陶瓷结合剂CBN砂轮高效高精磨削.pdf

陶瓷缗合剂C B N砂轮高效高精磨削 日 井上孝二 商效商精磨削始终姓人们追求探讨的课 题 随着时代的推移 人 们对 其要求也越来 越高 常常为实现这一课题对 作为磨削工具 的砂轮提出了挑战 各砂轮制造厂都反复进 行砂轮的研究和开发工作 其中 CB N磨料和金刚石超硬 磨 料 的 问世 使砂轮有 了飞跃的发展 虽 然 CBN 磨料的硬度要 比金刚石磨料低一半 但具有 良好 的热稳定性 与铁又不产生化学反应 而且硬度约是 般磨料的 2 倍 热传导率约 是一般磨料的1 O 倍 因为C B N磨料 具 有 这 么多十分 良好的特点 所 以是磨削钢铁材料 理想的磨料 因此 用CB N砂轮进 行 高 效 高精磨削最有利 近年来 已成为必不 可少的 砂轮 了 用各种结合剂可配制 出 各 种 各 样 的 CB N砂轮 但是近年用于 自动化 无 人 化 生产中明显增多的要数陶瓷结合 剂 CB N砂 轮 所 以 本文主要介绍陶瓷结 合 剂 CB N 砂轮的高效高精磨削 一 陶瓷结合剂CB N砂轮的特点 陶瓷结合剂CB N砂轮是将陶瓷 原 料 粉 碎成非常微小的粉末渗入结合剂 中成为陶瓷 结合剂 再将陶瓷结合剂均匀地涂 在 磨 料 上 在非活性气氛中烧结 使结合剂玻璃化 再与磨料进行坚固地化学结合制造而成 如表1 所示 陶瓷结合剂CB N砂轮有 很 多优点 例如 固有 多 气孔 故磨削抗 力小 切削性能好 可以同时进行整形和修 整 因 结台剂具有高弹性牢 所 以在磨 削和修整过程 f l 能 尺受夫的外 J 变 J 可 以获得高精度加工表面 因 磨料与结合 一 4 0 一 剂的结合力强 磨 削到最后 磨 料 仍 有 效 砂轮府命长 因 陶瓷结合剂 耐热性 耐磨性好 可以高效磨削 也就是说 陶瓷 结合 J CB N砂轮具有 高效高精磨 削 的 理想 特点 表1陶瓷结合剂C BN砂轮特点 特 点 效 果 多 气 孔 1 有气孔 磨 削 力 小 切削性能好 2 可同时进行整形和 修整 结合剂弹性率高 1 不论磨 削还是修整 磨料 与结合剂的结 都能承受大外力 变形 小 可获得高精度加工 合力强 表面 2 通过设定 修 整 条 件 可控制磨 粒 切 削 刃 3 磨削到最后 磨粒 仍有效磨削 寿命长 结合剂耐热性和耐 1 可高效磨 磨性好 二 粒度的选择 在高效高精磨 削时 因为作用在砂 上 的负荷非常大 所 以应选用能充分承受大负 荷的砂轮 这一点对陶瓷结合剂 CB N砂 轮 出 刁 样适用 图 1 是用8 O 粒度和1 7 O 粒度CBN砂 轮 进行高效外圆横进给湿磨时磨削性 能 的 比 较 由图上 可知 粒度l 7 O 砂轮起始磨 削力 比粒度8 0 的砂轮大 稍微切除 些磨 削 量 后 其磨削力就迅速下降 而磨削工件表 粗糙 度从起始磨削到最终都与粒度8 0 砂 轮 相同 就是说粒度对表而粗糙 度没有影响 维普资讯 季 舯 囊 薯 I D 4 一 T 磨削 量I n 1 m 磨削方式 外圆横进给湿磨 砂 轮 CBN M2 0 0 VNI 3 0 0 x 1 5 I 2 7 ram 工件材料 S CM4 3 5 HRC 4 8 j 2 5 0 XL1 0 mm 砂轮速度 2 7 0 0 m rai n 工件速 度 2 7 m rai n 切 除 率 2 ram ram s C 图I 高浓度 陶瓷结合 剂CB 夕轮 的 磨 削特性一不同粒度砂 高效磨 削 盼 性 能 另外 磨 粒变化率 即没修整后的磨 粒数为 l 时 看粒度I 7 0 砂轮和粒度8 0 砂轮各 磨削后的磨粒减少比例 粒度I 7 0 i砂 轮 与 8 0 砂轮相比较 其磨粒大幅度减少 由此可以推断 在高精度磨削时 采 H 细粒度砂轮易发生磨粒脱落 砂轮 磨 损 也 多 修整闯隔就短 图2 是 粒度8 0 1 7 0 3 2 5 t 砂轮 内圆磨削时 CB N砂轮粒 嚏 与 磨 