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【摘要】根據(jù)當(dāng)前加工窄深槽現(xiàn)狀和難題，介紹了一種新型的加工窄深槽磨具的基體設(shè)計(jì)，并用有限元對其進(jìn)行了模態(tài)分析，得出了磨具振動的頻率。
【中圖分類號】 TG74+9 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1003- 773X(2008)03- 0114- 02
引 言
高精度窄深槽一直是機(jī)械加工的難題。以前， 對普通材料零件上的寬度>2 mm的窄深槽， 通常是用切口銑刀預(yù)先銑槽， 經(jīng)熱處理后再用較薄的樹脂或陶瓷結(jié)合劑砂輪磨削加工。這種工藝加工效率低、砂輪強(qiáng)度低、剛性差、壽命短， 較難達(dá)到高加工精度。采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削工藝， 通過一次磨削熱處理后的工件時(shí)可加工出較高精度的窄深槽。對于寬度<2 mm的窄深槽，銑削加工時(shí)，成本高，精度低;采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削時(shí)，砂輪工作部位的厚度很薄，修整量大，磨削和修整時(shí)極易破碎，加工成本很高。近年來，電鍍超硬磨料砂輪廣泛用于高精度槽的緩進(jìn)給磨削。國外已用電鍍CBN砂輪在硬度HRC42的4340 鋼件上緩進(jìn)給磨削出寬1.52mm、深6.35 mm、帶有 R為0.38 mm 圓角的窄深槽。國內(nèi)也用電鍍CBN砂輪在普通鋼材上緩進(jìn)給磨削出寬1.5 mm的窄深槽。許多由難加工材料制造的航空零件， 有各種各樣高精度的型槽，特別是飛機(jī)渦輪葉片根部高精度齒槽和窄深直槽的加工， 一直是國內(nèi)葉片加工的難點(diǎn)。本文將介紹電鍍 CBN 砂輪緩進(jìn)給磨削窄深槽的磨具基體設(shè)計(jì)。
1 磨具基體的半徑設(shè)計(jì)
磨具速度增加，磨削表面粗糙度值減小，這是由于增大砂輪速度會使單顆磨粒未變形、磨屑厚度減小的緣故。高速度磨削可以提高金屬切除率，降低磨削
力、減少功率消耗，可以提高磨削效率。提高CBN磨具速度，可使工件表面粗糙度改善;磨具速度越高，工件表面粗糙度越好，切向和法向磨削力下降，這樣就減小了單個磨粒上承受的力， 因而磨具磨損減小、磨削熱可降低。但是磨具速度的增加使磨粒的最大切深減小， 切屑截面面積減小， 同時(shí)切削次數(shù)和磨削熱增加，這兩個因素均使堵塞量增加[1]。根據(jù)工藝要求磨具的線速度要到30 mps以上時(shí)，機(jī)床轉(zhuǎn)速要能達(dá)到6000rpm;為了防止機(jī)床振動帶來不利影響，我們一般選取4000rpm。這時(shí)，磨具邊緣的線速度v=πdn。d為磨具直徑，n為機(jī)床轉(zhuǎn)速。我們選d=200 mm，計(jì)算得v=41.9mps，符合加工工藝的速度要求。
2 磨具基體的厚度選擇
磨具總厚度為2 mm，考慮到鍍層和底鎳的厚度，設(shè)計(jì)的基體厚度 δ=2- 2d1- 2d2。d1為電鍍磨料粒徑，d2為底鎳厚度。一般，底鎳厚度3￣5μm，取 4μm。磨料粒度的選擇主要考慮磨削效率和工件表面粗糙度的要求。綜合兩方因素我們選擇100￣120粒度的CBN，按照GB6408- 98標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)尺寸為120￣150μm，可取最大值150μm，算得厚度δ=1.692 mm。但是考慮到砂粒的熱膨脹，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)熱膨脹大概為5μm，因此最后的厚度定為δ=1.687 mm。
3 磨具基體的建摸和有限元分析
1) 磨具建模和磨具網(wǎng)格劃分后的單元模型
2)進(jìn)行有限元分析，查看3階固有頻率。
** INDEX OF DATA SETS
ON RESULTS FILE **SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 2 477.2 1 1 1
2 7 661.8 1 2 2
3 7 696.3 1 3 3
(3)各階固有頻率磨具變形情況。當(dāng)磨具以臨界旋轉(zhuǎn)時(shí)，磨具基體受到應(yīng)力最大，應(yīng)變最大，到達(dá)“臨界”狀態(tài)時(shí)，磨具強(qiáng)烈振動，導(dǎo)致磨具壽命下降，甚至破壞磨具[2]。磨具臨界轉(zhuǎn)速和頻率關(guān)系為： n=60×f。n為轉(zhuǎn)速(rpm)， f 為頻率(Hz)。可將磨具頻率轉(zhuǎn)化為臨界轉(zhuǎn)速， 見表1。磨具的工作轉(zhuǎn)速為4 000 rpm。由表(1)可以看出， 磨具的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于臨界轉(zhuǎn)速。
磨具在這些頻率下，變形量都很小，不會導(dǎo)致磨具在工作時(shí)損壞，能夠正常工作。
4 結(jié) 論
在保證磨具制作工藝條件下，按上述設(shè)計(jì)磨具對機(jī)床損害少，磨具壽命高， 加工精度也能得到保證。
