《关于超精加工》PPT课件

关于超精加工 一基础知识 2020 4 7 2 超精加工的几个关键点 具有金属切削的基本功能基准面的确定工件的转动速度油石摇动频率 稳定夹持 脱粒性 加压 对中油石的充分的润滑充分的冷却带走切屑磨加工的质量 2020 4 7 3 超精加工的基本目的 去掉磨加工的痕迹修正滚道的圆度修正滚道的截面的形状提高滚道的粗糙度改善滚道的纹理避免支承痕迹的产生降低轴承噪声 2020 4 7 4 超精加工对设备的要求 整体刚性必需的摆头频率避免自身的震动切削用油的清洁度合适的喷嘴位置油石夹的耐磨移动台的精确定位压紧轮 2020 4 7 5 超精加工的主要特点 2020 4 7 6 超精加工的三个阶段 超精加工一般可分为三个阶段 切削阶段半切削阶段光整阶段 2020 4 7 7 切削阶段 油石表面与粗糙滚道表面的凸峰接触时 由于接触面积较小 单位面积上的压力较大 在一定压力作用下 磨石首先受到工件的 反切削 作用 使磨石表面的部分磨粒脱落和碎裂 露出一些新的锋利的磨粒和刃边 与此同时 工件表面的凸峰受到快速切削 通过切削与反切削作用除去工件表面上的凸峰和磨削变质层 这一阶段被称为切削阶段 在这个阶段切除了大部分的金属余量 2020 4 7 8 半切削阶段 随着加工的继续进行 工件表面逐渐被磨平 这时 磨石与工件表面接触面积增加 单位面积上的压力减小 切削深度减小 切削能力减弱 同时 磨石表面的气孔被堵塞 磨石处于半切削状态 这一阶段被称为半切削阶段 在半切削阶段工件表面切削痕迹变浅 并出现较暗的光泽 2020 4 7 9 光整阶段 这是超精加工的最后阶段 随着工件表面被逐步磨平 磨石与工件表面的接触面积进一步增大 并且 磨石与工件表面之间逐渐被润滑油膜隔离 单位面积上的压力很小 已不足以使磨石自锐 切削作用减小 最后趋于自动停止切削 这一阶段被称为光整阶段 光整阶段工作表面无切削痕迹 出现全面光泽 2020 4 7 10 2020 4 7 11 内 外圈沟道超精不良分析 光泽 没有光泽 滚道整体光泽不良滚道两侧光泽不良滚道中央光泽不良 2020 4 7 12 内 外圈沟道超精不良分析 磨痕残留 发生磨痕残留 滚道整体发生磨痕残留滚道两侧发生磨痕残留滚道单侧发生磨痕残留沟道表面发生点状磨痕残留 发生划痕现象 砂轮磨粒划伤目视正常但高频不良 2020 4 7 13 内 外圈沟道超精不良分析 圆度波纹度 低频不良 测定器测出三角以上的棱圆波纹度仪测出三角以上的棱圆 椭圆发生 所有工件均发生椭圆偶尔发生 2020 4 7 14 内 外圈沟道超精不良分析 沟R 沟R尺寸变大 沟R尺寸变大沟R尺寸变小 沟R形状畸变 沟单侧畸变 2020 4 7 15 内 外圈沟道超精不良分析 工件不回转 工件不回转现象发生 工件转动完全停止加工中途停止 2020 4 7 16 内 外圈沟道超精不良分析 沟道伤 滚道肩部伤滚道中部伤 连续发生有时发生在高音响等级时 2020 4 7 17 不良分析时的注意点 进行超精加工时应注意内 外滚道品质不良状况的不同点前工程的加工精度左右着超精加工的品质 必须充分认识到前工程的品质状况 表面粗糙度 沟R尺寸 形状 圆度 偏心 平行度等 以及外径 内径 平面的精度对超精加工的影响在使用CBN 立方氮化硼 油石时 必须确保滚道R尺寸的精度 因为CBN油石消耗量极小 难以适应过大的滚道R尺寸的变化 2020 