度 鞫 f 鲫 芹 l 谨 5 4 2 再 r l f f J I J l l 州s 2 e 鼬 愿 刖 匹 l 7 一 r 豁 2 7 一 x仃 Q s S 司 蕊 l 废 疯 刖 1 2 I f 6 卯 上半格 为表面粗糙度 u mRZ 下丰 格 为磨 削比 使用机床 内圆磨床 工件材料 S NCM4 2 0 H HRC 5 8 砂轮线速度 2 7 0 0 m rai n 工件线速度 7 5 m rai n 磨削液 乳状 液 修整 器 纵 进给 金 刚滚 轮 图2 高浓度 陶瓷结合荆 C BN砂 轮磨削 特性一柱度与磨削效率 削效率对磨 削特性的影响 砂轮粒度越细 可磨 削区越小 粒度 1 7 0 砂轮的磨削效率约 是粒度8 0 砂轮的士 粒度3 2 5 砂轮约 是 粒 度8 0 砂轮的士 这表明高效磨 最好 尽 量 选用粗粒度CB N砂轮 三 浓度选定 图3 是用浓度2 0 0 和浓度1 0 0 的陶瓷 结 合 剂C B N砂轮高效外圆横进给湿磨的 性 能 比 较 浓度2 0 0 砂轮与浓度1 0 0 砂轮相比 其起 始磨酗和稳定区的磨削力都较高 但表面餐 糙度Rma x 值小 其变化也小 浓 度 2 0 0砂 轮磨损也比浓度1 0 0 砂轮少 其修整阔 隔 约 是 浓度1 0 0 砂轮的6 倍 图4 是用浓度2 0 0 1 0 0 5 0 2 5 四 种 砂 轮内圆磨削时的性能比较 由图4可知 其 磨削力没有明显差异 但表面粗糙度越大 砂轮浓度越小 其变化也少 砂轮磨损也是 如此 浓度越高的砂轮其磨损也就少 就修 整闻隔丽言 浓度2 5 砂轮比浓度5 O 砂轮约短 4 倍 比浓度i 0 0 砂轮约短l 2 倍 比浓 度 2 砂轮约短2 0 倍 这表明使用高浓度砂轮高效 一 41 一 l 0 I 5 l 善 f f 量 1 5 I 嚼 维普资讯 一 口 力 口 毫 k L 磨 削方 法 外 圆横 进给 湿磨 砂 轮 CBs o M VN1 工件材料 S CM4 3 5 HR C4 8 j 2 5 0 L 1 0 ram 砂轮速度 2 7 m rai n 金属切除率 5 2 mm ram S C C 修整 器 纵进给金刚滚轮 磨 削液 水 溶性 图3 高浓度 陶瓷结合 剂CB N砂 轮 磨 削 特性 一外圃磨 削中不同浓度砂轮 的性能比较 磨削开始就能长时间保持稳定的加工精度 因此 在高效高精磨削时 应尽量使用高浓 度砂轮 图5是用粒度8 0 浓度2 0 0 的陶瓷结合 剂CB N砂轮外圆横进给湿磨时 不 同金属切 除率Z 0 5 2 ram ram S e c Z 1 5 ram ram S e c Z 5 2 ram ram S e c Z 1 0 4 fi l m ram S e c 的磨削性能的差别 随 着 金 属切除率从Z 5 2 mm ram S e c 的增加 磨削力特别是起始磨削力就越大 而表面粗 糙度和砂轮磨损并 没有那么大的变化 根据 切屑扫描显 微 照 片 可知 Z 1 0 4 mm 一 4 2 一 一 卜 p 2 O l 5 I D D 力 口 二宁 教 使 用机 床 外 圆磨床 砂 轮 CB8 0 L VN1 工件材料 S NC M4 2 0 HR C5 8 砂轮速度 2 7 0 0 m rai n 金属切除率 0 9 mm ram S e c 修整 器 纵进给金刚滚轮 磨 削液 乳状 液 图4 高浓度陶瓷结合剂CBN砂 轮 的 磨 削特性 内圆磨削中不同浓度砂 轮 的性 能比较 fi l m s e c 的磨除切屑约是Z 5 2 ram ram S e C 的 2 倍 而且锋利性总处于良好 状 态 这表明 这种砂轮从一般效率到高效率十分 广阔的磨削区域内都能实现高精磨 削 表 2 是高效外圆横进给湿磨中一般砂轮和高浓度 陶瓷结合剂CB N砂轮的性能比较 高浓度陶瓷结合荆CB N砂轮的 修 整 间 隔是一般砂轮的1 2 0 倍 