨钝后均匀化的磨粒嵌　

在毛毡中而不完全自由滑动，对被加工表面进行碾压　

［３］关佳亮，于新爱，杨朝旭．Ｈ６２黄铜精密镜面抛光工艺的实验研究　

［Ｊ］．金刚石与磨料磨具工程，２００６，１５５（５）：９７—９８　

［４］舒行军，何建国等．Ｔａ—ｗ合金的化学机械抛光实验研究［Ｊ］．精　

密制造与自动化，２００６，ｌ６６（２）：２８—３０　

和抛光作用，可获得超精密镜面加工表面。　

３．３．２研抛压力及研抛盘转速在超精密镜面表面成　

形过程中的作用　

［５］　江焱，刘玉岭，李成珍．ｗ—Ｍｏ合金表面超精密加工的ＣＭＰ技术　

研究［Ｊ］．显微、测量、微细加工技术与设备，２００８，４５（９）：５４２～　

５４６　

研抛压力和研抛盘转速与材料的去除量关系密　

切，随着压力和转速的增大，材料去除量不断增加，表　

［６］关佳亮，刘本东等．ＨＲ一１抗氢不锈钢精密镜面磨削的实验研究　

［Ｊ］．北京工业大学学报，２００５，３１（增刊）：１７一ｌ９　

［７］　关佳亮，郭东明等．ＥＬＩＤ镜面磨削技术一金属结合剂砂轮的研制　

面质量却变差，甚至出现麻点或凹坑。随着加工进行，　

凹坑被逐渐去除，这主要是因为：　

［Ｊ］．制造技术与机床，２００１（３）：２５—２７　

［８］关佳亮，袁哲俊，张飞虎．精密ＥＬＩＤ镜面磨削用新磨削液的研制　

［Ｊ］．金刚石与磨料磨具工程，２０００，１１６（２）：４ｏ一４１　

［９］关佳亮，郭东明，袁哲俊．ＥＬＩＤ镜面磨削中砂轮生成氧化膜特性　

及其作用的研究［Ｊ］．机械工程学报，２０００，３６（５）：８９—９２　

（１）当接触面的压力超过０．３　Ｎ／ｃｍ　和转速超　

过１００　ｒ／ｍｉｎ时，样件研抛面所受正压力超过了表面　

耐压极限，比Ｗ—Ｍｏ合金硬度高的磨料颗粒嵌入了　

样件表面，使得其表面出现形状不规则、大小不一致　

的凹坑。　

作者简介　

（２）当压力在０．１～０．３　Ｎ／ｃｍ　，转速在６０—１００　

关佳亮，男，副教授，博士。主要从事超硬、硬脆、复合材料等难　

加工材料的精密超精密镜面磨削加工技术研究。　

Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｊｌ１４０＠１６３．ｃｏｍ　

（修回日期：２０１０～０３—１６）　

ｒ／ｍｉｎ范围内时，随着加工的进行，被逐渐磨钝和细化　

的磨粒，对被加工表面的进行了很好的碾压作用，从而　

容易形成良好的加工表面。　

４　结论　

通过对Ｗ—Ｍｏ合金材料进行精密超精密镜面加　

（编辑：张慧）