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轴类零件加工新技术——CBN砂轮高速剥皮磨削

日期:2017-6-16
来源:磨削系统解决方案

  1、前言

  剥皮磨削,一种类似于车削加工的磨削方式,具有良好的柔性和极高的磨削效率。近几年来,随着中国汽车行业的迅猛发展以及CBN砂轮的成本逐年降低,剥皮磨削正被广泛地应用于轴类零件的高速磨削加工。本文将着重从剥皮磨削的工艺理念、优势、应用领域、先决条件以及选用陶瓷CBN砂轮进行剥皮磨削等方面展开讨论。

  2、为何剥皮磨削

  如图1所示,剥皮磨削通常使用4~6mm左右宽度的CBN砂轮,并且在磨料层设置一个10~15°倒角区域,其宽度一般为1~2mm,外圆部分宽度为3~5mm。倒角区域用于粗磨以去除余量,而外圆部分用于精磨,以获得加工表面的尺寸和精度。磨削时,砂轮高速旋转(通常90~150 m/s),并以一定的磨削切深作轴向移动,实现轴向进给(>100mm/min),将材料从工件表面剥离,类似于车削加工。由于砂轮很薄,磨削过程中工件的转速需要足够大,以避免出现螺旋纹。

  

 

  3、剥皮磨削的优势

  剥皮磨削的优势主要体现在:

  a) 磨削效率高;

  b) 磨削精度高;

  c) 加工不同工件时,不需要改变工装,仅仅需要改变机床加工程序,降低机床调整时间,提高了加工柔性,提升了加工效率;

  d) 同一平台上可以加工不同的材质的工件,具有很好的加工柔性;

  e) 剥皮磨削使用很薄的CBN砂轮,无需使用传统成型砂轮,通过CNC程序控制便可轻易地实现复杂形状的工件磨削;

  f)可以加工在磨削过程中容易产生变形和振动的细长轴。

  4、应用领域

  总体上,剥皮磨削主要应用在以下两个领域:

  (1)替代传统的成型切入磨削(图2):使用CBN砂轮进行剥皮磨削在加工不同工件时不需要频繁更换砂轮和修整工具,减少了磨削设置和调整时间,提高了加工柔性;同时,剥皮磨削时砂轮与工件的接触面积更小(图3),所以所需磨削力也更小,避免了因为磨削力过大而造成磨削振动和工件变形,提高了加工精度;

  

 

图2 传统成型切入磨削(齿轮轴轴颈)

  

 

图3 剥皮磨削(齿轮轴轴颈)

  (2)替代硬车或者作为硬车加工的后道工序:使用CBN砂轮进行剥皮磨削可以提高工件的尺寸精度和表面加工质量。

  5、剥皮磨削的先决件

  剥皮磨削有着很多的优势,要充分发挥其优势,必须“好马配好鞍”。因此,一个成功的剥皮磨削,需要以下几个先决条件:

  a) 剥皮磨削由于需要很高的磨削速度,任何的振动都有可能会产生磨削振纹甚至烧伤。因此,无论是工件夹持系统还是砂轮主轴系统,整个磨床的磨削系统需要具有很好的刚性;

  b) 由于剥皮磨削速度很高,砂轮的动平衡非常关键,砂轮通常要做两次平衡,一次是砂轮生产过程时需要做动平衡,一次是安装到机床上后的自动校准动平衡;

  c) 由于高速磨削时产生的温度极高,需要冷却液具有足够大的流量,同时流速尽可能与砂轮的速度和方向保持一致,以保证充分的冷却;

  d) 冷却系统同时还需要很高压力,通常需要配置高压冲洗喷嘴,尤其是磨削软而粘的材料时,这些冷却装置尤其重要,以防止砂轮表面被切屑堵塞,造成砂轮负载加大;

  e)若使用陶瓷CBN砂轮进行剥皮磨削,需要使用在线修整系统和接触式修整方式,从砂轮与滚轮接触开始,至粗修,再到精修的一系列修整过程都需要实时监控。

  6、使用陶瓷CBN砂轮进行剥皮磨削

  相对于电镀CBN砂轮,陶瓷CBN砂轮的优势体现在

  a) 易于修整;

  b) 无需修锐;

  c) 可以通过修整来一直保证砂轮的形状和精度;

  d) 多气孔性结构,保证冷却液良好的渗透,带走切屑;

  e) 使用寿命更长;

  f) 砂轮的基体可重复利用,只需更换粘接新的CBN磨料层。

  选用陶瓷CBN砂轮进行剥皮磨削的关键

  用于剥皮磨削的陶瓷CBN砂轮,要求具备很高的材料去除率,同时,在实现高效加工的前提下尽可能产生更少的磨削热量,以避免烧伤、裂纹等一系列磨削问题。因此要求陶瓷CBN砂轮具有更开放的组织,以保证足够的容屑空间,同时也需要钝化的磨粒正常微破碎,保证砂轮的锋利性,从而获得高效的切削性能。另外对于剥皮磨削而言,在高速磨削的情况下,砂轮的倒角区域容易崩边,磨粒容易脱落,造成砂轮寿命偏低,并且还会影响工件表面的质量和精度。因此,如何实现高效率加工的同时又能保证砂轮的使用寿命,是选用陶瓷CBN砂轮进行剥皮磨削的关键。而传统的陶瓷结合剂CBN砂轮由于其结合剂系统特点,很难保证砂轮具有很高气孔率。

  西斯特科技最新工艺陶瓷结合剂CBN砂轮,是建立在“玻璃陶瓷”技术基础之上,它能提供极高的结合剂强度,并与CBN磨料本身的机械、化学、热传导等特性相得益彰。

  它相对于传统的陶瓷结合剂工艺,具有更开放的组织结构,提高了气孔率;同时采用创新技术增强了粘接桥的强度,从而使砂轮具有更大的磨粒把持力、更高的硬度和耐磨特性等优点,大幅提高砂轮的使用寿命,非常适合剥皮磨削;

  更高的磨削效率和更好更一致的工件表面加工质量,非常适合高精度高效率的剥皮磨削加工。

  应用案例-齿轮轴轴颈磨削

  

 

图4 齿轮轴轴颈高速剥皮磨削示意图

  

 

图4 齿轮轴轴颈高速剥皮磨削

  7、总结

  剥皮磨削,特别是使用陶瓷CBN砂轮进行剥皮磨削,具有良好的加工柔性和极高的磨削效率,在很多领域可以取代传统成型切入磨削和硬车,正逐渐成为轴类零部件加工行业的最新技术发展趋式,有着极为广阔的应用前景。

关键字:磨削
[责任编辑:woody]
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