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CBN 砂轮磨削锭杆的试验研究T he Experi m en tal Study on Grinding the H ead of Ingo t Rod by CBN W heel中原工学院(450007) 彭竹琴 张瑞杰 陈剑飞 张照军【摘要】分别用CBN 砂轮和棕刚玉砂轮对锭杆锭尖进行磨削加工试验,并对2种砂轮磨削后的尺寸形状精度、表面粗糙度、表层金相组织及显微硬度进行了测试、分析和对比。
试验结果和生产实践均表明,锭杆锭尖经CBN 砂轮磨削后,表面尺寸形状精度和表面粗糙度均得到了明显改善,而且不产生烧伤,生产效率也大大提高。
关键词 CBN 砂轮 磨削 锭杆加工Keywords CBN w heel ,grinding ,ingo t rod m ach ine 锭子是环锭细纱机的重要部件,而锭杆是锭子的关键零件。
因锭杆高速回转,锭杆尖部与锭底的球半径相互配合而形成一对摩擦副,使锭杆尖部受到长久的、强烈的摩擦与磨损,这就要求锭杆尖部有足够的硬度、高的制造精度及低的粗糙度。
随着高速锭子的发展,对锭尖表面的精度和粗糙度要求越来越高,目前大多数生产厂家仍采用普通棕刚玉砂轮对锭杆锭尖进行磨削加工,但磨削过程中存在着表面粗糙度低、易烧伤、生产效率低等缺点,制约着锭杆的加工精度、生产效率及使用寿命。
为此,本文对CBN 砂轮代替棕刚玉砂轮磨削锭杆锭尖进行了试验研究,试验结果及生产实践均表明,锭杆锭尖经CBN 砂轮磨削后,表面质量得到明显改善,生产效率有较大提高。
锭杆及其磨削 锭杆属于大批量生产零件,使用GC r 15钢来制造,其形状尺寸如图1所示。
要求锭尖硬度在HRC 62以上,粗糙度为R a 0.4Λm ,尺寸精度为IT 8,图1 细纱机锭杆零件图传统的锭杆最后加工工序是在锭杆专用磨床上,分别用粒度100#、170#,宽40mm 的棕刚玉砂轮随锭杆夹具的回转运动进行成型磨削的粗加工和精加工。
但用棕刚玉砂轮磨削时存在以下缺点:1.由于棕刚玉砂轮锋利保持性差,磨耗大,故批量生产时工件尺寸分散度大,使进一步提高锭杆锭尖外形精度变得非常困难;同时因锭杆锭尖尺寸小,磨削温度高,磨削表面极易产生较大的残余拉应力而降低工件的疲劳强度,甚至产生变质层和造成表面烧伤。
影响cbn砂轮磨削振纹的主要原因及对策
CBN砂轮磨削要求机床有足够的刚性、砂轮保持足够的稳定状态，否则容易产生磨削振纹。
1. 振纹产生机理
凸轮轴磨削中振纹的产生源于机床的振动。
进一步分析，振动可以分为由砂轮高速旋转引起的机床共振，包括砂轮轴的动不平衡、零件轴的偏心等;也有可能是砂轮磨削时磨削力的变化产生的颤振，主要由砂轮与工件的相互作用造成。
CBN的硬度高于普通磨料，高硬度使得它切削能力更强、更锋利;同时CBN具有很高的耐磨性，它比普通磨料更难磨损。
由于CBN砂轮能够长期保持磨粒微刃的锋利性，会使被加工工件的加工精度和表面粗糙度都达到较为理想的效果，砂轮磨削能获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。
CBN砂轮修整周期长、修整量较少、更换时间长且无需经常更换和修整砂轮，故可节约工时，工作效率高、综合经济效益好。
但另一方面CBN砂轮线速度很快，砂轮—工件（凸轮轴）—机床整个系统若产生振动，工件磨削表面容易产生振纹。
2. CBN磨削振纹的分析与解决
在上述中，为解决CBN砂轮磨削振纹问题，我们从机床刚性、砂
轮选用、安装精度的控制、砂轮动不平衡量的检查等几个方面进行了分析。
爱磨仕产品为匹配不同磨削条件提供了多种CBN砂轮方案，能够帮助客户有效解决磨削振纹问题。
CBN砂轮在磨削加工中的应用CBN材料除用来制作刀具外，其最大的应用领域还是制成CBN磨具，用于高速高效磨削和珩磨加工，可使磨削效率大大提高，其磨削精度和质量提高一个等级。