4 7 18 不良分析时的注意点 超精加工是将油石压滚道面上形成加压切削的过程 油石压力的变化是保证超精加工的要因 应将设备的振动 各相关零部件的松动 间隙量等控制在最佳的程度 以保证加工的稳定性 轴承的品质取决于钢球与钢球运动的滚道面品质的优劣 滚道的加工既重要又非常困难 所以要充分学习与实践 做到理论与经验同时掌握 品质问题的特性之间有着相互的联系 很多时候不同的问题可能原因是相同的 所以必须熟悉超精加工的机理 2020 4 7 19 关于超精加工 球轴承滚道面的超精加工方法是采用油石在高速回转的滚道面上摆动 使滚道面形成镜面状态的精细加工球轴承的滚道面的精度对轴承的回转的稳定 本身的寿命 音响等都非常重要 是轴承品质的最重要的决定性因素最近客户对轴承低噪音运行的要求更为严格 这就要求滚道表面的粗糙度 需要加工到目前为0 005 Ra 2020 4 7 20 工件的支承 压紧轮方式 2020 4 7 21 工件的支承 压紧气缸方式 支承 2020 4 7 22 工件的支承 双滚轴方式 2020 4 7 23 关于基准 偏心设定的基准工件偏心量的基准对内 外圈是相同的 由支承支持外圈的支承在外径面内圈的支承在内径面支承的偏心量 工件与主轴中心 O 位的偏心量为0 1 0 15mm左右 2020 4 7 24 偏心示意图 采用气缸压紧方式时 压紧盘的偏心量在主轴与工件的中间位置进行测试 2020 4 7 25 偏心示意图 气缸压紧方式 主轴 工件 压紧盘 的偏心调整 F工件被向下压紧 工件的转动 带动气缸的转动 所以气缸会向上跳动为了固定气缸要反方向压住工件 使之产生抵住支承的效果当气缸偏心过大时 回转转矩减少 会造成不回转的现象 2020 4 7 26 有芯与无芯的不同 有芯 油石的旋转中心一定无芯 旋转中心变动 有芯超精是以沟R中心摇动进行加工 摇动轴中心和沟R中心重合 当油石产生磨耗时 油石被押出补偿磨耗量 因此油石始终在沟R中心摇动 所以沟R形状不会变畸 无芯超精是油石固定在夹具上 并因油石的磨耗是摇动中心不断变化 因此称为无芯超精 就品质来说 由于油石中心的变化直接影响到沟R形状的变化 因此必须经常调整油石固定的位置 2020 4 7 27 超精加工基本条件 超精加工条件是在设备没有油石整形装置 修整器 在磨削工件的过程中油石表面由锋利逐渐钝化 这时既要保证一定的切削又要保证安定的品质 一次超精加工是轴承磨削工程中最困难的工程 所以必须始终保证稳定的机械加工条件 特别是振动与工件的回转 油石 精研油以及前工程的精度 表面粗糙度 形状 等等 2020 4 7 28 油石与超精加工方法 为了减少油石的交换频率愈来愈多使用CBN油石 因而产生与使用条件不完全符合和安定性差的问题 氧化铝油石虽然过去的实绩比较安定 但是也有与使用条件不符合的新问题理解CBN油石的与氧化铝油石的加工工艺的不同点是十分重要的 2020 4 7 29 氧化铝与CBN加工过程的状态 2020 4 7 30 油石的消耗 油石消耗的条件 氧化铝油石要在5 以上CBN油石在0 5 1 的程度比较好为了保证切削能力 氧化铝油石必须消除油石磨粒钝化的状况 形成锋利的切削刃对粗糙的工件表面是依靠油石锋利的磨粒进行磨削 不同的粗糙表面相应有不同的磨削量 钝化的磨粒最终产生超精的效果靠磨粒的粗细和对油石施加压力的大小 对工件进行切削 靠细的磨粒实现抛光 