磨 削比也是 1 2 0 倍 从 以上分析 我们可知 高浓度陶瓷结合剂砂 轮如何才能适合高效高精磨 削 朴 主 N 若 奇 鐾 c 每 主 帮枣漂 维普资讯 d 磨削方法 外圆横进给湿磨 砂 轮 CB8 o M 2 0 0 VNl 工件 材料 砂轮速 工 件速度 叨 除 率 3 0 0 1 5 1 2 7 ram S CM4 3 5 HR C4 8 j 2 5 0 L1 0 ram 2 7 0 0 m rai n 2 7 m mi n 0 5 2 1 5 5 2 1 0 4 mm m m Se c 磨削 液 水 溶性 图5 高浓度 陶瓷结合 齐 lj CB 轮 磨 削 特性 金属切除率与CB N砂轮 表2在高效磨 削中高浓度陶瓷结 剂 CB N砂轮千 一般砂轮性能比较 哆 整间 隔 I 磨 削比 陶瓷结合剂 C 3 N砂轮 6 0 0 r f 8 7 0 0 般砂轮 CS A8 O V 5 件 7 3 使 用机 床 外 圆磨床 磨 削方 式 横 进 给 湿 鹰 工 件材料 S CM4 3 5 HR C 4 8 5 O L1 0 ram 砂轮 线速度 2 7 0 0 m rai n 磨削 液 水 溶性 修 整 CB N砂轮 为金 刚滚轮 一般 砂 轮 为单点 金 刚石 四 修整条件的选定 如前所述 使用粗粒度 高浓度 陶瓷结合 NC B N砂轮可进行高效高精 磨 削 但是 在高效率磨削中 起始磨削力高便造成磨削 期精度下降 也就是容易磨削烧伤 裂纹以 及发生颤振的原因之一 这是高效率磨削中 使用高浓度陶瓷结合剂CB N 砂 轮 时应 注意 的重要问题之一 正确选定修整条件是 解决 这一问题的一个方 法 所 以下面叙述高浓度 陶瓷结合剂CB N砂轮修整条 件 的 选定 一 般都使用纵进给金刚滚轮修整器 实 践 证 明 用这种 修整器修整 陶瓷结合NCB N砂轮 有 良好效果 并 已取得一定实绩 图 6是高效外圆横进 给湿磨时 各种修 整 导程 0 0 5 0 1 0 0 2 0 mm r o W 的 起始磨削性能和砂轮母线形状的变化状态 首先看一下起始 磨削性能 修整移动速度越 快 也就是修整导程越火 起始磨削力就越 小 到达稳定区的磨削量也就小 相反 表 面粗糙度就大 圆度也差 加工精度下降 再看一下修整后的砂轮母线形状 修整导程 0 0 5 mm r o o w 0 1 0 mm r o w 0 2 0 mm r o w越大 砂轮表面凹凸越多 砂 轮 表 面的直线度就越差 设 以0 0 5 mm r o o w修 整导程修整后的磨粒数为1 0 0 时 看 以各种 修整导程修整后和磨削后的磨粒 变 化 率 修整导程越大 修整后磨粒数减少越多 修 整后和磨削后的磨粒减少率也就越大 就是 说 修整导程对磨削性能变化的影响很大 要想尽量降低起始磨削力获得高精度磨削性 能 设定最佳修整导程十分重要 一 43 维普资讯 2 藿 c 磨削方法 外圆横进给湿磨 砂 轮 CB8 o M2 o o VN l 工 件 S C M4 3 5 H C 4 8 j2 5 0 xL1 0 mm 砂轮线速度 2 7 0 0 m rai n 工件线速度 2 7 mm mi n 金属切除率 5 2 ram ram S e C 修整 器 纵进给金刚滚轮 廖 削 液 水 溶性 图6高浓度陶瓷 t 刺CB N砂轮 高效磨削时 不同修整导程对磨削性能 和砂 轮母 线形 状 的影 响 一 4 4 一 p t耵 r 菩 0 荣 口 D 口 D 口 2 t 含v 1 l l 雷 墨 维普资讯 1 0 挺 冒日 t 鬻 霹 旧 螟 嗍g 0 谬 摩 摩 秉 磨 粒 交 亿 睾 稚 唐脚 量 嘲 1 一 磨削方法 外圆横进给湿磨 砂 轮 CB8 O M2 o 0 VN1 工 件 S C M4 3 5 H C 4 8 j 2 5 0 L1 0 ram 砂轮 线速度 2 7 0 0 m ml n 工件线速度 2 7 