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摘要：随着科技的不断进步与发展，现代直升机的使用材料也在不断更新。其中，碳化钨涂层就作为一种新材料，以其特殊的性能和优势被应用到直升机上许多重要零部件的表面。本文主要分析了碳化钨涂层的特点、砂轮磨料的选择及加工经验，希望通过对碳化钨涂层磨削质量提升的方法研究，来提高机械加工的水平。
关键词：碳化钨涂层；砂轮的选择；砂轮的修整方法；加工参数
一、碳化钨的性能
碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物。分子式为WC，分子量为195.85。为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体，碳化钨的化学性质稳定，具有高硬度、高耐磨和高耐腐蚀性的特点。一般硬度越高，耐磨性越好，但是脆性就越大。碳化钨涂层的喷涂工艺不同，会导致涂层的硬度不一样。碳化钨喷涂后涂层硬度与厚薄没有大的关联性，只是与它在高温区回停留的时间长短有直接关系。碳化钨喷涂层的硬度一般是HV1200以上，，摩氏硬度为8.5～9，熔点可达2870°C。
二、砂轮的选择与修整
由于碳化钨的硬度高，普通的砂轮无法对其进行有效磨削。这里我们可以选择金刚石砂轮对其进行磨削，通过选择不同粒度的金刚石砂轮得到需要的零件表面磨削精度。
1.金刚石砂轮的选择
金刚石砂轮在结构上与普通磨料砂轮有所不同，一般的是由金刚石磨料层、过渡层与基体组成。
工作层又称金刚石层，由磨料、结合剂和填料组成，是砂轮的工作部分。过渡层又称非金刚石层，由结合剂、金属粉和填料组成，是将金刚石层牢固地连接在基体上的部分。
基体，用于承接磨料层，并在使用时用法兰盘牢固地夹持在磨床主轴上。一般金属结合剂制品选用钢材、合金钢粉作基体；树脂结合剂选用铝合金、电木作基体。由铝、钢或电木加工而成，起支承工作层和装卡磨具的作用。砂轮成型质量的好坏和使用精度的高低都与基体有很大关系。
金刚石砂轮是属于超硬磨粒砂轮，与普通磨料砂轮相比，具有非常明显的特点和优势。金刚石磨料的硬度决定了金刚石砂轮的主要特性，其可对硬质合金、玻璃、陶瓷等难加工材料进行高效磨削，且磨削工具有着最长时间的使用寿命。金刚石具有高的抗磨性，砂轮磨损越小，使用时间就越长，则生产效率越高。金刚石的导热性非常好，有利于热量的疏散，避免工件烧伤、裂纹及掉块等现象，大大提高了工件表面加工的质量。
这里，我们选择树脂结合剂的平行砂轮。砂轮的工作层厚度选择10mm，有效磨削宽度在40mm左右效果较佳，特别是在磨削薄壁件表面的碳化钨涂层时，对减小砂轮走刀痕迹、提高磨削精度效果更是明显。金刚石砂轮的粒度选择对零件表面磨削光度的影响最大。160££¡«240££的金刚石砂轮适用于零件的粗加工，可以获得Ra0.5的表面磨削光度；360££¡«420££的金刚石砂轮适于零件的半精加工，可以获得Ra0.3的表面磨削光度；600££的金刚石砂轮适于零件的精加工，可以获得Ra0.1的表面磨削光度；800££的金刚石砂轮适于零件的超精加工，可以获得Ra0.05的表面磨削光度。由于碳化钨是难磨削的超硬材料，为了提高加工效率，所以在零件的加工余量上要有所考虑。建议零件的粗磨余量不大于0.40mm；半精磨的余量不大于0.15mm；精磨余量不大于0.07mm；超就精磨余量不大于0.02mm。
任何砂轮都有它的一定的使用磨损要求，磨损情况达到一定的程度就必须重新更换新的砂轮。不能为了节约材料，就超磨损要求使用，这是一种极不安全的违章行为。任何砂轮都有它的有效期限，在有效期限内使用，它是合格砂轮；超过有效期使用，就要承担砂轮碎裂风险。树脂和橡胶结合剂砂轮存贮一年后必须经回转试验，合格者方可使用。在使用过程中，如果发现砂轮局部出现裂纹，应立即停止使用，重新更换新的砂轮，以免造成砂轮破碎伤人事故。
