珩磨条的组织形貌及材质分析_刘杨

家电科技66Technology技术珩磨条的组织形貌及材质分析刘杨 刘春慧(上海日立电器有限公司技术研究部 上海 201206)1 引言空调的核心技术主要集中在压缩机上，压缩机被誉为空调器的心脏。

而作为压缩机六大部品的上缸盖的加工质量，对整体压缩机性能提高也具有举足轻重的地位。

上缸盖设有主轴承，用来支承曲轴的旋转运动。

其内孔与曲轴构成摩擦副，对于滚动转子压缩机，在曲轴一转内，轴承荷载变化较大，在某些转角，其油膜厚度很小，轴承润滑状态除流体动压润滑外，还会出现混合润滑和边界润滑。

这就要求轴承不但要求足够的强度和刚度，而且还要有高的尺寸精度和行为公差以及较低的表面粗糙度[1]。

而对于我司，正是珩磨应用于各个系列上缸盖的内孔加工当中。

作为珩磨工艺中重要组成部分的珩磨条直接承担着珩磨加工任务，对加工效率及质量有至关重要的影响。

珩磨条微观结构采用日本日立S3400扫描电镜和HORIBA 能谱仪得到。

3D 显微镜形貌由HIROX 三维视频显微镜获取。

2 珩磨原理简介近年来珩磨加工已发展成为一种材料去除量大、切削效率高的内孔精加工工艺。

是以固结磨粒压力进给的进行切削的光整加工方法。

它不仅可以降低加工表面的粗糙度，而且在一珩磨条不产生剥落现象，也不容易堵塞，使用寿命长，性价比高。

一般珩磨高硬度和韧性的材料，超硬珩磨条比普通珩磨条的珩磨效率提高3～75倍，对一般材料的珩磨效率也可提高10倍左右。

3 国产珩磨条同进口珩磨条对比整个珩磨工艺，对珩磨条的要求极高。

之前在我司上缸盖内径精珩过程中一直采用进口珩磨条。

但现在进口珩磨条价格为国产珩磨条的三倍左右，为了降低成本，有必要进行珩磨条国产化的尝试。

经试验，国产珩磨条加工寿命要略高于进口珩磨条，但在稳定性方面稍逊一筹。

为究其原因，对两种珩磨条进行了如下分析：样品如表1所示，图1为三支我司上缸盖珩磨条，宏观上观察形貌相似。

进口珩磨条在使用过后没有发生明显的变化，但国产的珩磨条在使用过后颜色泛黄。

3.1 3D显微镜分析全新的1#进口珩磨条因为没有使用过，所以表面光洁度较好。

而使用过后，表面形成了许多条有规律的划痕。

划痕之间的夹角稳定在30°左右。

划痕一般都是从黑色的磨料开始，由深到浅，最后渐渐消失。

而使用过的珩磨条，表面划痕较为杂乱，划痕有深有浅，划痕间的夹角也不稳定。

见图2。

3.2 表面形貌分析如图3所示，全新的进口珩磨条，表面组织致密，自然裸露的磨料并不多见。

在使用过后，其表面出现较多规则的划痕，划痕之间平行度保持较好。

而国产珩磨条，表面磨痕杂乱，磨料小而密。

这可能是由于国产珩磨条粘摘要：本文分析了我司常用金刚石珩磨条的表面形貌及组织成分，对比了进口、国产珩磨条的微观组织，解释了不同种类结合剂的金刚石珩磨条磨削性能和耐磨性不尽相同的原因。