1.磨削汽车零件--凸轮轴和曲轴汽车发动机上的凸轮轴具有多个凸轮，淬火后的凸轮粗磨及精磨是影响凸轮质量的关键工序。
一般都是采用靠模仿形磨削，工件速度的提高受到限制，工件易产生磨削烧伤裂纹，采用靠模仿形磨削，其凸轮表面的轮廊曲线要受砂轮直径大小的影响，所以很难保证凸轮轮廊曲线的正确。
生产实践证明，当砂轮直径大时，磨出的凸轮瘦，当砂轮直径小时，磨出的凸轮胖，只有当砂轮直径接近或等于磨削靠模凸轮的滚轮直径时(一般为φ570mm)，其仿形误差接近于零，即磨出的凸轮表面轮廊曲线接近于靠模凸轮。
在实际生产中，所用的砂轮直径一般都是从D600(或610)用到D500，与理想的砂轮直径(570)相差甚多，所以生产中总有大部分凸轮轴的凸轮曲线超标。
为解决这个问题，我们在靠模仿形凸轮磨床上采用CBN砂轮磨削，可把CBN砂轮直径制成D575，CBN磨料层厚为4～5mm，其磨轮的磨削最小直径是D565，磨削直径范围虽然只有10mm，但磨削零件数却相当于几十片普通砂轮，不仅可保证凸轮曲线正确，而且也不会产生磨削烧伤现象。
如Liton工业自动化公司用CBN砂轮磨削凸轮轴，其成本降低了50%，凸轮表面的疲劳强度提高了30%；东风汽车公司襄樊柴油发动机厂用陶瓷结合剂CBN砂轮粗磨冷激铸铁凸轮轴，其凸轮磨削余量t=4～5mm，υ砂=60m/s，工件转速n=100r/min,υf=0.1mm/s，采用高速磨削液，CBN砂轮的寿命基本相当于20片刚玉磨料砂轮。
2.CBN砂轮在内孔磨削中的应用内圆磨削的效率一直很低，其主要原因就是磨削速度、砂轮材质及磨杆的刚性问题。
生产过程中用在修整砂轮、更换砂轮的时间几乎占了单件工时的1/3～1/5。
如果内圆或沟槽磨削采用CBN电镀砂轮，并把砂轮速度提高，增大磨杆直径，便可适当提高工件转速与进给速度，不仅可保证孔(弧)径、槽宽尺寸与形位精度，表面粗糙度和避免烧伤，而且还可以成倍地提高加工效率，降低加工成本。
探讨CBN砂轮在轴承磨加工中的应用[摘要]CBN砂轮可以解决高硬度材料的切削加工，CBN砂轮在加工作业中的应用，不仅能减少能源消耗，还能极大提高工作效率，在当前的加工作业中被广泛采用。
随着加工作业的发展以及科学技术的进步，陶瓷结合剂CBN砂轮在轴承磨削加工中的应用情况较好。
本文主要从CBN砂轮在加工作业中的优点进行分析，探讨CBN砂轮在轴承加工中的应用，进而探讨CBN砂轮在未来的应用前景及发展趋势。
【关键词】CBN砂轮；轴承；应用1、CBN砂轮概述目前，CBN材料是仅次于金刚石硬度的一种强硬度材料，不仅具有金刚石的优良性能，还具有更高的稳定性，因而被加工制造业广泛采用。
早在上个世纪中期，CBN磨料就已经研制成功，CBN砂轮在轴承磨削加工中被广泛使用，极大提高了轴承加工作业的效率。
随着陶瓷结合剂CBN砂轮成功运用于轴承磨削加工作业中，促进了CBN砂轮在轴承加工中的应用。
基于CBN材料的耐热性和惰性较强的特点，CBN砂轮在轴承加工中，其热稳定性和导热性较好，能够在1300～1560℃高温中正常工作，适用于高强度的合金钢和高速钢等磨削热敏性较高的工艺，并且能够保持材料的平整，不会留下磨削的裂纹。
陶瓷结合剂CBN砂轮是在CBN砂轮工艺的基础上经过技术改进而来，其稳定性、抗热性和抗酸碱较强，在工作过程中，其热膨胀的系数较小，不容易发生堵塞，因而能够保持材料的表面平整。
目前，高速CBN砂轮的产量在发达国家呈现出15%的年增产速度，以陶瓷结合剂CBN砂轮和电镀结合剂CBN砂轮为主要的研制目标，由于磨料的利用率高、工艺方便以及材料加工中的平整度较好等优点，在轴承加工中被广泛使用。
2、CBN砂轮在轴承磨削加工中的应用在轴承加工作业中，轴承的外圈滚道和内圈内径的磨削加工是轴承磨加工中的重要工序，砂轮的性能和冷却条件受到砂轮的内孔尺寸的影响。
CBN砂轮的高刚性和大功率的电主轴，能够降低对砂轮表面的磨损性，提高加工作业的效率，磨削工件的尺寸、质量和精度有了很大提高。
