小直徑CBN砂輪的磨削特性研究

1、小直徑cbn砂輪的磨削特性研究機(jī)電商情網(wǎng)編輯一部 供稿 添加時(shí)間：2007-5-10 16:04:34添加到我的收藏具有溝槽結(jié)構(gòu)并且需要對(duì)溝槽進(jìn)行精密加工的零件應(yīng)川很廣，如渦旋式壓縮機(jī)渦旋輪、溝槽凸輪等，h前一般都是采用指狀銃刀切削加工溝槽。隨著這類零件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，材料的高強(qiáng)度、 高鍍度化，加工過程簡(jiǎn)單化（鑄鍛件無切削成型）和低成本化以及零件加工楮度要求的提高等， 需要對(duì)溝槽進(jìn)行磨削加工的悄況越來越多，但到目前為止對(duì)溝槽進(jìn)行的磨削加匸幾乎限于采用 盤形砂輪加工直線形狀的溝槽。本研究采用帯軸的小直徑cbn砂輪進(jìn)行溝槽精密磨削，包括 磨削illi線形狀溝槽的側(cè)面和底面。但為了分析小直徑cbn砂輪磨

2、削加工時(shí)的特性，將其分解 為側(cè)而磨削和端面磨削兩種狀態(tài)分別進(jìn)行研究。小直徑cbn砂輪加工llll線溝槽側(cè)面時(shí)，由于 溝槽曲線曲率的變化，砂輪與工件z間的相對(duì)曲率隨z變化。冇關(guān)小直徑砂輪磨削加工過程的 研究多限于內(nèi)圓磨削，對(duì)于工件和砂倫札i對(duì)曲率較人的平而磨削的研究很少，所以本研究首先 進(jìn)行小直徑cbn砂輪平面磨削的基礎(chǔ)研究，分析其加工特性，討論加工參數(shù)的選擇。本文在 對(duì)小直徑cbn砂輪進(jìn)行修整精度、加工方法研究的基礎(chǔ)上，對(duì)小直徑cbn砂輪平面磨削時(shí)， 修整方法及砂輪要索（接合劑、粒度、駛度、密度）對(duì)磨削過程的影響，參數(shù)選擇等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研 究，并按以上實(shí)驗(yàn)確定的原則選擇小直徑cbn砂輪要素參數(shù)分析

3、磨削效果。1實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí) 驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)裝置用平而磨床改裝，將平而磨床的主軸用汕霧空氣式高頻主軸（精匸精機(jī)公司產(chǎn) 品，最高轉(zhuǎn)速80000r/min,輸出功率28kw）替代?？紤]到砂輪剛性對(duì)磨削過程的影響，取磨 削寬度為5mm,采丿ij砂輪最前端進(jìn)行磨削。砂輪用杯形gc（sic）砂輪修整法（ct法）和旋轉(zhuǎn)薄 片金剛石砂輪修整法（rd法）修整（表1）。冷卻液為5%水溶性乳化液，采用順切方式磨削。工 件材料為鑄鐵，尺寸為125mmx45mmx5mm（lxhxw）o磨削力用平行平板式測(cè)力儀測(cè)量，砂 倫磨損值采用碳片復(fù)嗎砂倫表而示用表而糙度測(cè)址儀測(cè)取，c加匸表而粗糙度采用東京精密surfcom 1020c農(nóng)

4、面粗糙度儀測(cè)量。各種因素對(duì)磨削過程的影響通過對(duì)已加工 表面粗糙度rz(pm).砂輪濟(jì)損值(砂輪半徑 減小量)wr(um)和單位磨削寬度的法向磨削 力fn(n/mm)隨磨粒累積切削長(zhǎng)度lc(m)的變 化進(jìn)行分析和比較。在砂輪一轉(zhuǎn)中磨粒的切 削弧長(zhǎng)(砂輪與工件的接觸弧長(zhǎng))lg(mm)和磨表1砂倫修整參數(shù)杯形砂輪修整法(ct)旋轉(zhuǎn)金剛石砂 輪修整法(rd)砂輪cb 170 p 180vn1gp(d8xw17)修整器gc120h75sd120m(d70xt1)(d34xh18xt30)砂輪速度(m/s)8.3710修整器速度(m/s)0.53-10修整進(jìn)給速度(m/min)0.20.3修整切入量(pn