m rai n 金属切除率 5 2 ram mm s e a 修整 器 纵进给金刚滚轮 磨 削 液 水 溶性 图7高浓度 陶瓷结合剂CB N砂轮用 A倍整磨 条修磨 的效果 图 7是高效外 圆横进给 磨 削 用W A修 整磨条进行修磨 其起始磨削性能和砂轮母 线形状的变化状态 用 W A 磨 条 修 磨 砂 轮的起始磨削力与不 同 W A 磨 条 修 磨 砂 轮相 比有大幅度下降 而表面粗糙度 圆度 等加工精度基本稆同 现在再看一 下 修 磨 后的砂轮母线形状 用W A磨条修 磨 砂 轮 时 砂轮表面凹凸非常岁 但 砂轮 表 面 的 直 线度不像凹凸那样差 设不喟 W A 磨 条 进 行修磨时的修整后磨粒数为 1 O 0 从 j 调与不修调时磨粒变化率可知 用W A磨条 修磨比不用W A修磨其修整后的磨粒数减少 较少 修整后 与磨削后磨粒减少率也小 就 是说 用wA修磨效果非常大 起始磨削力 大梅度下降 而且加工精度基本上不恶 化 但是 如图8 所示 在用WA修磨时 要想降 低 陶瓷结合剂砂轮起始磨 削力 并使加工精 宠 不恶化 就必须 预先选定修磨磨条的 一 45 维普资讯 合适粒度 合适的结合剂 合适的 吏用 量 等 根据扫描 电子显微照片表明 用金 刚石 滚轮修整高浓度陶瓷结合剂CB N 砂 轮 修 整导程0 0 5 mm r O w 修整切 入 量2 l m p a s s 修整后砂轮表面的磨粒和结合剂 比 较平坦 相互连接在一起 磨粒的切削刃也 不锋利 这时 再用W A修磨瞒 条 粒 度 1 8 0 结合剂H 使用 量 1 1 0 mm mm 修磨砂轮 砂轮结 刺走面下陷 磨粒突 Lj O 出 而且磨粒叨削刃变小 磨削后砂轮表面 几乎没有变化 但磨粒切削刃破 碎得 更 小 了 切 削刃也更小了 就是说 用W A修磨 砂轮后 能使结合荆下陷 磨粒突出 磨粒 切削刃更加锋利 图 9 是安装砂轮后高 效外圆滋进 磨 中采用一次修整和二次修整 再 修 整 时 修整 星 分 别 为2 g in以下 2 g m 4 g m 6 a m 8 g m和2 0 g m等6 种 并设修整寿命为 褒面粗糙度Rma x 3 a ml t j 连续席削的磨削 注 鹰芘 造 千 馊 两 席 策 l 等 一 一 一 一 一 I 1 一 黼 詹 彖 j 度 跚 林 带 帔 W A 腑 脉 卿量 M 圈8 高浓度陶瓷结合 剂CB N砂轮 的修整性 能与摩削性 能 最佳WA修磨磨 条 砂轮 的选 定 性能 次修整量越多 表面粗糙度变化率越小 当 随着二次修整嚣从 2 12 m 以 下 增 加 到 二次终整量为8 g m时 修整寿命几乎与一次 3 a m 起始磨削 力逐渐接近一次修整时磨削 修整时相同 工件 圆度和砂轮磨损的变化也 力 当二次修整量为2 0 1z m时 才恢复 到 一 基本与表面粗糙度相同 次修整时的磨削力 但随着磨削量增加 二 一 4 6 一 口 0 8 2 t S 上 蹲 6 I f 裕 D D D 9 O i 一 童u 蚓 蟮惦 j f i j 维普资讯 I 1 f 囊 0 二二 王 三 熹 罡 二 二 二 二 二 二 二 二 一 i 二 二 二二 二 二 竺 二 二 二 一 二 二 一 一 主 三 童 一 备 5 赋 印堪 细 一 百可 甫 葡有 帮 p 口 9 n 唐勘 量 磨 削方式 外 圆横进给湿磨 砂 轮 CB8 o M2 0 0 VN l 工 件 S C M4 3 5 H C 4 8 5 0 L1 0 mm 砂轮线速度 2 7 0 O re rai n 工件线速度 2 7 m mi r i 金属 切除率 5 2 mm mm S e C 修整 器 纵进给金刚滚轮 磨 削 液 水 溶性 图9 高浓度陶瓷结合 齐 CB N砂轮二次修整与磨削性能 图l 0 是 图 9中一次修整后和磨 削后的砂 轮母线形状 以及 以各种修整量进行二次修整 后的砂轮母线形状 一次修