CBN砂輪在雙面研磨機(jī)上的應(yīng)用

路瑋琳，張愛民，王新宇

(1.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453006；2.平頂山市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 平頂山 467099)

對(duì)于硬金屬的加工，研磨成為必不可少的加工手段。特別是20世紀(jì)80年代中期研制出了陶瓷結(jié)合劑CBN(Cubic Boron Nitride)砂輪,其能夠有效加工較硬的材料，并使砂輪的耐用度和研磨效率成倍提高，是研磨磨具的一次真正革命。

研磨精密加工是采用研磨工具和研磨劑從工件表面上磨掉一層極薄的金屬，使工件表面達(dá)到精確的尺寸、較高的幾何精度和極小的表面粗糙度值。研磨的目的：改善工件表面粗糙度，達(dá)到要求的尺寸精度，提高零件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度，從而延長使用壽命。研磨加工切削量較小，根據(jù)工件材質(zhì)、尺寸和精度要求的不同，研磨余量一般控制為0.005～0.03 mm為宜。在進(jìn)行研磨加工時(shí)，需要根據(jù)用戶的生產(chǎn)工藝和工件的技術(shù)參數(shù)(形狀、材質(zhì)、硬度、加工余量、精度和加工效率)選擇合適的加工機(jī)床和砂輪。

1 CBN砂輪的特性及優(yōu)勢(shì)

CBN砂輪是以立方氮化硼為磨料，分別用金屬粉、樹脂粉和陶瓷等作結(jié)合劑，經(jīng)過壓制、高溫?zé)Y(jié)制成各種形狀的砂輪，用于工業(yè)磨削、拋光、研磨各種工件[1]。使用CBN砂輪具有諸多優(yōu)點(diǎn)：1)CBN的硬度遠(yuǎn)高于普通剛玉和碳化硅磨料，是一種僅次于金剛石的超硬材料，所以切削能力強(qiáng)、磨削鋒利、自銳性好，研磨效率高；2)CBN砂輪在使用中形狀保持性好，耐磨性高，壽命長，所以無需經(jīng)常修整和更換，節(jié)約了輔助工作時(shí)間;3)CBN耐高溫、熱穩(wěn)定性好，有很好的導(dǎo)熱性，研磨時(shí)能將磨削熱迅速傳導(dǎo)出，減小工件熱變形，且在研磨時(shí)不會(huì)出現(xiàn)粘屑現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)冷切削；4)CBN與鐵族元素的化學(xué)惰性強(qiáng)，在研磨時(shí)砂輪不易堵塞，不會(huì)出現(xiàn)太多的粉末灰塵，環(huán)保無污染，節(jié)能降耗。

基于CBN 砂輪的優(yōu)良特性，使用CBN砂輪研磨效率高，研磨工件的精度和質(zhì)量高，特別適用于合金鋼、工具鋼、淬火鋼、耐熱鋼和鈦合金等材料的精密研磨。

2 CBN砂輪在雙面研磨機(jī)上的應(yīng)用

2.1 雙面研磨機(jī)

雙面研磨機(jī)[2]是平面研磨的專用機(jī)床，屬精密加工設(shè)備，主要用于高精密軸承套圈的批量研磨加工。其主要特點(diǎn)為：1)采用CBN砂輪研磨，研磨精度好、效率高；2)實(shí)現(xiàn)了工件的在線測(cè)量，節(jié)省了停機(jī)測(cè)量時(shí)間；3)配備有半自動(dòng)上下料裝置，生產(chǎn)效率高。

雙面研磨機(jī)配置如圖1所示，其加工原理為：立式布局，氣動(dòng)加壓，上下砂輪盤及內(nèi)環(huán)同時(shí)旋轉(zhuǎn)，在壓力作用下，工件在行星輪(隔離盤)內(nèi)由內(nèi)環(huán)帶動(dòng)做往復(fù)行星運(yùn)動(dòng), 從而進(jìn)行研磨。