2.金刚石砂轮的精密修整
修锐后的金刚石砂轮能够保持磨粒长时间的微刃性，良好的切削性能保证了磨削过程中较小的磨削力，从而提升磨削光度。选择合适的金刚石砂轮是磨削的第一步，如何对选择的砂轮进行精密修整也是必不可少的步骤。这里我们通过自制砂轮修整器来提高砂轮的修整速度与修整质量。首先，制作一个钢棒（直径约40¡«60mm）、长度与零件总长保持长短一致，之所以选择修整器与零件同长，是为了在零件磨削的过程中实现一次磨削找正，就能完成零件磨削与砂轮修整的交替进行过程。从而省去中间的零件磨削找正时间，提高加工效率；其次，在钢棒的两端打上中心孔，以便将其装在外圆磨床的两顶尖间；最后，在钢棒的一端车削出比绿色碳化硅砂轮内孔直径小0.03mm的台阶，靠钢棒台阶端留出比绿色碳化硅砂轮的厚度短5mm的距离，其余20mm长度上调制相应直径的螺纹。此时将准备好的绿色碳化硅砂轮用螺母固定在钢棒上，自制的砂轮修整器就完成了。将砂轮修整器装入外圆磨床的两顶尖间，把砂轮修整器看作零件与金刚石砂轮互相转动磨削腐蚀，以修锐砂轮。注意，在粗修砂轮时选用60££的绿色碳化硅砂轮，砂轮修整器的纵向走刀速度为200mm/min；精修砂轮时选用80££的绿色碳化硅砂轮，砂轮修整器的走刀速度为120mm/min。修整砂轮的过程中要保持冷却液的充分浇注，以减少磨削热和提高砂轮修整光度。
三、磨削方法及加工参数
1.磨削方法的选择
碳化钨涂层的磨削要分粗磨和精磨两步来进行。首先，对零件进行预留磨削余量0.10mm的粗加工，由于碳化钨高硬度、性脆所以在磨削过程中要将冷却液的流量尽可能开到最大，来降低磨削所产生的热量。砂轮的进给量为0.01mm/次，零件转速控制在50¡«80转/min（示零件磨削直径而定，磨削直径大时选择低转速，磨削直径小时选择高转速）；然后对零件进行精加工，精加工时砂轮的进给量为0.005mm/次，零件转速控制在40¡«60转/min。而对于薄壁碳化钨涂层零件的磨削就要选择三步加工法。首先，对零件进行磨削余量0.12mm的粗加工；再次，对零件进行磨削余量0.06mm的半精加工；最后，对零件进行尺寸的精加工。之所以对于薄壁零件选择三步磨削法，是通过多次的装卸零件磨削法来释放零件基体内残存的应力，进而减小零件的应力变形控制磨削尺寸精度。
2.磨削方式的确定
磨削不易变形的碳化钨涂层零件时，可以采用正常的砂轮在床头一侧进刀的纵向走刀法磨削。注意，这里强调使用纵向走刀磨削法而不是切入法，是为了有效减少磨削振纹和提高零件加工的同轴度精度。而在磨削薄壁碳化钨涂层零件时，由于薄壁件易发生磨削变形，特别是在铝合金基体表面喷涂碳化钨后磨削变形更不易控制，所以要选择在零件有支撑力的一侧进刀，它可以是砂轮在机床尾座一侧进刀，目的在于减少因零件悬空产生的磨削振动带来的磨削变形，也可以增加磨削稳定性减少磨削振纹。在磨削薄壁零件时，通常要通过辅助夹具来完成对零件的装夹，已达到磨削零件的目的。磨削普通薄壁零件时，装夹零件的夹紧力直接影响零件的装夹变形和磨削变形量。对于带有碳化钨涂层的零件，这种变化会更加敏感。因为碳化钨涂层比一般的合金结构钢的硬度、熔点高很多，附着在钢体上会产生不同的热膨胀比和应力变形量，所以在磨削时对夹紧力的控制更要严格。
总结
综上所述碳化钨涂层的磨削质量提升，首先要考虑砂轮的选择与修整，其次是磨削方法和磨削参数的选择。通过对碳化钨涂层，理论与实际加工的研究，可以有效帮助我们掌握新材料、新磨料、新技术的经验积累，以便在机械加工中提升产品质量和加工效率，从而提高我们的机械制造能力。
参考文献：
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[3]李伯民，赵波，李清.磨料、磨具与磨削技术.北京：化学工业出版社，2015.10