概述

 陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪Jl+泛應(yīng)用于汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)，船用發(fā)動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)制造行業(yè)的曲軸、凸輪軸等關(guān)鍵零部件：的高效精密數(shù)控磨削加工。上個(gè)世紀(jì)90 年代，出現(xiàn)了Tj序集成的CBN數(shù)控fHl軸磨床，實(shí)現(xiàn)了一次裝夾即可完成f}ff軸主軸頸和連桿軸頸的全部磨削。日本TOYODA、德困JUNKER、德國(guó)NAXOS—U—NION、美國(guó)LANDIS等生產(chǎn)的此類數(shù)控磨床均使用高速陶瓷CBN砂輪，磨床的最高使用速度達(dá)200nl／s。德國(guó)WINTER、WENDT，奧地利的TYROLIT等公司，砂輪的使用速度都在120 m／s以上，最高使用速度可達(dá)160 m／。i、高速機(jī)床的發(fā)展要7于發(fā)相應(yīng)的高速砂輪。

 我同于上世紀(jì)90年代中期開始凸輪軸加r用陶瓷CBN砂輪的制造，在使用速度60 m／s的國(guó)產(chǎn)磨床上使用，其高速高效的特點(diǎn)未能有效發(fā)揮。本世紀(jì)初隨著高速數(shù)控磨床的不斷引進(jìn)，國(guó)內(nèi)研制的CBN砂輪使川速度達(dá)到80?n／s～125 m／s，在凸輪軸加工中得到應(yīng)用，顯示．iLll；自動(dòng)化程度高、加工效率高、加工工件質(zhì)量穩(wěn)定等明顯優(yōu)點(diǎn)，為陶瓷CBN砂輪推廣應(yīng)Jl抖J-下良好基 礎(chǔ)。

 陶瓷CBN砂輪以其優(yōu)良的磨削性能和磨削表面質(zhì)量，在高速、超高速磨削、難加J：材料的高性能磨削、高效成型磨削等加一T：領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在磨削過 程中，由于磨削力和磨削區(qū)域高溫、粘附等作用，砂輪作表面的磨粒會(huì)逐漸鈍化；同時(shí)，砂輪工作表面的磨粒會(huì)岡不均勻磨損而失去正確的原始 ，由于高速磨削的磨屑非常細(xì)小，很容易堵塞砂輪]二作表面空隙。為使CBN砂輪始終保持良好的磨削狀態(tài)，在磨削過程中必須 對(duì)砂輪進(jìn)行修整。這個(gè)問題已成為CBN領(lǐng)域中．個(gè)相當(dāng)重要的研究課題。

 CBN砂輪的修整町分為整形和修銳兩個(gè)步驟。整形是通過改變砂輪的宏觀形狀，使砂輪達(dá)到要求的幾何形狀和尺寸精度，并使磨粒尖端微細(xì)破碎形成鋒利的磨刀； 修銳則是通過去除砂輪磨粒問的結(jié)合劑，使磨粒出結(jié)合劑表面，彤成必要的容屑空間，使砂輪具有最佳磨削能力。根據(jù)具體情況，整形和修銳可統(tǒng)一進(jìn)行或 同時(shí)完成，也可分步進(jìn)行。

本文評(píng)述了陶瓷CBN砂輪的修整方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)用于數(shù)控磨削凸輪軸的高速陶瓷CBN砂輪進(jìn) 行了修整：r藝的實(shí)驗(yàn)研究。

1 高速陶瓷CBN砂輪修整方法

超硬磨料砂輪的修整方法很多，相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了大量探索和研究，但由于所用磨料是迄今為止硬度最高和次高的物質(zhì)，所以至今還沒有很好地解決超硬磨料砂輪的修整問題，制約了超硬磨料砂輪在實(shí)際生產(chǎn)巾推廣應(yīng)用。

