增加珩孔砂条曲面面积刀具寿命明显提高

珩磨加工是磨削加工的一种特殊形式，可以去除较大的加工余量，同时保证高精度的几何尺寸、形状误差和表面粗糙度。我厂使用格林（Gehring）珩孔机床加工双离合自动变速器从动齿轮内孔，在使用归圆修整后的新刀具过程中，珩磨砂条边缘有破碎开裂的情况，如图1所示，并在后续使用过程中破碎区域不断增加，甚至出现珩磨砂条从焊接基体脱落的情况，严重影响产品的稳定加工，单件制造成本增加。为了解决这一问题，此文将分析珩磨过程中砂条曲面的应力分布。图1

砂条破碎边缘局部放大珩孔砂条破碎开裂集中在边缘部位，呈大块的脆性崩裂，初步分析是边缘部位应力集中导致裂纹产生，裂纹扩展使砂条边缘开裂破碎；同时由于珩孔过程是砂条径向运动、圆周运动和轴向运动的叠加，其切入位置比切出位置磨损严重，表明切削刃受力较大，切入位置砂条边缘也易开裂破碎，其破碎程度也较严重。1.珩孔砂条珩磨过程珩孔砂条归圆的过程如图2所示，珩磨头胀刀机构运动到最大行程，胀紧珩孔砂条。砂轮磨削珩磨砂条外圆曲面，保证各砂条曲面同心同圆。由于珩磨头胀紧到最大行程，此时其砂条曲面半径大于珩孔加工时的零件孔半径，在连续生产珩磨过程中，砂条珩磨接触曲面半径逐渐减小，最终珩孔砂条曲面与零件孔壁完全贴合。砂条曲面变化时其应力分布模型如图3所示：图2

珩孔砂条修整归圆示意图3

贴靠时砂条不同曲面半径Rb和同一零件孔壁半径Rb接触曲面应力分布在珩孔砂条和零件孔壁贴靠接触过程中，图3a显示砂条曲面半径小于孔壁半径，应力由砂条曲面高点向两侧递减，其砂条两侧边缘应力最小；图3b显示砂条曲面半径大于孔壁半径，应力由砂条曲面高点向两侧递增，其砂条两侧边缘应力最大；图3c显示砂条曲面半径等于孔壁半径，其砂条曲面应力分布最均匀，无明显高点。以上情况说明珩孔砂条归圆应避免砂条曲面半径过大，造成边缘局部接触产生应力集中，推荐砂条曲面半径Rb≤零件孔壁半径Ra。在珩孔砂条和零件孔壁珩磨接触过程中，图4a显示如砂条曲面半径小于孔壁半径，应力由砂条曲面高点向两侧递减，且圆周切入边缘应力大于切出边缘应力；图4b显示如砂条曲面半径大于孔壁半径，应力由砂条曲面高点向两侧递增，且圆周切入边缘应力大于切出边缘应力；图4c显示如砂条曲面半径等于孔壁半径，其砂条曲面应力分布最均匀，无明显高点，且圆周切入边缘应力大于切出边缘应力。以上情况说明珩孔砂条归圆应避免砂条曲面半径过大，推荐砂条曲面半径Rb≤零件孔壁半径Ra；由于砂条珩磨切削刃部位应力较大，连续珩磨容易引起切入部分磨损过大。所以珩孔过程中应周期性地调整珩磨头圆周旋转方向，保证磨削曲面均匀磨损，因为不对称的曲面在贴靠过程中，局部接触易引起应力集中。图4

珩磨时砂条不同曲面半径Rb和同一零件孔壁半径Ra接触曲面应力分布2.试验数据和结论在砂条贴靠和珩磨过程中，珩磨砂条曲面形状和曲面应力分布呈如下规律：当工件内孔半径Ra>砂条曲面半径Rb时，其曲面受力不均匀分布更趋向于曲面圆周中心区域。当工件内孔半径Ra<砂条曲面半径Rb时，其曲面受力不均匀分布，更趋向于曲面圆周两侧区域。当工件内孔半径Ra=砂条曲面半径Rb时，其曲面受力分布更均匀。当砂条曲面半径Rb越大，其曲面圆周两侧应力越集中，边缘开裂破碎的风险越大。当砂条曲面半径Rb越小，其曲面中心应力越集中。砂条连续珩磨过程中，砂条圆周方向切入部位应力集中且磨损较大。结合以上规律，砂条曲面和零件孔壁接触区域大于80%情况较理想，可以有效减少砂条圆周边缘处的应力集中，防止砂条边缘挤压开裂和破碎的风险。新砂条归圆修整，砂条修磨曲面应和加工零件孔壁曲面贴合，避免圆周两侧边缘局部接触产生应力集中，引起边缘的开裂和破碎。同时连续珩孔磨削过程中，要周期性地调整切削方向，保证砂条圆周两侧的均匀磨损。其次连续珩磨过程中，砂条边缘逐渐锐化，需要油石修磨使其边缘钝化。为此建议采取下述方式。1）采用中心杆调整垫块，改变珩磨头胀紧后砂条圆周半径，从而改变砂条归圆后的曲面半径，保证砂条珩磨曲面和加工零件的孔壁曲面贴合区域大于80%且避免边缘接触过多。2）连续珩磨过程中，每1000件钝化一次砂条边缘，每10件换向一次珩磨圆周转动方向。3.