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電鍍CBN磨具的基體設計
王典國宮曉琴呂明
(太原理工大學機械工程學院山西太原030024)
【摘要】根據(jù)當前加工窄深槽現(xiàn)狀和難題，介紹了一種新型的加工窄深槽磨具的基體設計，并用有限元對其進行了模態(tài)分析，得出了磨具振動的頻率。
【關鍵詞】CBN磨具;磨粒粒度;固有頻率
【中圖分類號】TG74+9【文獻標識碼】A【文章編號】1003-773X(2008)03-0114-02
0引言
高精度窄深槽一直是機械加工的難題。以前，對普通材料零件上的寬度>2mm的窄深槽，通常是用切口銑刀預先銑槽，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、砂輪強度低、剛性差、壽命短，較難達到高加工精度。采用普通砂輪緩進給磨削工藝，通過一次磨削熱處理后的工件時可加工出較高精度的窄深槽。對于寬度<2mm的窄深槽，銑削加工時，成本高，精度低;采用普通砂輪緩進給磨削時，砂輪工作部位的厚度很薄，修整量大，磨削和修整時極易破碎，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給磨削。國外已用電鍍CBN砂輪在硬度HRC42的4340鋼件上緩進給磨削出寬1.52mm、深6.35mm、帶有R為0.38mm圓角的窄深槽。國內(nèi)也用電鍍CBN砂輪在普通鋼材上緩進給磨削出寬1.5mm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。本文將介紹電鍍CBN砂輪緩進給磨削窄深槽的磨具基體設計。
1磨具基體的半徑設計
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30mps以上時，機床轉(zhuǎn)速要能達到6000rpm;為了防止機床振動帶來不利影響，我們一般選取4000rpm。這時，磨具邊緣的線速度v=πdn。d為磨具直徑，n為機床轉(zhuǎn)速。我們選d=200mm，計算得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2mm，考慮到鍍層和底鎳的厚度，設計的基體厚度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標準，相應尺寸為120￣150μm，可取最大值150μm，算得厚度δ=1.692mm。但是考慮到砂粒的熱膨脹，根據(jù)經(jīng)驗熱膨脹大概為5μm，因此最后的厚度定為δ=1.687mm。
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，見圖1。
2)進行有限元分析，查看3階固有頻率。
**INDEXOFDATASETS
ONRESULTSFILE**SETTIME/FREQLOADSTEPSUBSTEPCUMULATIVE
12477.2111
27661.8122
37696.3133
(3)各階固有頻率磨具變形情況。當磨具以臨界旋轉(zhuǎn)時，磨具基體受到應力最大，應變最大，到達“臨界”狀態(tài)時，磨具強烈振動，導致磨具壽命下降，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4000rpm。由表(1)可以看出，磨具的工作轉(zhuǎn)速遠低于臨界轉(zhuǎn)速。
磨具在這些頻率下，變形量都很小，不會導致磨具在工作時損壞，能夠正常工作。
4結(jié)論
在保證磨具制作工藝條件下，按上述設計磨具對機床損害少，磨具壽命高，加工精度也能得到保證。
參考文獻
[1]朱山民，陳已珊.金剛石磨具制造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.
[2]《電鍍用材料和設備手冊》編寫組.電鍍用材料和設備手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1989.