5、/行程)21050粒累積切削t度lc(m)由式(1)、(2)求得。式中：d砂輪直徑，mm ap磨削深度，mm v 磨削進(jìn)給速度，m/min l 工件磨削長(zhǎng)度，mm n 砂輪轉(zhuǎn)速，r/min 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分 析lg=(dxap)%(1)lc=lx(n/v)xlgx10-6(2)砂輪修整方法的影響不同砂輪修整方法修整的砂輪像削實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖仁由圖口j見，相同磨削 條件下旋轉(zhuǎn)金剛石砂輪修整法(rd)與gc(sic)杯形砂輪修整法(ct)相比較，rd法的已加工表 面粗糙度值明顯減小，但隨磨粒累積切削長(zhǎng)度lc的增人而增人，磨削力值增人，砂輪燃損值略 微減小。rd法己加丄表面粗糙度值隨辭粒累積切削長(zhǎng)度快速增大

6、和轉(zhuǎn)削力隨轉(zhuǎn)粒累積切削長(zhǎng) 度快速減小對(duì)小直徑cbn砂輪磨削過程的穩(wěn)左性產(chǎn)生不利影響。經(jīng)過對(duì)小直徑cbn砂輪修整 過程的觀察分析，由于rd法修整器為旋轉(zhuǎn)金剛石砂輪，在砂輪修整過程中金剛石磨粒既去除 t cbn砂輪的接合劑使磨粒切削刃突出，也會(huì)切削cbn磨粒的棱角產(chǎn)牛:平而或使cbn磨粒 破碎，同時(shí)金剛石濟(jì)粒對(duì)cbn磨粒的修整作用力對(duì)較突出的cbn濟(jì)粒周圍的接合劑啟一定程 度的損傷，削弱了 cbn解粒的保持力。而ct法采用磨粒硬度比cbn w粒軟的sic砂倫，修 整過程用游離sic磨粒對(duì)cbn砂輪表面進(jìn)行梳理去除比它軟的cbn砂輪的接合劑，對(duì)比它碩 的cbn解粒只起修銳作川，小直徑cbn砂輪采川c

7、t修整法口j以得到良好的砂輪磨粒狀態(tài)，磨削過程比較穩(wěn)定。所以小直徑cbn砂輪采用杯形砂輪修整法(ct)修整較好，以后的實(shí)驗(yàn)屮均米用ct法修整。砂輪接合劑的影響山于cbn砂倫的接合劑各有特點(diǎn)，女(1 金屬接合劑砂輪具有較大的 磨粒保持力，樹脂接合劑砂輪 的接合劑材料可以產(chǎn)生微弱 的彈性變形、增大磨削過程中 砂倫與工件的接觸弧長(zhǎng)，而陶 瓷接合劑砂輪具有氣孔結(jié)構(gòu) 磨粒切削刃鋒銳且便于修整,圖1砂輪修正方法診響m 4 bum)cbuanaivwimiai兇此分別選用金屬接介劑(m40)、樹脂接合劑(bw6)和陶?qǐng)D2砂輪接合劑的影響瓷接合劑(vn1)的小肓徑cbn砂輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果示于圖2。即使在v=0

8、.625m/min, ap=0.0 2mm的輕煙削條件下，樹脂接合劑砂輪和金屬接合劑砂輪都急劇磨損無法繼續(xù)磨削，只有陶 瓷接合劑砂輪的磨損值最小，己加工表面粗糙度值也最小，所以小直徑cbn砂輪選川陶瓷接 介劑冇較好的磨削效果。但提高陶瓷接介劑小直徑cbn砂輪的磨削進(jìn)給速度，砂輪磨損、已 加工表面粗糙度值和磨削力均隨z顯著增大。砂輪粒度的影響小直徑cbn砂輪磨削時(shí)砂輪 粒度對(duì)磨削過程的影響如圖3所示。一般磨削過程屮選用細(xì)磨粒的砂倫可以期待得到較小的已 加工表面粗糙度值。但由圖可見，對(duì)于小直徑cbn砂輪的磨削過程則是隨砂輪粒度由230#、 325#、400#的順序細(xì)化，已加工表面粗糙度和砂輪磨損依

