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摘要：CBN磨料的出現(xiàn)和應(yīng)用引發(fā)了20世紀(jì)磨具行業(yè)的一次重大革命,由CBN所制作的磨具已經(jīng)深入磨削加工的各個(gè)領(lǐng)域。高精度窄深槽加工一直是機(jī)械加工的難題,研究開發(fā)新型電鍍單層CBN磨具,將會(huì)為傳統(tǒng)機(jī)械精加工工藝的發(fā)展提供有力的支持。 對(duì)于許多由難加工材料制造的航空、汽車、液壓泵等零件上有高精度要求窄深槽加工,特別是寬度為2mm以上的窄深槽加工,采用傳統(tǒng)粘結(jié)、燒結(jié)的砂輪緩進(jìn)給磨削工藝,可以通過一次磨削加工出較高精度的窄深槽。但對(duì)于寬度不大于2mm的窄深槽,采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削時(shí),磨料很容易脫落使砂輪的精度和壽命降低,為了保證加工精度,必須在加工的過程中對(duì)磨具進(jìn)行修形;由于砂輪工作部位的厚度很薄,在磨削和修整時(shí)極易破碎,而且加工成本很高。因此開發(fā)出一種具有更新?lián)Q代意義的新型磨具(電鍍單層CBN磨料磨削工具)已迫在眉睫。與傳統(tǒng)磨具相比,電鍍單層CBN磨具在制作工藝、加工精度和使用壽命等方面都顯出了很大的優(yōu)勢(shì)。
近幾年,國內(nèi)有關(guān)電鍍CBN磨具的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展,但在電鍍CBN薄片砂輪工藝研究上還處于開發(fā)階段,制作成功的高精度電鍍CBN薄片砂輪壽命低,生產(chǎn)成本過高。本文根據(jù)電鍍理論及窄深槽的磨削特點(diǎn),對(duì)電鍍CBN薄片砂輪的基體設(shè)計(jì)、制造及其電鍍工藝進(jìn)行了分析研究,并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的電鍍實(shí)驗(yàn)和磨削試驗(yàn)。 目前電鍍CBN薄片砂輪存在的主要問題是磨粒的等高性、均勻性差。
本文從分析影響磨粒等高性和均勻性的原因入手,對(duì)落砂法和埋砂法的工藝特點(diǎn)進(jìn)行了比較,提出電鍍CBN薄片砂輪的置砂工藝采用懸—埋結(jié)合的新工藝方法。然后對(duì)置砂方案進(jìn)行了設(shè)計(jì),提出鍍底鎳、置砂、加厚鍍分開進(jìn)行,置砂時(shí)砂輪基體豎放,整個(gè)過程分六個(gè)區(qū)域依次完成,每個(gè)區(qū)域同時(shí)完成兩側(cè)和圓周三個(gè)型面的置砂的工藝方案。根據(jù)置砂要求設(shè)計(jì)制造了一套電鍍夾具,從根本上解決了CBN磨粒分布的等高性和均勻性問題。依據(jù)電鍍理論、技術(shù)分析及掌握的經(jīng)驗(yàn),并進(jìn)行了電鍍實(shí)驗(yàn)。 磨削溫度高、砂輪易變形是電鍍CBN薄片砂輪磨削窄深槽的主要問題,本文從改善散熱條件和磨削表面的冷卻效果、利于減少砂輪內(nèi)應(yīng)力和糾正基體變形出發(fā)。專門設(shè)計(jì)了砂輪夾具,并對(duì)砂輪的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化;考慮到磨削時(shí)線速度較大,容易發(fā)生振動(dòng)。為此,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)砂輪做了動(dòng)平衡和靜平衡配平以及應(yīng)用有限元法計(jì)算砂輪的固有頻率,避開了共振區(qū),降低了磨削加工過程中的振動(dòng)。
為了驗(yàn)證電鍍砂輪的磨削性能和使用的可靠性,本文設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行磨削加工,先采用極差分析得出磨削用量(線速度,進(jìn)給量,磨削深度)的影響程度。在通過磨削速度、進(jìn)給量、磨削深度與粗糙度關(guān)系的直觀圖得出較優(yōu)磨削用量組合。考慮到加工效率又對(duì)極差分析的結(jié)果通過作磨削速度對(duì)粗糙度影響的單因素實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證,最后得出了磨削用量最優(yōu)組合為v=37.5m/s、ap=4mm/min、h=15mm時(shí),加工表面粗糙度值R_α=0.046μm。另外,實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了所制作的電鍍CBN薄片砂輪當(dāng)以較高的切削速度緩進(jìn)給磨削高速鋼時(shí),能加工出寬約為1.85mm、深15mm窄深槽。這表證明了本電鍍工藝能夠滿足加工工藝要求,因此,電鍍工藝懸—埋結(jié)合的方案是可行的。