1—?dú)飧?上/下)；2—上盤齒輪傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)；3—冷卻液加注圈；4—內(nèi)環(huán)；5—上砂輪盤；6—下砂輪盤；7—外環(huán)；8—下盤齒輪傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)；9—外環(huán)齒輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(上/下)；10—內(nèi)環(huán)齒輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；11—?dú)飧?進(jìn)/出)

雙面研磨機(jī)屬系列產(chǎn)品，有大、中、小各種規(guī)格，常用的型號(hào)有2MM84100，2MM8470和2MM8463，根據(jù)所加工工件的尺寸，選擇不同規(guī)格的機(jī)床，并配置相應(yīng)尺寸的CBN砂輪進(jìn)行研磨加工。

2.2 砂輪選擇

根據(jù)所研磨工件的尺寸選擇砂輪規(guī)格，雙盤研磨機(jī)常用的砂輪規(guī)格為：φ630 mm×φ300 mm×54 mm；φ700 mm×φ300 mm×54 mm；φ1 000 mm×φ450 mm×54 mm；根據(jù)所研磨工件的材質(zhì)、硬度、尺寸、精度以及加工工藝參數(shù)的不同，選擇砂輪的種類，最常用的為陶瓷CBN砂輪和樹脂CBN砂輪。

2.3 砂輪修整

研磨數(shù)盤工件后，CBN砂輪將會(huì)有微量的損耗，須定期檢查砂輪盤的平面度并及時(shí)修整。砂輪平面度檢測(cè)使用專用測(cè)量規(guī)(圖2)，將量規(guī)放置在砂輪盤上，下砂輪盤以正常研磨速度的10%低速旋轉(zhuǎn)，觀察測(cè)量規(guī)的變化。

圖2 砂輪盤的平面度檢測(cè)

當(dāng)砂輪盤的平面度超過0.04 mm時(shí)，需要進(jìn)行修整。CBN砂輪的修整原理同工件的研磨一樣，將設(shè)計(jì)好的工裝行星輪及修整砂輪擺放在砂輪盤上，將上砂輪盤壓下，選擇修整研磨壓力、時(shí)間和轉(zhuǎn)速，如圖3所示。一般設(shè)定修整時(shí)間為15～30 s，壓力為0.09～0.12 MPa，轉(zhuǎn)速為30～35 r/min。

圖3 砂輪盤的修整

機(jī)床配置有砂輪修整環(huán)和鑄鐵修整環(huán)，可隨時(shí)對(duì)上、下砂輪盤進(jìn)行修整，以保證CBN砂輪的精度。CBN砂輪的修整分整形和修銳，整形是通過改變砂輪的宏觀形狀，使砂輪達(dá)到要求的幾何形狀和尺寸精度，一般采用鑄鐵修整環(huán)；而修銳是通過去除砂輪磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒突出結(jié)合劑的表面以形成必要的容屑空間，使砂輪具有最佳的磨削能力，一般采用碳化硅或白剛玉砂輪修整環(huán)。

3 研磨效果

將設(shè)計(jì)好的工裝行星輪和被研磨工件擺放在砂輪盤上，將上盤壓下，根據(jù)研磨工件的余量選擇研磨壓力、時(shí)間和轉(zhuǎn)速，設(shè)定研磨程序。以6212/02端面研磨為例，套圈外形尺寸為φ80 mm×φ60 mm×22 mm，材料為GCr15，淬火后硬度為60～65 HRC。

研磨工藝參數(shù)為：6個(gè)載盤，每個(gè)載盤放6個(gè)工件，平均每盤加工時(shí)間為5 min，單件套圈平均磨削用時(shí)為8 s；分粗磨、精磨加工，初壓為0.09～0.15 MPa，主壓為0.2～0.4 MPa，精壓為0.07～0.12 MPa，轉(zhuǎn)速為30～45 r/min，初壓、主壓和精壓3個(gè)加工階段壓力自動(dòng)轉(zhuǎn)換。