小直径CBN砂轮的磨削特性研究

1、小直径cbn砂轮的磨削特性研究机电商情网编辑一部 供稿 添加时间：2007-5-10 16:04:34添加到我的收藏具有沟槽结构并且需要对沟槽进行精密加工的零件应川很广，如涡旋式压缩机涡旋轮、沟槽凸轮等，h前一般都是采用指状铳刀切削加工沟槽。随着这类零件结构的改进，材料的高强度、 高镀度化，加工过程简单化（铸锻件无切削成型）和低成本化以及零件加工楮度要求的提高等， 需要对沟槽进行磨削加工的悄况越来越多，但到目前为止对沟槽进行的磨削加匸几乎限于采用 盘形砂轮加工直线形状的沟槽。本研究采用帯轴的小直径cbn砂轮进行沟槽精密磨削，包括 磨削illi线形状沟槽的侧面和底面。但为了分析小直径cbn砂轮磨

2、削加工时的特性，将其分解 为侧而磨削和端面磨削两种状态分别进行研究。小直径cbn砂轮加工llll线沟槽侧面时，由于 沟槽曲线曲率的变化，砂轮与工件z间的相对曲率随z变化。冇关小直径砂轮磨削加工过程的 研究多限于内圆磨削，对于工件和砂伦札i对曲率较人的平而磨削的研究很少，所以本研究首先 进行小直径cbn砂轮平面磨削的基础研究，分析其加工特性，讨论加工参数的选择。本文在 对小直径cbn砂轮进行修整精度、加工方法研究的基础上，对小直径cbn砂轮平面磨削时， 修整方法及砂轮要索（接合剂、粒度、驶度、密度）对磨削过程的影响，参数选择等进行实验研 究，并按以上实验确定的原则选择小直径cbn砂轮要素参数分析

3、磨削效果。1实验装置及实 验方法实验装置用平而磨床改装，将平而磨床的主轴用汕雾空气式高频主轴（精匸精机公司产 品，最高转速80000r/min,输出功率28kw）替代。考虑到砂轮刚性对磨削过程的影响，取磨 削宽度为5mm,采丿ij砂轮最前端进行磨削。砂轮用杯形gc（sic）砂轮修整法（ct法）和旋转薄 片金刚石砂轮修整法（rd法）修整（表1）。冷却液为5%水溶性乳化液，采用顺切方式磨削。工 件材料为铸铁，尺寸为125mmx45mmx5mm（lxhxw）o磨削力用平行平板式测力仪测量，砂 伦磨损值采用碳片复吗砂伦表而示用表而糙度测址仪测取，c加匸表而粗糙度采用东京精密surfcom 1020c农

4、面粗糙度仪测量。各种因素对磨削过程的影响通过对已加工 表面粗糙度rz(pm).砂轮濟损值(砂轮半径 减小量)wr(um)和单位磨削宽度的法向磨削 力fn(n/mm)随磨粒累积切削长度lc(m)的变 化进行分析和比较。在砂轮一转中磨粒的切 削弧长(砂轮与工件的接触弧长)lg(mm)和磨表1砂伦修整参数杯形砂轮修整法(ct)旋转金刚石砂 轮修整法(rd)砂轮cb 170 p 180vn1gp(d8xw17)修整器gc120h75sd120m(d70xt1)(d34xh18xt30)砂轮速度(m/s)8.3710修整器速度(m/s)0.53-10修整进给速度(m/min)0.20.3修整切入量(pn

5、/行程)21050粒累积切削t度lc(m)由式(1)、(2)求得。式中：d砂轮直径，mm ap磨削深度，mm v 磨削进给速度，m/min l 工件磨削长度，mm n 砂轮转速，r/min 2实验结果分 析lg=(dxap)%(1)lc=lx(n/v)xlgx10-6(2)砂轮修整方法的影响不同砂轮修整方法修整的砂轮像削实验结果见图仁由图口j见，相同磨削 条件下旋转金刚石砂轮修整法(rd)与gc(sic)杯形砂轮修整法(ct)相比较，rd法的已加工表 面粗糙度值明显减小，但随磨粒累积切削长度lc的增人而增人，磨削力值增人，砂轮燃损值略 微减小。rd法己加丄表面粗糙度值随辭粒累积切削长度快速增大

6、和轉削力随轉粒累积切削长 度快速减小对小直径cbn砂轮磨削过程的稳左性产生不利影响。经过对小直径cbn砂轮修整 过程的观察分析，由于rd法修整器为旋转金刚石砂轮，在砂轮修整过程中金刚石磨粒既去除 t cbn砂轮的接合剂使磨粒切削刃突出，也会切削cbn磨粒的棱角产牛:平而或使cbn磨粒 破碎，同时金刚石濟粒对cbn磨粒的修整作用力对较突出的cbn濟粒周围的接合剂启一定程 度的损伤，削弱了 cbn解粒的保持力。而ct法采用磨粒硬度比cbn w粒软的sic砂伦，修 整过程用游离sic磨粒对cbn砂轮表面进行梳理去除比它软的cbn砂轮的接合剂，对比它硕 的cbn解粒只起修锐作川，小直径cbn砂轮采川c

