热喷涂层磨削工艺的研究

  高温合金、特种陶瓷等高硬度热喷涂涂层的硬度一般在1000HV0.2以上，涂层厚度多在0.1mm0.5mm之间，热喷涂层硬而薄。在磨削工艺流程中，由于热喷涂层硬度高，多采用金刚石磨具加工。但由于采用金刚石固结磨砂轮磨削不但有功率消耗大、磨削温度高、易烧伤工件、影响工件的表面和内在质量。而且还需要经常对砂轮进行修整，耗费工时。而使用普通磨料砂轮、砂带磨削加工，因其硬度低，其削效率更低或难磨（详见表一、各种物质的莫氏硬度表）。

  金刚石的莫氏硬度为10，是目前发现硬度最高的材料。很适合加工硬度高，脆性大的非金属和非铁基金属难加工材料。采用电镀工艺制作的金刚石砂带，因其具有金刚石与基布结合强度高，加之采用有间隙的磨削单元排列（见图一、几种金刚石砂带表面磨削单元的排列方式）。其排屑性更好，磨削温度更低，不但能保证工件的表面上的质量，也可保证工件的内在质量，来提升零部件的抗疲劳强度，延长常规使用的寿命，提高生产效率。金刚石砂带的磨削过程中还具有粉尘少、噪声小、耗能低的特点，符合我国节能环保的政策。

  金刚石砂带磨削工件表面上的质量高，主要体现在表面粗糙度值小，残余应力状态好，以及表面无微观裂纹或金相组织变化等现象。从表面粗糙度来看，砂带磨削目前已可达Ra0.01mm，达到了镜面磨削的效果，而对于粗糙度值在Ra0.1mm以上的情况，则非常容易达到。试验表明，在其他条件一定时，当砂带线m/s，磨削表面粗糙度由Ra2.0m降到Ra1.5m，精度达到普通磨具所达不到的效果。因此金刚石砂带及其衍生产品是磨削加工高硬度热喷涂层的最佳产品

  金刚石砂带大多数都用在辊、轴类的加工，金刚石磨盘和金刚石叶轮大多数都用在平面、曲面及复杂型面的磨削与抛光。

  图三、直径540mm×长度15m陶瓷活塞杆磨加工现场（二）金刚石砂带磨削工艺参数的选择

  按照以上金刚石砂带磨削加工工艺（详见表二、金刚石砂带磨削工艺参数表），磨直径540mm×长度15m陶瓷活塞杆，其磨加工时间仅为90小时。而在第一次对其磨加工时，由于加工工艺设计不合理，磨加工时间则长达1个月之久。

  （1）设备简单，操作便捷，不需价格昂贵的专用磨床，可以装卡在常用型号规格的车床刀架上即可进行工作。

  （3）因为金刚石砂带表面金刚石颗粒的特殊有序排列设计，磨削锋利，排屑好，不需要修整。通过更换不同粒度的砂带即可达到加工要求。

  此类非接触轮磨削加工精度稍低（圆柱度方面），如果采用接触轮式磨抛（接触轮硬度90）即可在此基础上快速缩短加工时间并能达到工件的加工精度要求。

  1、喷涂涂层的质量：涂层厚度的均匀性及圆度，表面粗糙度的均匀性及表观质量，硬度的均匀性，涂层的气孔率，显微硬度的高低。

  平面、曲面热喷涂层打磨方案汽车冲压模具，汽轮机叶片以及航空部件等一些平面、曲面热喷涂后的打磨，目前比较先进的打磨方式是采用：

  金刚石叶轮打磨平面和曲面：装在气动和电动磨机上，转速10000～20000rpm，打磨效率高，效果好，操作灵活方便。

  金刚石转矩砂碟：规格直径2英寸，粒度200# 、400#装在高速气动工具，工具上，有小巧、操作灵活、装卸快速的特点。金刚石叶轮，磨盘，转矩砂碟产品（见图二、几种常见的金刚石砂带及制品）打磨涂层的最大特点是：结构设计柔性，金刚石磨粒硬度高，磨削锋利，刚柔相兼，不会把涂层打透，且表面打磨均匀，一致性好。

  图九、经400目金刚石千叶轮抛光, Ra随着现代科技和工业发展，对材料的性能提出愈来愈高的要求，耐磨防腐是其重要指标。一些电镀类的产品如活塞杆因镀铬的工艺污染和铬层的耐腐的能力问题，喷涂陶瓷后打磨封孔，大幅度的提升了活塞杆的耐腐的能力和常规使用的寿命。等离子喷涂技术是获得材料表面功能涂层的有效手段，具有生产效率高，涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。 因此，近十几年来，该技术的进步和生产应用发展很快，已大范围的使用在核能、航天航空、船舶、石化、机械等领域。在焊接技术科学中，超音速和等离子等热喷涂技术作为一项新型的高技术产业，在未来的材料科学研究中，会发挥愈来愈大的作用，它将取代某些传统的焊接工艺和材料，使其朝着崭新的方向发展。作为与之相配套的磨加工技术，金刚石砂带及其衍生产品是加工高硬度热喷涂层的最佳磨具。图十一、目前国内机械部件热喷涂层磨加工的几个实例：薄板轧机的轧辊加工；印刷辊的加工；石油钻杆的加工；飞机发动机叶片的加工等。