國產人造孔隙砂輪的實踐和應用

汪建平

（杭州前進齒輪箱集團股份有限公司，杭州311203）

國產人造孔隙砂輪的實踐和應用

汪建平

（杭州前進齒輪箱集團股份有限公司，杭州311203）

通過對磨齒砂輪—單晶剛玉砂輪的研究，提出用人造孔隙砂輪改進單晶剛玉砂輪，并且試制了樣品，提高了磨齒的加工效益。

人造孔隙砂輪；齒形；自尖銳

0 引言

2008年開始，我公司的蝸桿砂輪磨床YK7250在磨削齒輪時，經常發生啃刀（砂輪不鋒利，膠合在工件上）現象，基本只能加工小模數、小直徑的零件，而且磨出的零件偶爾還會有磨削裂紋，因此三臺YK7250蝸桿砂輪磨床效率較低。2008年我們了解到 WINTERTHUR SCHLEIFTECHNI公司（人造孔隙砂輪制造的先驅）已全面大批量地生產人造孔隙砂輪，于是通過與南昌精藝料磨具有限公司合作，對砂輪的結構和磨削過程進行全方面的分析探討，共同研發人造孔隙砂輪。砂輪主要由磨料、燒結劑和氣孔組成，其結構特性主要由氣孔決定。氣孔對磨削過程有著極為重要的作用，氣孔作為容納排屑的空間，能有效地改善磨削過程中的冷卻效率。

1 試驗參數及試驗過程

由于目前使用普通單晶剛玉砂輪在蝸桿磨上經常發生啃刀，所以我們首先從蝸桿磨砂輪著手，經雙方共同分析后，由南昌精藝料磨具有限公司開發了M5、φ400的蝸桿磨大氣孔砂輪。結果發現比之前使用PA80J砂輪效果更好，使得YK7250磨削齒輪的磨削性能大大改善，效率提高20%左右，經探傷檢測，未發現磨削裂紋，產品質量明顯提高，同時齒輪的齒形精度也有較好改善，如圖1所示。

通過以上對蝸桿砂輪試驗后取得的成效，我們決定在成型磨齒機上開發使用人造孔隙砂輪。

圖1 砂輪改進前后齒形對比

圖2 緩慢進給與往復進給時接觸面積Ak的比較

我們知道成型磨齒機砂輪是垂直于加工工件表面徑向進給的。成型砂輪的形狀由最終齒形的形狀決定，但齒槽在未加工前，形狀比較窄（因為留有磨削余量），根據齒輪成型原理，當砂輪靠近齒輪時，砂輪會和齒輪上壓力角較小的位置先接觸，而不是和原先設計的壓力角位置重合。所以在初磨時，齒輪分度圓以上的部分要晚于分度圓以下部分與砂輪接觸。隨著砂輪的徑向進給，齒輪下端磨削量減少，上端的磨削量增大，這樣在相同徑向進給量的前提下，就形成了不同的金屬去除量。成型磨齒多為雙面磨削，即砂輪對一個齒槽的左右齒面同時進行切削，沖程進給比較緩慢，一般粗磨為3 000 mm/min，但是進給量較大。由于是連續磨削，極不利于散熱和冷卻液的進入，所以成型磨齒機容易對齒面造成表層回火和二次淬火，從而引起齒面燒傷。但人造孔隙砂輪的結構對磨削燒傷可以起到一定的抑制作用：1）人造孔隙砂輪在快速磨削時能提供排屑的間隙；2）當摩擦力減少時，人造孔隙砂輪能給切削刃提供更多的冷卻液；3）人造孔隙砂輪能優化磨削過程中砂輪的自尖銳。

如果缺少自尖銳，工件會熱失效。在緩慢進給磨削中，接觸面積AK很大，如果使用標準結構的砂輪，會有太多的磨粒在磨削壓力作用下進入給定的接觸面AK內，導致磨粒的平均壓力不足，結構斷裂，阻止了砂輪自尖銳的形成。而人造孔隙砂輪帶動磨粒從接觸面離開，從而改善了砂輪的自尖銳形成，這樣做的優點：1）最后的砂輪中不會殘留任何微量的化學物質；2）磨削時砂輪不會膨脹（砂輪中無有害應力）；3）磨料混合良好（最終產品平衡性好）；4）有利于氣孔間的互連，改善磨削冷卻液的傳送（冷卻磨削）。