9、此順序增人，磨削力減小。對(duì)以上采用不同的砂輪修整方法修整砂輪、不同接介劑以及不同砂輪粒度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納分析, 小直徑cbn砂輪磨削過程有如卜特征。隨著磨粒累積切削長(zhǎng)度的增加，己加工表面粗糙度值 增大、砂輪磨損值直線增大，但是磨削力保持不變甚至緩慢減小。經(jīng)過對(duì)砂輪表面cbn磨粒 狀態(tài)的追蹤觀察，發(fā)現(xiàn)小直徑cbn砂輪在磨削過程中發(fā)生了 cbn磨粒的早期脫落，并口 cb n磨粒的脫落是一個(gè)連續(xù)過程，在磨粒突出高度相近的相鄰磨粒之間，一個(gè)磨粒脫落示下一個(gè) 熾粒隨z脫落，接著再下一個(gè)磨粒脫落，同吋突出高度較高的磨粒加入切削，總的使砂輪有效 切削磨粒數(shù)量減少。因此，伴隨砂輪磨粒的脫落砂輪半徑持續(xù)減小（

10、砂輪磨損增人）、磨削力不 變或減小，已加工表面粗糙度惡化。cbn磨粒的早期脫落使小直徑cbn砂輪無法發(fā)揮cbn 解粒鋒銳、耐辭性好的特長(zhǎng)，導(dǎo)致小直徑cbn砂輪過早失效，這止是小直徑cbn砂輪平|rij磨 削過程的問題所在。防止和減少小肓徑cbn砂倫磨粒的脫落是提高其磨削性能的有效措施。根據(jù)以上分析，可以解釋陶瓷接合劑砂輪有較好磨削效果是因?yàn)槠渚哂袣饪捉Y(jié)構(gòu)、接合劑耐熱 性和強(qiáng)度較高，對(duì)cbn磨粒有較人的把持力。小直徑cbn砂輪磨削時(shí)細(xì)粒度砂輪的己加工表 面粗糙度反而增人的原因是由于砂輪的脫落型磨損，砂輪磨粒變細(xì)，單個(gè)磨粒與接介劑的聯(lián)接 血積減小，磨粒的被保持力減小，磨粒脫落加劇，所以小直徑cbn

11、砂輪不宜于選擇比230#細(xì) 的粒度。砂倫硬度的影響為了抑制小直徑cbn砂倫磨粒的脫落，選擇硬度以0、p、r順次 提髙的小直徑cbn砂輪，實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖4。由圖可見，砂輪磨損順次減小、磨削力順次增 大，硬度增人到r時(shí)己加工表面粗糙度明顯減小并且比較穩(wěn)定。從己加工表面粗糙度、砂輪磨 損和磨削力隨磨粒累積切削氏度的變化特征可以認(rèn)為，在小直徑cbn砂輪硬度達(dá)到r時(shí)仍然 存在磨粒脫落，但已向砂輪正常解損狀態(tài)過渡。所以選川新的接合劑配方改進(jìn)小直徑砂輪制造匸藝，以提高磨粒的保持力減少磨粒脫落是小肓徑cbn砂倫要素參數(shù)設(shè)計(jì)的方向。n is -十日3囪*袂畑出4濟(jì)fwctwvii w» rmtd 亠

12、twmr 亠口圖4砂輪硬度的影響劑的 影響圖5砂輪磨粒密度的影響劑的影響圖3砂輪粒度的影響圖6砂輪要索參數(shù)設(shè)計(jì)改 進(jìn)效果劑的影響砂倫第粒密度的影響砂輪騎粒密度對(duì)轉(zhuǎn)削過程的影響結(jié)果如圖5所示，騎削進(jìn)給速度不同時(shí) 磨粒密度對(duì)磨削效果有不同的影響，在v=0.625m/min的低速進(jìn)給、砂輪密度在150%時(shí)有最 佳的磨削效果，而在較高進(jìn)給速度v=2.5m/min時(shí)以高密度為好。砂輪密度對(duì)僭粒保持力冇一 定的影響，對(duì)磨削過程的影響表現(xiàn)為，低密度可以獲得鋒利的磨粒切削刃，而高密度可以減緩 砂輪磨損，較低濟(jì)削進(jìn)給速度時(shí)，單個(gè)懈粒切削深度小，磨粒較少脫落，砂輪在接近正常狀態(tài) 卜屛削，密度150%時(shí)屛粒達(dá)到了最佳的切削狀態(tài)，磨削進(jìn)給速度提高則砂倫單個(gè)磨粒切削深 度增大，磨粒容易發(fā)牛脫落，砂輪磨粒高密度有利。小直徑cbn砂輪要素參數(shù)