1．1陶瓷CBN砂輪的整形方法

陶瓷CBN砂輪的整形方法較多，常川的有車削整形法、滾壓整形法、磨削整形法等，近年來義m現(xiàn)了激光整形法。

(1)車削整形法

車削整形法是采用單顆粒金剛行筆或金剛石修整片等整形r具1：削砂輪，以達(dá)到整形l l的。采用單顆粒金剛石筆修整陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪后，由?。軯瀉空間較小，切削刃較寬，磨削刃不鋒利，修m的砂輪磨削T件時(shí)，容易Hl現(xiàn)燒傷或振 紋，l天i此必須J帥|1石對(duì)修整后的砂輪表面進(jìn)行合理修銳，

會(huì)剛石片狀修整器整形采川粉術(shù)冶金方法將小粒度金剛石顆粒同結(jié)在硬質(zhì)合命幕體I：，制成片狀修整器。用金剛石片狀修整器修整CBN砂輪的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用較低， 且片狀修整器磨損后性能變化不大，整形時(shí)可以采用較大的修整進(jìn)給量而不會(huì)增大修整后砂輪的表面粗糙度，與金剛右筆整形相比具有明黟的優(yōu)勢(shì)——但車削整形僅 能于加T要求不太高的場(chǎng)合．

(2)滾壓整形法

滾壓整形法是利用旋轉(zhuǎn)的砂輪和滾胝輪之間的相對(duì)滾動(dòng)，壓裂砂輪的結(jié)合劑橋，使磨粒表面崩碎出現(xiàn)微刃、用饅質(zhì)合金或淬硬鋼制成滾』i輪，制 造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便。匠，其主要特ti是修整壓力大、修整效率及修糕精度較低、修謦后砂輪表面損傷層較深、切削刃密度較低、磨粒較尖銳、易磨損n為了降低 滾壓力，往往存滾，仨輪表而斤斜槽或螺旋槽。為避免砂輪表面產(chǎn)生周其性波紋，必須控制砂輪軸與滾輪軸的同軸度

(3)磨削整形法

磨削整形法是剛普通磨料砂輪、金剛石滾輪等與CBN砂輪對(duì)磨整形，CBN砂輪磨削低碳鋼進(jìn)行整形。普通磨料砂輪磨削整形是用綠碳化硅或白剛玉作磨料的陶瓷結(jié)合劑砂輪，在外網(wǎng)磨床l：對(duì)CBN砂輪進(jìn)行整形，當(dāng)然也可使用該方法進(jìn)行修銳。

金剛石滾輪整形是采用電鍍法或粉末冶金法制造的金剛石滾輪，與CBN砂輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)砂輪整形。修整進(jìn)給量和修整速比(金剛石滾輪線速度與CBN砂輪線速度之比)對(duì)修整后CBN砂輪的磨削性能有重要影響。采用較大修整速比修整后的CBN砂輪磨削力較小，但工件表面粗糙度較大；采用較大修整進(jìn) 給量修整后的砂輪較鋒利，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)磨削粗糙度要求和砂輪特性確定。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、滾輪耐用度高、能同時(shí)在砂輪全寬度上進(jìn)行修整、修整 時(shí)間短、修整力小、能復(fù)制形狀復(fù)雜的砂輪輪廓。

1．2陶瓷CBN砂輪的修銳方法

常用的陶瓷CBN砂輪修銳方法有自由磨粒修銳法、固結(jié)修銳工具修銳法等。

(1)自由磨粒修銳法

自由磨粒修銳法包括氣體噴砂修銳、超聲振動(dòng)修銳、彈性修銳、游離磨粒擠壓修銳和液壓噴砂修銳?？傊且蕴蓟?、剛玉或玻璃珠等游離磨粒作為修銳介質(zhì)，用各 種方法使之噴射到轉(zhuǎn)動(dòng)的CBN砂輪表面，以去除部分結(jié)合劑，形成切削刃，達(dá)到修銳砂輪的目的。由于陶瓷CBN砂輪的結(jié)合劑較硬，這種方法的修銳效率很低， 并沒有在工業(yè)中推廣應(yīng)用。