CBN砂轮的修整方法及其应用1 引言CBN砂轮以其优良的磨削性能和磨削表面质量在高速、超高速磨削、难加工材料的高性能磨削、高效成型磨削等加工领域获得了广泛应用。
在磨削过程中，由于磨削力和磨削区域高温、粘附等作用，砂轮工作表面的磨粒会逐渐钝化；同时，砂轮工作表面的磨粒会因不均匀磨损而失去正确的原始几何形状；此外，由于高速磨削的磨屑非常细小，很容易堵塞砂轮工作表面空隙。
为使CBN砂轮始终保持良好的磨削状态，在磨削过程中必须对砂轮进行修整。
CBN砂轮的整形、修锐技术是CBN砂轮应用领域一个相当重要的研究课题。
CBN砂轮的修整可分为整形和修锐两个步骤。
整形是通过改变砂轮的宏观形状，使砂轮达到要求的几何形状和尺寸精度，并使磨粒尖端微细破碎形成锋利的磨刃；修锐则是通过去除砂轮磨粒间的结合剂，使磨粒凸出结合剂表面，形成必要的容屑空间，使砂轮具有最佳磨削能力。
根据具体情况，整形和修锐可统一进行或同时完成，也可分步进行。
2 CBN砂轮的整形方法CBN砂轮的整形方法较多，常用的有车削整形法、滚压整形法、磨削整形法、电加工整形法等，近年来又出现了激光整形法。
1.车削整形法车削法是采用单颗粒金刚石笔、粉末冶金金刚石笔或金刚石修整片等整形工具车削砂轮，以达到整形目的。
1.单颗粒金刚石笔整形单颗粒金刚石笔具有极高硬度和良好的耐磨性，因此常用于陶瓷结合剂或树脂结合剂CBN砂轮的修整。
金刚石笔的尖端由于受到热和力的集中连续作用，磨损剧烈，因此修整时应通过合理供给冷却液进行充分冷却。
采用单颗粒金刚石笔修整陶瓷结合剂CBN砂轮后，砂轮表面状态不易达到磨削加工要求，容屑空间较小，切削刃较宽，磨削刃不锋利，若直接用于磨削，初期磨削力和磨削温度均较大，容易出现磨削烧伤和振纹，因此必须用油石对修整后的砂轮表面进行合理修锐。
2.金刚石片状修整器整形采用粉末冶金方法将小粒度金刚石颗粒固结在硬质合金基体上，制成片状修整器。
用金刚石片状修整器修整CBN砂轮的优点是费用较低，且片状修整器磨损后性能变化不大，整形时可以采用较大的修整进给量而不会增大修整后砂轮的表面粗糙度。
《精密制造与自动化》ＣＢＮ砂轮１２０ｍ／ｓ高速磨削表面粗糙度实验研究湖南大学机械与汽车工程学院，国家高效磨削工程技术研究中心罗宁黄红武宓海青吴耀摘要本文针对不同的磨削参数对４５钢、２Ｃｒｌ３、Ｔ１０三种材料的影响程度进行研究，通过实验分析了ＣＢＮ砂轮高速磨削三种材料时工件表面粗糙度的变化情况，提出了降低不同材料工件的表面粗糙度的高速磨削工艺参数的优化控制原则。
关键词高速磨削ＣＢＮ砂轮工艺参数表面粗糙度高速超高速磨削的一个很重要的优点就是能得到低粗糙度的加工表面。
ＣＢＮ砂轮是高速磨削中磨削金属材料的最佳工具。
使用ＣＢＮ砂轮对工件进行高速磨削与普通磨削的磨削机理有很大的不同。
在低速域进行磨削时，随着进给量的增加，磨屑增厚，磨削力亦相应增大，表面粗糙度随之增高。
在高的磨削速度下，磨屑厚度相对较小，单一磨粒承载较低，磨削力较小，磨削后工件表面粗糙度值也比较低。
另外，工作台速度、砂轮的参数和状态对加工工件的表面粗糙度值也都有不同程度的影响。
国内对ＣＢＮ砂轮的磨削性能的实验研究较少。
为研究ＣＢＮ砂轮的磨削性能，比较ＣＢＮ砂轮对４５钢、２Ｃｒｌ３、ＴＩＯ钢三种材料的磨削效果，本文在实验的基础上分析了不同加工参数对三种材料工件表面粗糙度的影响程度，观察了ＣＢＮ砂轮加工不同材料的磨削效果，进而对不同材料实际加工时工艺参数的优化控制提出了具体的改进原则。
１实验条件及方法１．１磨削条件（１）磨削设备：湖南大学自主研发的１５０ｍ／ｓ超高速平面磨削试验台，加工范围（长×宽×高）５００×２５０×２００，机床总功率２６．３７ＫＷ；（２）砂轮型号：陶瓷结合剂ＣＢＮ砂轮３００×１６×１２７×５结合剂：碳化硼浓度：２００％砂轮粒度８０一１００，最高速度１２５ｍ／ｓ；（３）工件材料：４５钢：淬火ＨＲＣ３４—３７；２Ｃｒｌ３：淬火ＨＲＣ４５～４７；ＴＩＯ：淬火ＨＲＣ５５—５７；（４）测量装置：表面粗糙度：Ｈｏｍｍｅｗｅｒｋｅ・２２．ＴＳ０００；大连理工大学磨削力在线测量装置。