并认为提高珩磨条磨削效率与寿命就需要控制结合剂对磨料的把持力，而结合剂和金刚石磨粒的相对磨损速度与保持金刚石珩磨条的磨削性能以及耐磨性有关。

本文分析结果在揭示珩磨条的磨削性能的基础上，为日后珩磨条的选择、识别提供必要的帮助。

关键词：金刚石珩磨条；表面形貌；组织成分定条件下还可以提高工件的尺寸和形状精度。

珩磨加工主要应用在内孔表面，但也可以对外圆、平面、球面或齿形表面进行加工。

珩磨时，有切削、摩擦、压光金属的过程，可以认为是磨削加工的一种特殊形式，只是珩磨所用的磨具是由几根粒度很细的珩磨条组成的珩磨杆。

珩磨加工时工件固定不动，珩磨杆与机床主轴浮动连接，在一定压力下通过珩磨杆与工件表面的相对运动，从而从加工表面上切除一层极薄的金属。

珩磨加工时，珩磨杆有3个运动组成，即旋转运动、往复运动和垂直于加工表面的径向加压运动。

前2种是珩磨的主运动，它们的合成使油石上的磨粒在孔的表面上的切削轨迹呈交叉而不重复的网纹，因而容易获得低表面粗糙度的表面。

径向加压运动是油石的进给运动，加压压力越大，进给量就越大。

[2]我司使用的珩磨条为人造金刚石珩磨条，多用于加工脆而硬的材料，效果显著。

如珩磨高碳钢，铸铁，硬质合金等。

但不适用加工韧性大，强度高，粘性大的某些钢材。

人造金刚石珩磨条，属于超硬珩磨条，脆而硬，珩磨过程中，可以很快的得到新的锐利的切削刃。

此外超硬珩磨条比普通珩磨条性能好，效率高，磨削区域产生的温度低，加工表面粗糙度好，2进口使用过3国产使用过5进口全新空调压缩机技术专题67Technology技术结剂强度不够，在珩磨的过程中刀具出现避让所致。

3.3 X射线能谱分析如图4所示。

从能谱分析的结果我们发现，进口珩磨条中，图谱1所示的黑色区域，主要由碳元素构成，应该是金刚石磨料。

图谱3所示为珩磨条结合剂，主要由青铜及一些氧化物构成。

在此我们也发现了一定量钴和银的存在。

如图5所示，进口珩磨条在使用过后，其元素没有发生大的变化，产生的少量铁应该是被加工工件物质的残留。

使用过的国产珩磨条能谱结果如图6所示，尽管无论是磨料还是结合剂，国产珩磨条同进口珩磨条元素构成相似，但国产珩磨条中缺少了银、钴等有益合金元素，取而代之的是较为廉价的铜。

