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凸轮磨削烧伤的产生原因与解决措施

日期:2017-11-22
来源:磨料磨具研习社

  宋秀琴,苏磊,史磊

  中国重汽(香港)有限公司济南动力部

  机械加工磨削凸轮时凸轮表面常会出现烧伤现象,导致凸轮的耐磨性及使用寿命降低。所以了解磨削烧伤产生的机理,分析凸轮磨削烧伤产生的原因,进而制定解决措施很重要。

  1、磨削烧伤机理

  钢制零件,特别是表面经硬化处理的零件在磨削中,砂轮与工件磨削区域产生瞬时高温,超过回火温度或相变温度时,零件表层组织发生变化,使表层金属强度和硬度降低,并伴有残余应力产生,甚至出现微观裂纹。

  与其它切削过程相比,磨削工艺的单位磨削力大,磨削速度高,磨削热量较其它加工方法大很多倍。由于磨削速度高,热量来不及传入工件深处,大多集聚在表层。磨粒磨削点的温度可达1 000℃以上,磨削区温度达500~800℃,局部温度很高,表面会出现热损伤,这就是磨削烧伤。

  

 

  2、磨削烧伤的检测方法

  磨削烧伤的检测方法一般有观色法、酸洗法、金相组织法、显微硬度法、磁弹法等,笔者公司采用的检测工具是Rollscan250磨削烧伤检测仪。

  Rollscan250检测仪的检测原理是:铁磁性工件在正常情况下,其磁序规则排列,但磨削烧伤后产生的金相组织变化将引起磁序的变化,导致矫顽力也会相应变化,因此,可以通过矫顽力反映工件磨削烧伤情况。检测仪输出的磁弹性参数MP值是一个无量纲值,测定临界MP值是检测的关键。通过与酸洗法对比,选一批凸轮,检测并记录磨削后各凸轮的MP值,按酸洗法对凸轮进行检测,若酸洗表面未出现烧伤,则对应MP值属于无烧伤,若酸洗表面出现烧伤,则对应MP值属于有烧伤。

  通过以上方法确定凸轮磨削烧伤的临界MP值及检测标准为MP≤93。磨削后实际凸轮表面MP值在120~140之间,根据标准判断属于有烧伤情况。

  

 

  3、凸轮磨削烧伤原因分析

  查找相关资料,得知影响磨削温度的主要因素有3个,即磨削参数、砂轮的选择与修整、磨削液及其冷却效果,笔者对这3个因素逐一进行分析。

  3.1 磨削参数

  (1)磨削余量。若磨削余量增加,则产生的磨削热量增大,容易引起磨削烧伤。目前磨削凸轮时,通过公差极限及跳动影响确定磨削余量,因此暂不考虑对余量进行更改。

  (2)工件速度。若工件速度加快,则单位时间进入磨削区的材料增加,产生的热量增大。但随着速度加快,热源移动速度加快,散热条件改善,因此对磨削烧伤影响不大。

  (3)砂轮速度。若砂轮速度加快,则磨削中摩擦力和能量消耗增加。但单位时间进入磨削区的磨粒数增加,使每个磨粒的切削厚度减小,因此对磨削烧伤影响不大。

  (4)径向进给量。若径向进给量增加,则磨削区磨粒数和磨粒切削厚度增大,温度快速升高,对磨削烧伤影响较大。

  通过以上分析,可得径向进给量对磨削烧伤影响最大。

  3.2 砂轮的选择与修整

  笔者公司选择的立方氮化硼砂轮在磨削过程中,既能保证较高的加工精度,又能有效抑制磨削热的产生,因此不作改变。

  砂轮修得越细,加工工件的粗糙度值越低,也越容易出现振纹,磨削烧伤可能性也就越大。同理,砂轮修得过粗,粗糙度值就过大。因此,在满足粗糙度的情况下,砂轮修得越粗越好。实际加工后粗糙度为2.1 μm,距离要求(3 μm)有很大空间,可以将砂轮修得略粗一些。

 

  3.3 磨削液及其冷却效果

  在磨削过程中,磨削液需要具备4项基本性能,即润滑性能、冷却性能、清洗性能和防锈性能,其中对磨削烧伤有影响的主要因素是冷却性能。引起冷却效果不理想的主要问题如下。

  (1)磨削液选用不当。奎克3502磨削液在磨削中易起泡,气泡多而大,部分破碎后形成汽膜覆盖在磨削区,将磨削液与工件隔开,导致工件表面得不到充分冷却。

  (2)磨削液使用不当及杂质影响。首先是磨削液喷射方向不对,在磨削中砂轮高速回转,在砂轮周围产生了与其回转方向一致的气流,此气流会吹散磨削液,导致冷却不够充分。其次为杂质影响,磨削中产生的磨屑和砂粒等杂质不仅会污染磨削液,而且容易使磨削液喷嘴堵塞。

 

  4、凸轮磨削烧伤的解决措施

  通过以上分析,要解决凸轮磨削烧伤,需要从磨削参数、砂轮修整、磨削液冷却效果3个方面入手,采取以下改善措施。

  (1)减小径向进给量。将粗磨、精磨两个阶段磨削的径向进给速度由0.045~0.05 mm/min降低为0.04~0.045 mm/min。

  (2)将砂轮修得粗些。将砂轮修整时径向进给速度0.035 mm/min更改为0.06 mm/min,加工后凸轮表面粗糙度值仍能满足工艺要求。

  (3)选用合适的磨削液改善其冷却效果。选用奎克3750H硬水版磨削液,此磨削液在磨削中不易起泡,渗透性好,磨削液可以接触工件表面从而有效冷却,提高磨削液的冷却效果。

  (4)在磨削液喷嘴上加装挡风板。挡风板将砂轮高速运行产生的气流隔开,防止磨削液飞溅,保证磨削液能够顺利注入磨削区。

  (5)采用高压冲洗磨削区,既可提高冷却效果,也可冲洗杂质。加装过滤装置防止杂质堵塞喷嘴,定期对喷嘴进行清理。

  采取上述改善措施后,凸轮MP值由原来120~140降低为65~85,根据检测标准(MP≤93),属于无烧伤情况。

 

  5、结束语

  通过研究磨削烧伤机理、明确磨削烧伤检测方法,对凸轮磨削烧伤产生的主要原因进行了分析,并通过减小磨削径向进给量、加快砂轮修整径向进给速度、提高磨削液冷却效果等措施,有效地避免了凸轮磨削烧伤现象。

关键字:磨削,砂轮
[责任编辑:woody]
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