7、t修整法口j以得到良好的砂轮磨粒状态，磨削过程比较稳定。所以小直径cbn砂轮采用杯形砂轮修整法(ct)修整较好，以后的实验屮均米用ct法修整。砂轮接合剂的影响山于cbn砂伦的接合剂各有特点，女(1 金属接合剂砂轮具有较大的 磨粒保持力，树脂接合剂砂轮 的接合剂材料可以产生微弱 的弹性变形、增大磨削过程中 砂伦与工件的接触弧长，而陶 瓷接合剂砂轮具有气孔结构 磨粒切削刃锋锐且便于修整,图1砂轮修正方法诊响m 4 bum)cbuanaivwimiai凶此分別选用金属接介剂(m40)、树脂接合剂(bw6)和陶图2砂轮接合剂的影响瓷接合剂(vn1)的小肓径cbn砂轮进行实验，结果示于图2。即使在v=0

8、.625m/min, ap=0.0 2mm的轻煙削条件下，树脂接合剂砂轮和金属接合剂砂轮都急剧磨损无法继续磨削，只有陶 瓷接合剂砂轮的磨损值最小，己加工表面粗糙度值也最小，所以小直径cbn砂轮选川陶瓷接 介剂冇较好的磨削效果。但提高陶瓷接介剂小直径cbn砂轮的磨削进给速度，砂轮磨损、已 加工表面粗糙度值和磨削力均随z显著增大。砂轮粒度的影响小直径cbn砂轮磨削时砂轮 粒度对磨削过程的影响如图3所示。一般磨削过程屮选用细磨粒的砂伦可以期待得到较小的已 加工表面粗糙度值。但由图可见，对于小直径cbn砂轮的磨削过程则是随砂轮粒度由230#、 325#、400#的顺序细化，已加工表面粗糙度和砂轮磨损依

9、此顺序增人，磨削力减小。对以上采用不同的砂轮修整方法修整砂轮、不同接介剂以及不同砂轮粒度的实验结果进行归纳分析, 小直径cbn砂轮磨削过程有如卜特征。随着磨粒累积切削长度的增加，己加工表面粗糙度值 增大、砂轮磨损值直线增大，但是磨削力保持不变甚至缓慢减小。经过对砂轮表面cbn磨粒 状态的追踪观察，发现小直径cbn砂轮在磨削过程中发生了 cbn磨粒的早期脱落，并口 cb n磨粒的脱落是一个连续过程，在磨粒突出高度相近的相邻磨粒之间，一个磨粒脱落示下一个 熾粒随z脱落，接着再下一个磨粒脱落，同吋突出高度较高的磨粒加入切削，总的使砂轮有效 切削磨粒数量减少。因此，伴随砂轮磨粒的脱落砂轮半径持续减小（

10、砂轮磨损增人）、磨削力不 变或减小，已加工表面粗糙度恶化。cbn磨粒的早期脱落使小直径cbn砂轮无法发挥cbn 解粒锋锐、耐辭性好的特长，导致小直径cbn砂轮过早失效，这止是小直径cbn砂轮平|rij磨 削过程的问题所在。防止和减少小肓径cbn砂伦磨粒的脱落是提高其磨削性能的有效措施。根据以上分析，可以解释陶瓷接合剂砂轮有较好磨削效果是因为其具有气孔结构、接合剂耐热 性和强度较高，对cbn磨粒有较人的把持力。小直径cbn砂轮磨削时细粒度砂轮的己加工表 面粗糙度反而增人的原因是由于砂轮的脱落型磨损，砂轮磨粒变细，单个磨粒与接介剂的联接 血积减小，磨粒的被保持力减小，磨粒脱落加剧，所以小直径cbn

11、砂轮不宜于选择比230#细 的粒度。砂伦硬度的影响为了抑制小直径cbn砂伦磨粒的脱落，选择硬度以0、p、r顺次 提髙的小直径cbn砂轮，实验结果示于图4。由图可见，砂轮磨损顺次减小、磨削力顺次增 大，硬度增人到r时己加工表面粗糙度明显减小并且比较稳定。从己加工表面粗糙度、砂轮磨 损和磨削力随磨粒累积切削氏度的变化特征可以认为，在小直径cbn砂轮硬度达到r时仍然 存在磨粒脱落，但已向砂轮正常解损状态过渡。所以选川新的接合剂配方改进小直径砂轮制造匸艺，以提高磨粒的保持力减少磨粒脱落是小肓径cbn砂伦要素参数设计的方向。n is -十日3囱*袂畑出4济fwctwvii w» rmtd 亠

12、twmr 亠口图4砂轮硬度的影响剂的 影响图5砂轮磨粒密度的影响剂的影响图3砂轮粒度的影响图6砂轮要索参数设计改 进效果剂的影响砂伦第粒密度的影响砂轮騎粒密度对轉削过程的影响结果如图5所示，騎削进给速度不同时 磨粒密度对磨削效果有不同的影响，在v=0.625m/min的低速进给、砂轮密度在150%时有最 佳的磨削效果，而在较高进给速度v=2.5m/min时以高密度为好。砂轮密度对僭粒保持力冇一 定的影响，对磨削过程的影响表现为，低密度可以获得锋利的磨粒切削刃，而高密度可以减缓 砂轮磨损，较低濟削进给速度时，单个懈粒切削深度小，磨粒较少脱落，砂轮在接近正常状态 卜屛削，密度150%时屛粒达到了最佳的切削状态，磨削进给速度提高则砂伦单个磨粒切削深 度增大，磨粒容易发牛脱落，砂轮磨粒高密度有利。小直径cbn砂轮要素参数