这应该也是国产和进口产品价格差别的原因之一。

银的价格不算十分昂贵，适于高精密磨削，其导热性能好，适用于油冷磨削硬质合金。

同时银是一种很好的润滑剂，可减小砂轮与工件之间的摩擦，发热量不大。

钴和钴基胎体的挠度小，能够提高切磨加工质量。

钴对碳材料和骨架材料都具有较低的接触角和较大的附着功，略次于铁和镍，即和金刚石有较大的亲和力，钴的缺失，可能会导致磨料较易脱落，划伤工件表面。

同时，钴具有适度的磨损性能，使综合切割性能大幅度的提高。

4 不同珩磨条配方对其加工性能的影响表2为我司使用的两种进口珩磨条。

在实际使用中，经常需要根据不同的加工对象对珩磨条进行选择，以适应高精度、高寿命的加工要求。

如图7所示，4#加工铸铁材料效果较好，加工粉末冶金件效果不理想，而5#则正好相反。

4.1 3D显微镜分析见图8，从3D 显微镜观察得到，4#进口珩磨条磨料密度较低，并且磨料周围棱角较为分明。

这可能导致在使用过程中，磨料受力较大，易脱落。

而5#珩磨条的磨料密度较高。

并且两种珩磨条颜色并不相同。

4.2 表面形貌分析图9为三个样品分别在扫描电镜下观察的表面形貌图像。

不难发现，同为全新的珩磨条，4#珩磨条具有相当完整的黑色颗粒，均匀分布在样品表面。

而5#进口珩磨条的黑色颗粒则没有那么清晰的棱角。

可以看到黑色颗粒边缘出现较多的金属结合剂“攀爬”，使其结合紧密。

4.3 X射线能谱分析图10为4#进口珩磨条的能谱分析结果。

通过能谱分析，推断磨料为金刚石材料，基体主要由青铜构成。

烧结型金属结合剂珩磨条多以家电科技68Technology技术是导致国产珩磨条加工寿命略高于进口珩磨条，但在稳定性方面稍逊一筹的原因。

（2）提高金刚石珩磨条切割效率与寿命的一个关键因素是控制结合剂对金刚石的把持力。

结合剂对金刚石有好的把持力，金刚石就不会过早脱落，并具有最大的凸出高度，切割时锋利，效率高。

强碳化物形成元素钴有利于提高结合剂对金刚石的把持力。

但作为金属结合剂，钴基虽然各项性能较好，但价格昂贵；铜基结合剂硬度低，耐磨性差。

（3）我司现场加工效果证明，金刚石磨料+青铜结合剂适合加工粉末冶金件；金刚石磨料+钴基结合剂有利于铸铁部品的加工。

通过分析发现，金刚石磨粒的珩磨条结合剂是一个对珩磨条的性能起重要作用的因素。

不同种类的结合剂金刚石珩磨条的磨削性能和耐磨性不尽相同。

结合剂和金刚石磨粒同时磨损掉或结合剂磨损稍快应该对保持金刚石珩磨条的磨削性能以及耐磨性的提高有利。

在今后的工作中，可以结合加工对象的种类，分别对珩磨条的磨料、金属结合剂分别进行研究，以综合评价珩磨条的性能。

青铜等金属作为结合剂，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性和耐磨性好，使用寿命长，可承受较大的负荷。

图11为5#珩磨条的能谱分析结果。

之前所述的黑色颗粒，发现其95 wt.%的含量均为碳，因此可以推断，样品5应该为金刚石+钴基结合剂。

钴的抗弯强度高，钴元素的添加，能使金刚石复合材料的抗弯性能有所提高。

钴在高温下、低温下与许多金属有良好的湿润性，不容易变形，因而钴粉被广泛的用做结合剂，几乎成为金刚石工具不可替代的金属结合剂。

在烧结的时候，钴会在400~500℃之间相变，冷却后从立方点阵变成六方点阵，并且引起体积膨大，产生胎体对金刚石相变引起的压应力，这是钴基结合剂具有良好切割能力的原因之一。

我司现场加工效果证明，金刚石磨料+青铜结合剂有利于加工粉末冶金件；金刚石磨料+钴基结合剂有利于铸铁部品的加工。

由此发现，金刚石磨粒的珩磨条结合剂是另外一个对珩磨条的性能起重要作用的因素。

之前有研究表明：不同种类的结合剂金刚石珩磨条的磨削性能和耐磨性也不相同。

通过对磨削和磨损机理的研究，发现在珩磨加工中结合剂和金刚石磨粒同时磨损掉或结合剂磨损稍快对保持金刚石珩磨条的磨削性能以及耐磨性的提高有利。

5 结论：（1）全新的进口珩磨条表面光洁度较好。

使用过后，表面形成了有规律划痕。

划痕一般从黑色磨料开始，由深到浅，最后渐渐消失。

划痕之间的夹角稳定在30°左右。

而国产珩磨条在使用后，表面划痕较杂乱，划痕有深有浅，划痕间的夹角也不稳定。

通过能谱分析发现国产珩磨条中缺少了银、钴等有益合金元素，取而代之的是较为廉价的金属铜。

这可能参考文献[1] 马国远, 李红旗, 旋转压缩机[M], 机械工业出版社, 北京, 2001.[2] 胡勤, 珩磨加工中珩磨油石对珩磨效率的影响及其微观机理研究, 学位论文, 2005.空调压缩机技术专题。