2020 4 7 31 磨削量与加工变质层 变质层就是拉应力层超精研加工的目的是形成供钢球运转的滚道面和消除影响轴承寿命的 在内 外圈滚道磨削过程中产生的加工表面变质层 使表面脱碳数微米而导致表面硬度降低 在外圈滚道磨削中使用了CBN砂轮 被加工表面产生了由拉应力变为压应力的变化 这就意味着加工表面变质层变得很薄 但是 磨削量基准的减少 虽仍能保持轴承的音响水平在较高的水准 超精工程的品质是否能得以维持 就完全取决于前工程的加工精度 2020 4 7 32 磨削量 磨削量是根据油石的磨耗状况来决定的 对使用有芯机械的场合随着油石芯高向上的调节 沟R将变大 如果向上调节量过大 则会导致沟R形状变畸现象出现 2020 4 7 33 设定适当的磨削量 滚道粗糙度 0 3 0 4 Ra 1 5 2 MAX 最大变质层 1 3 范围最大必要磨削量 2 3 2 10 通常管理状态 确保 8 沟R尺寸越大 磨削量相应增大 2020 4 7 34 磨削量与油石加压的关系 根据加工条件的变化来决定 如 油石 加工件表面粗糙度 加工条件 机械振动 切削油等 特别是加工条件 调整状态以外的原因 油石的变化油石粒的结合力 结合剂强度 添加剂的均匀性 组织的均匀性等 2020 4 7 35 磨削量不稳定的问题点 当研磨到磨粒钝化时 即使加压也没有磨削量异常加压至超越临界压时 促使油石粒脱落 不能磨削抛光滚道表面过于光洁 切削领域就变小 不能磨削即使延长加工时间钝化的磨粒也不能磨削 2020 4 7 36 加压和机械振动 滚道表面粗糙度的离散度大 表面异常粗糙 砂轮修整后的磨粒伤等 机械振动的变化 发生震动以及修理后振动的减少等 机械振动的影响机械振动造成给油石的附加压力 导致油石的加压离散度大 由于振动的影响使油石叩击滚道表面 造成磨粒出现过早脱落 为此难以形成磨粒钝化因而无法磨出光泽 2020 4 7 37 油石的结构 为增加超精油石的切削性 要增加油石内的气孔 气孔剂的使用会使切削粉末用意排出 同时 将硫黄放入气孔内 当求削时产生热熔化的硫黄就起到了润滑的作用 从而防止磨粒钝化 2020 4 7 38 切削油 切削油的油脂成分减少 润滑性变差是导致切削表面粗糙的原因 含有的油脂成分是使油石磨粒与工件表面充当润滑剂 并在支撑与工件之间起润滑作用 如果润滑作用受到破坏 研削过程中产生的研削屑就会熔着在油石表面 并使外径表面产生支撑痕迹油脂成分过多会导致粘度增大 造成工件不能顺利转动应定期确定油脂的成分 确保适当的油脂状况 委托生产厂家 2020 4 7 39 关于主轴转数和油石摇动数的关系 球轴承滚道面的精研是通过油石在旋转的滚道面上摇动来实现的 油石粒在滚道面斜向运动形成具有交叉纹理的良好精研表面 加工工程 磨粒锋利磨削 磨粒钝化精研 抛光精研加工 一定 转速在100m 500m 高速 400 1500cpm 低速 40 150cpm 高压 1 5 2 5kg cm2 低压 0 5 1 5kg cm2 主轴回转 油石摇动 油石加压 2020 4 7 40 加工条件例 2020 4 7 41 油石的宽度和厚度 油石的宽度设定为 滚道宽度 2 18 油石摆动后 油石面不能完全进入沟道中当油石宽度小于设定时 与油石夹间产生松动 容易产生肩伤 同时中心偏差的发生会导致端面磨痕当油石宽度大于设定时 由于油石面两端产生台阶 容易发生磨痕现象根据使用后油石的形状 