2009年6月，我們跟山東魯信高新技術產業股份有限公司合作開發用于成型磨齒機的微氣孔砂輪，同時，他們也察看了目前我們公司使用的進口的BK砂輪在ZP12磨齒機上的磨削過程和齒輪磨削燒傷的酸洗檢驗過程。經過多次技術交流與溝通，山東魯信高新技術產業股份有限公司終于成功試制出用于成型磨的微氣孔單晶剛玉砂輪和含鈷類微氣孔砂輪。我公司立即對該新試制的微氣孔砂輪進行試磨。

首先，我們使用微氣孔單晶剛玉砂輪對行星輪（m= 11mm，Z=30，α=20°，β=0°）進行試磨，先將磨削速度提升5%，即：粗磨時磨削速度由3 000 mm/min增至3 150 mm/min，進刀量0.05 mm；半精磨時磨削速度由2 500 mm/min增至2 625 mm/min，進刀量0.03 mm；精磨時磨削速度由2 200 mm/min增至2 360 mm/min，進刀量0.015 mm。磨削完成后經過磨削燒傷檢測顯示均勻灰色，FA無回火，硬度為58～62HRC。接著我們再把磨削速度提升10%，即粗磨時磨削速度3 300 mm/min，進刀量0.05 mm；半精磨時磨削速度2 750 mm/min，進刀量0.03 mm；精磨時磨削速度2 420 mm/min，進刀量0.015 mm。磨削完成后再次經過磨削燒傷檢測顯示為較窄的淺色，FB輕度回火，硬度為57～59HRC。磨削速度提升至15%后，零件經燒傷檢測顯示部分黑色，已磨削燒傷，硬度為50～52HRC。而改用含鈷類微氣孔單晶剛玉砂輪進行同樣試驗后得到的效果基本一致，但齒形精度有所提高，更適合國標四級精度齒輪磨削。

與此同時，我們使用國內SG磨料砂輪與國外BK砂輪分別對上述行星輪進行了試磨。這兩種磨料價格分別是微氣孔單晶剛玉砂輪的4倍和6倍。在不產生燒傷的前提下，試磨結果如下：1）使用SG磨料磨削行星輪時粗磨時最高磨削速度為3 600 mm/min，進刀量0.05 mm；半精磨時最高磨削速度為3 000 mm/min，進刀量0.03 mm；精磨時最高磨削速度為2 640 mm/min，進刀量0.015 mm，磨削效率比普通單晶剛玉砂輪提高了20%。2）使用國外的BK砂輪，磨削行星輪的粗磨時最高磨削速度為3850mm/min，進刀量0.05 mm；半精磨時最高磨削速度為3 000 mm/min，進刀量0.03 mm；精磨時最高磨削速度為2 700 mm/min，進刀量0.015 mm；效率比普通單晶剛玉砂輪增加速度25%左右。雖然使用SG磨料砂輪和BK磨料砂輪加工效率比我們使用微氣孔砂輪的加工效率有所提高，但其價格昂貴，致使齒輪加工成本大大提高。所以微氣孔單晶剛玉砂輪的使用，加工效率雖略低于SG和BK磨料，但加工質量可以保證，總的性價比較高。

2 結語

在實踐中發現，在相同的磨削工藝情況下，不同的砂輪在磨削過程中會產生不同的效果。因此在砂輪的選擇上，應該在保證齒面粗糙度的前提下，盡可能選擇較軟的砂輪。由于磨削原理的不同，成型磨齒機的砂輪硬度要稍高于展成磨齒機的砂輪硬度。針對各類磨削方式所開發的人造孔隙砂輪，在快速磨削的同時能提供排屑的間隙；而當摩擦力減小時，能給切削刃提供更多的冷卻液；另外可以優化磨削過程中砂輪的自尖銳，時刻保持砂輪鋒利，不會產生“鈍刀劈材”現象。目前該砂輪以其優良的性價比，已開始在國內齒輪制造行業推廣使用。

［1］ 鮑中美.成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷的研究與防止對策［J］.機械設計與制造，2007（8）：98-99.

［2］ 汪軍，丁英輝，范乃則，等.齒輪磨齒燒傷的分析與防止［J］.機械傳動，2009（1）：89-92.

（編輯：黃 荻）

TG 732

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1002－2333（2014）04－0269－02

汪建平（1966—），男，工程師，主要從事機械加工工藝工作。

2014-02-11