(2)固結(jié)修銳工具修銳法

固結(jié)修銳工具修銳法分為普通磨料修銳塊切入修銳、普通砂輪磨削修銳和油石修銳。

普通磨料修銳塊切人修銳是將修銳塊壓向CBN砂輪半徑方向，修銳塊磨粒的硬度足以切除CBN磨粒問的結(jié)合劑。當(dāng)CBN磨粒與修銳塊磨粒相遇時(shí)，由于CBN 磨粒硬度更高，修銳塊磨粒將發(fā)生破碎。修銳塊磨粒間隙中填滿碎磨粒有助于對(duì)結(jié)合劑進(jìn)行切削，從而使CBN砂輪上較淺的磨粒脫落，達(dá)到修銳的目的。

普通砂輪磨削修銳是用普通磨料砂輪作為修整輪，對(duì)CBN砂輪作切人式外圓磨削。

油石修銳是應(yīng)用較廣泛的修銳方法，它主要通過接觸區(qū)破碎磨粒的擠研作用去除CBN砂輪的結(jié)合劑。但油石修銳無法獲得較大的磨粒凸出高度，因此不能用于大切削用量磨削用CBN砂輪的修銳。

綜上所述，CBN砂輪的整形方法較多，其中以金剛石滾輪整形方法為好。修銳方法的特點(diǎn)是避開對(duì)CBN磨粒的作用，直接針對(duì)結(jié)合劑進(jìn)行蝕除，因此在各種 CBN砂輪修銳方法中，自南磨粒修銳法效果較好，但效率低‘川。所以，近年來經(jīng)常用同一種金剛石滾輪作為整形和修銳的工具，通過調(diào)整一：藝參數(shù)，一次裝夾 完成陶瓷CBN砂輪的整形和修銳。{＄html_Paging＄}

2 修整工藝應(yīng)用與研究

2．1影響修整效果的因素

砂輪的磨削性能與眾多因素有關(guān)，如砂輪與工件的排列方法、砂輪磨削面上磨粒的鋒利度及磨削面的結(jié)構(gòu)、砂輪與工件嚙合運(yùn)動(dòng)條件如嚙合長(zhǎng)度、磨削深度等。其 中，砂輪磨削面上磨粒的鋒利度及磨削面的結(jié)構(gòu)取決于修整效果，影響修整效果的因素包括滾輪金剛石粒度、修整條件、修整時(shí)的振動(dòng)以及砂輪修整后使用時(shí)間等。 修整條件中影響較大的因素是：修整速比，修整方式(順修或逆修)、進(jìn)給量，光修轉(zhuǎn)數(shù)。因此，通過改變滾輪修整參數(shù)，可以達(dá)到改變砂輪表面粗糙度和砂輪的磨 削性能的目的。

2．2實(shí)驗(yàn)應(yīng)用與研究

根據(jù)文獻(xiàn)所述，結(jié)合市場(chǎng)需要，筆者使用直徑中120 mill的電鍍金剛石滾輪，在TKMl20CNC／CBN高效數(shù)控凸輪軸磨床L，對(duì)直徑(b500 mill的高速陶瓷CBN砂輪進(jìn)行了修整丁藝的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)采用順修和逆修兩種方法。順修時(shí)滾輪與砂輪，接觸點(diǎn)線速度方向相同，旋轉(zhuǎn)方向相反，速差為兩 速度相減；逆修時(shí)則相反，速差為兩速度相加。金剛石滾輪自轉(zhuǎn)并隨臺(tái)架做縱向移動(dòng)，執(zhí)行單向進(jìn)給。修整模擬圖見下圖所示。

