硬質合金球高精度研磨方法

在一些石油鑽探的相關領域中,硬質合金球以其高硬度、高密度、高強度的一直扮演著重要的角色,並逐步取代了鋼球和陶瓷球。而傳統的研磨工藝由於受到機械本身的限制以及一些無法排除的人為因素影響,無法保證硬質合金球的球坯一致性以及性能穩定性。因此相關人員對硬質合金高精度研磨方法展開了深入研究。主要的幾種方法包括自轉角主動控制法、雙自轉研磨法以及偏心V型槽研磨法。

首先自轉角主動控制研磨法是由國外的一些相關學者率先提出的一個構想,其也被稱為同軸三盤研磨法。該方法是在傳統V型槽研磨工藝的基礎上,將下研磨盤的V型槽部分分割開來,使得整個機構由三塊可獨立轉動的研磨盤組成,然後通過控制三塊研磨盤的轉速變化來調整球坯的自轉角,示意圖如下:

硬質合金球高精度研磨方法












在該機構中,自轉角除了與研磨盤溝槽直徑、V型槽道夾角等幾何參數有關外,還與三塊研磨盤的轉速有關。通過對三塊研磨盤轉速的調整,可以實現自轉角的變化(在-90°-90°範圍內取值)。此外,球坯還能作自旋軸相對方位不斷變化的研磨運動。研磨的軌跡線是以球坯自轉軸為中軸的空間球面曲線。這樣一來就能夠均勻地覆蓋整個球坯表面,有利於球坯表面獲得均勻且高效的研磨。然而,雖然這種方法在實驗中能夠確保良好的加工精度以及加工效率,但是在實際的生產實踐中的調試和維護存在一定困難,無法推廣生產使用。

而雙自轉研磨法是由國內的相關研究學者首先提出的,它是基於自轉角主動控制研磨法,在保持自轉角主動控制功能的前提下,使上研磨盤在加工過程中周向固定,並對球坯施加一定的彈性載荷,使得加工餘量較大的球坯受到較大的載荷,這也滿足了研磨成球的尺寸選擇性條件。此外,其採用兩塊獨立旋轉的研磨盤元件,簡化了機械結構也降低了加工及裝配難度(研磨過程中,上研磨盤在研磨過程中不需要旋轉,使得與下研磨盤的同軸度要求較低)。但是該工藝方法也存在一定的問題,由於鎢鈷類硬質合金球在研磨的過程中容易產生較大的慣性,這會對整體的研磨運動軌跡和過程產生一定的影響,而硬度較高的鎢鈷類硬質合金球還會對溝槽產生不均勻磨損使得加工精度得不到保證。

最後介紹的是偏心V型槽研磨方法,該方法的上研磨盤的回轉軸線與V型槽的軸線存在一定的偏移距離,這也使得球坯的公轉中心與上磨盤旋轉中心不在同一直線上,球坯與上研磨盤的接觸點將沿著上研磨盤徑向移動。與V型槽研磨法相比,該方法能夠更好的獲得球形偏差。國內的學者還在此基礎上提出了優化方案,即使偏心盤與V型槽研磨盤同時轉動,通過調節上下研磨盤的轉速,是研磨軌跡充分發散,從而削弱偏心距對研磨均勻性的不利影響。

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