确认偏心与油石的宽度尺寸 2020 4 7 42 油石厚度和沟R及留量的关系 厚度过大有在磨削阶段会导致沟R形状变畸 原因是由于接触面积加大 油石粒增多 切削力也增加了在磨削阶段难以达到精磨面要求 油石钝化阶段延迟出现 沟R形状产生变畸 油石过大的部分端心高产生位移厚度过窄时难以磨削 磨粒钝化阶段提早出现 2020 4 7 43 多孔性油石 目前大多采用多孔性油石进行超精加工 他的切削性 精加工面 油石磨耗面等特性均表现良好 但当切削条件不良和磨削不能正常进行时会产生磨痕 2020 4 7 44 油石的磨耗与加工品质 从精研加工的原理来看一定量的油石磨耗是必要的由于精研加工没有对油石进行修整的装置 为了得到重复的自锐作用和安定的加工品质 油石的脱落量至少要有一粒的厚度尺寸3000 的油石约为4 5 氧化铝油石 DG 的必要的最低磨耗为7 10 一个循环 如果磨耗在5 以下就会造成加工品质的不安定 如磨削量的离散 磨痕现象 光泽等 2020 4 7 45 油石的磨耗与加工品质 CBN油石因为在磨削的同时实现光饰 磨耗量很小 价格也很贵 如果能控制在0 3 1 范围内 就称为稳定的油石 但是由于机械振动等原因的影响 油石消耗大多在2 3 之间 导致因成本过高而不采用 为了使使用CBN油石的机械安定 要尽量控制靠油石的加压和摆动产生的切削状态所带来的机械振动 2020 4 7 46 油石作用面的确认方法 油石表面可以在显微镜下观察 仔细观察油石气孔状况 表面有缺陷时是最差状况 有必要进行马上调整作为确认油石加工状态的方法有 磨削量 光泽 磨削残留的状况的确认 一般不观察油石的表面 看油石的表面能判断出是否是安定的加工 2020 4 7 47 油石作用面与超精结果 正常状态 油石气孔堵塞 光泽与磨削量均良好 过分光亮 磨削量不良 光泽不良 过分磨削 光泽零散 磨削量不安定 表面缺陷 未形成油石气孔堵塞 油石气孔严重堵塞 过分光亮 磨削困难 2020 4 7 48 油石与油石卡座的间隙 油石与油石卡座的间隙同油石尺寸公差有直接的关系在横向 摆动面方向 尺寸大小在不大于0 3 0 5mm的程度要考虑沟道本身偏心的最大值在 0 5mm左右 如果可以的话在横方向使用O型圈来减少振动间隙过小和端面磨痕过多会发生同样的现象 2020 4 7 49 油石位置与加工品质 油石的磨削角度 2020 4 7 50 油石的开发 利用CBN油石和金刚油石的混合开发的一种新油石 在一次超精加工中使用有很好效果这是一种利用不同油石粒具有不同的锋利程度 利用CBN切削 金刚石抛光的超精油石在与CBN相同的机械条件下使用 但特别要注意振动的管理超精面粗糙度在0 02 范围基本成分 CBN4000 80 95 金刚石6000 5 20 关于超精加工 二不良分析与对应 2020 4 7 52 没有光泽 1 整体光泽不良 2020 4 7 53 没有光泽 2 两端不出光泽 2020 4 7 54 没有光泽 3 中央部不出光泽 加工时产生的研磨屑被加工时产生的热量熔解 会熔着在油石表面 叉精研加工中出现油石表面缺陷时 对加工品质影响最大 应认真对应 2020 4 7 55 磨痕残留 1 发生磨痕残留 整体的光泽过度发生磨痕残留现象 2020 4 7 56 磨痕残留 2 两端发生磨痕残留现象 2020 4 7 57 磨痕残留 3 单侧发生磨痕残留现象 2020 4