1陶瓷CBN砂輪 2金剛石滾輪

①順修時(shí)滾輪旋轉(zhuǎn)方向 ②逆修時(shí)滾輪旋轉(zhuǎn)方向

數(shù)控修整陶瓷CBN砂輪模擬示意圖

用冷激鑄鐵凸輪軸作為實(shí)驗(yàn)加Ij的1：件，要求加T后的一j輪基l列表面粗糙度為0．63斗m，，ll輪桃尖部無振紋、麥穗紋及單斜紋。。每個(gè)周期砂輪修 整總量為0．01 mm，分3次進(jìn)給，每次進(jìn)給量分別是0．005 mm、0．003 mrn、0．002 mml，前兩次的進(jìn)給較大，相當(dāng)于對(duì)砂輪型面的整形，最后一次相當(dāng)于修銳過程。

南于砂輪轉(zhuǎn)速科I滾輪轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了速比和速差，為使速比和速差在-個(gè)合適的范罔內(nèi)，滾輪速度應(yīng)隨高速砂輪的速度調(diào)高。南于實(shí)驗(yàn)用設(shè)備的滾輪轉(zhuǎn)速最高暴8400 r／min，故實(shí)驗(yàn)中剛定了陔速度為滾輪轉(zhuǎn)速，通過改變砂輪轉(zhuǎn)速來改變速比和速差。{＄html_Paging＄}

滾輪相對(duì)砂輪縱向走速對(duì)修出的砂輪表面形貌和鋒利性有直接影響，所以將該參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變量。

用修整后的砂輪加工凸輪軸工件，檢測(cè)基圓粗糙度、觀察凸輪桃尖磨削紋路作為評(píng)判修整效果的依據(jù)。表1和表2分別是逆向和順向修整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表。

表1 逆向修正砂輪實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

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表2 順向修正砂輪實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

實(shí)驗(yàn)表明，修整時(shí)滾輪與砂輪的速差是影響修整效果的重要因素。速差過大，修ij{的砂輪光滑平整，加工出的工件表面粗糙度低，易產(chǎn)生振紋和燒傷；速差過小，滾輪與砂輪之間接近擠壓狀態(tài)，砂輪表面粗糙，修銳差，不僅使T件表面粗糙，而且同樣會(huì)產(chǎn)生振紋。

在逆修方式下，m于速差是二者速度的疊加，滾輪基本起不到修整砂輪的作用，雙方磨損都較快，且表現(xiàn)出修整砂輪不鋒利，加工的工件容易燒傷，一般不建}義使 用該種修整方式。特殊情況必須采用逆修時(shí)，建議將砂輪降速修整，且速差不能大于95 m／s。推薦使用速差在85 m／s，縱向走速600 mm／min。{＄html_Paging＄}

順修方式下，速差容易控制在合理的范圍內(nèi)，修整效果好。但在速差小到l l m／s時(shí)，砂輪表面平整光滑，同樣能造成工件的振紋出現(xiàn)。所以推薦使用速差在35 nr／s，縱向走速600 mm／min。

在滾輪和砂輪速度相同的情況下，順修效果普遍優(yōu)于逆修，而且可以選用較大的縱向走速，提高修整效率。

3 結(jié)論

(1)存CBN砂輪的眾多整形方式中，以會(huì)剛石滾輪整形方法為好；各種修銳方法巾，白南磨粒修銳法效果較好，但效率低，，使川一只金剛石滾輪作為整形和修銳的Ij具，通過調(diào)襤l：藝參數(shù)，一次裝夾即可完成陶瓷CBN砂輪的整形和修銳。

(2)應(yīng)川CBN砂輪修整方法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究表明，順修的修整效果優(yōu)于逆修方式，所以推薦使用順修。順修時(shí)速差不能過小，介則容易造成磨削振紋。必須使用逆修的場(chǎng)合，速差不能過大，建議對(duì)砂輪采取降速修整。

(3)陶瓷CBN砂輪的修整工藝有待進(jìn)一步研究，同時(shí)建議加速金剛石滾輪的研究，使砂輪、滾輪及工藝結(jié)合起來才能真正推廣高速磨削技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。

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