隨著現代工業的發展,很多機械零件要在高溫、高壓、高速條件下工作,這時零件表面上任何缺陷都會引起應力集中、應力腐蝕等,而導致零件的損壞。機械零件的使用性能與使用壽命主要取決于表面質量。

表面粗糙度是零件幾何質量的一個主要指標多年來國內外許多科研單位工廠及高等學校等為了提高零件的加工質量和效率,在磨削表面粗糙度方面開展了大量研究工作.隨著電子計算機、傳感技術、信號分析、激光及光導纖維等的不斷進步,在磨削表面粗糙度的研究上取得了不少進展。

一．影響磨削表面粗糙度的因素

磨削表面粗糙度的形成涉及許多方面的因素本文只從磨削工藝參數來看,就有砂輪的形貌、磨損和修整及磨削用量、工件材料、冷卻潤滑液、工藝系統的剛度及其動態特性等。影響磨削表面粗糙度的因素很多,它們之間的關系也較復雜。由于砂輪磨粒的形狀是不規則的,磨粒在砂輪上的分布是隨機的,所以較難通過計算方法求得表面粗糙度的理論值。多年來研究者根據已經驗證的事實.做了各種模擬分析,建立了許多理論和經驗公式,其中比較有影響的有:日本學者根據概率論觀點假設磨粒為圓報形頒粒分布,在砂輪切入深度上以拋物線分布的研究。小野浩二是假設砂輪上的磨粒切刃在空間處于均勻分布狀態。還有橫川和彥根據單顆粒金剛石修整時,在砂輪工作面上造成螺紋狀紋路,并復映到加工表面上,形成磨削表面粗糙度機理進行的研究.亦有人進行從加工表面的塑性變形而造成隆起的粗糙度機理等各種研究。但在實際應用中有許多條件同原來假定的不一定相符,而且各種因素間有的彼此存在著相互影響,

為了確切地掌握某些重要因素的錯綜影響并得出它們與表面粗糙度間的定量關系,使之能應用于磨削加工時表面粗糙度的控制上,近年來開展了應用試驗統計的方法建立磨削數據文件(磨削數據庫)及經驗公式‘其中有的是通過單因素回歸分析,的則是通過多因數二次回歸分析等方法獲得的。

二.CBN砂輪磨削表面粗糙度的研究

立方氮化硼 (Cubic Boron Nitride ,簡稱CBN )是目前除金剛石以外最硬的材料。和金剛石相比,CBN除具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系數等特性外,還具有比金剛石優越的耐熱性和化學穩定性,特別是對鐵族元素呈化學惰性。在機械工業中,它可制成各種磨具和切削工具,適用于加工普通磨具和工具難以加工的硬而韌的鐵族金屬材料,為磨削加工技術的發展開辟了一條新途徑。CBN砂輪的優越磨削性能,不僅表現在高磨削比、高生產率方面,更重要的是能夠獲得較好的磨削質量。與普通磨料相比,CBN磨粒更硬 ,在磨削過程中能長期保持其切削刃的鋒利狀況 ,切削能力強 ;同時CBN磨粒的熱傳導能力強 ,使磨削過程中的磨削力及磨削比能很低 ,產生較低的磨削溫度。

2.1 CBN表面狀態對表面粗糙度的影響

為了保證砂輪具有較好的磨削效果 ,砂輪應進行合理修整。砂輪表面修整的主要目的就是使氣孔率幾乎為零的砂輪表面磨粒更具有合適的凸出高度和容屑空間。

CBN砂輪經過不同的修整過程其表面磨粒平均凸出高度h 和容屑比K各異。對具有不同磨粒凸出高度h和容屑比K的CBN砂輪進行磨削試驗 ,其對磨削表面粗糙度的影響如圖：

由圖1(a)可見,磨削表面粗糙度值隨磨粒凸出高度的增大而增大,兩者可近似地看成線性關系。磨削加工中已加工表面的切痕是該處未被后續磨粒切削而形成的。由于CBN磨粒具有很高的硬度,呈單晶狀態,且無法在CBN磨粒上修整出微刃,所以磨粒凸出高度對磨削表面粗糙度有著顯著的影響。當磨粒凸出高度增大時,就意味著磨粒周圍的結合劑去除的較多,CBN磨粒的鋒刃被較好地暴露,使CBN砂輪的切削作用增強;同時磨粒凸出高度的增加有可能導致個別CBN磨粒脫落 ,使砂輪表面單位長度上的磨粒數減少,從而產生了較大的粗糙度。

由圖1(b)可見，磨削表面粗糙度值隨容屑比的增大而增大，兩者近似成拋物線關系。

2.2 CBN砂輪的修整

CBN被認為是磨削上的一項革命，但是在我國發展有限。影響CBN砂輪在生產上普及應用的原因很多,有制造技術問題,也有使用技術方面的問題。在使用技術方面最主要的一個阻力就是缺乏合適、簡便的修整方法,導致這種磨料的優異性能得不到充分發揮。對CBN砂輪,修整的優劣是在生產中推廣應用的關鍵。

CBN砂輪的修整概念與普通砂輪不同這是由于結合劑性能的不同所決定的。CBN砂輪有電鍍CBN砂輪,陶瓷結合劑砂輪,樹脂結合劑砂輪和金屬結合劑砂輪四種。電鍍CBN砂輪是在鋼制基體上均勻地鍍敷一層CBN磨料,經仔細加工后,不需要修整。陶瓷結合劑CBN砂輪,因結合劑性脆且砂輪中存在著孔隙,故修整方法簡單與普通砂輪修整相似。樹脂結合劑CBN砂輪是目前國內外應用最為廣泛的一種,與金屬結合劑CBN砂輪的結構相似。二者的CBN磨粒是埋在結合劑內部的。未修整前的砂輪沒有切削能力。因此,這二種結合劑的CBN砂輪的

修整必須包括“整形”和“修銳”二步。“整形”使得砂輪表面與回轉軸線之間的關系滿足一定的要求?！靶掬J”去除CBN磨粒前后的結合劑,使磨粒凸出結合劑表面 ,從而具有切削能力。砂輪整形一般用金剛石工具或SiC砂輪即可滿足要求。難點是修銳技術。

理想的CBN砂輪修銳技術應該達到以下要求:

1.CBN磨粒周圍各個方向上的結合劑應均勻去除。

2.砂輪表面工作區域的結合劑應均勻去除,即使是對成型砂輪也應如此.這樣可

以保證磨削過程的穩定和表面質量的一致。

3.CBN磨粒的凸出高度應該能夠控制.

4.修銳不應破壞整形時所獲得的形狀精度.

5.CBN砂輪的修整應該在磨床上進行。

6.修整時間要短。

國內外學者進行了大量的研究，提出了很多修整方法，例如：油石及磨塊切入修銳法，磨削軟鋼修銳法，砂輪磨削修銳法，噴丸修銳法等等。下面就典型的幾種方法進行說明：

（1）油石及磨塊切入修銳法:是CBN砂輪最常用、最簡便的一種修銳方法,即用CBN砂輪磨削碳化硅或剛玉油石以達到去除結合劑的目的，參見圖l(a)；還有一種與此方法類似的剛玉塊切人方法，不同之處是剛玉塊后有一彈性元件使磨塊有一定彈性且保持與砂輪始終接觸修銳（原理見圖1(b)）

（2）砂輪磨削修銳法：利用SiC 砂輪直接磨削CBN砂輪以去除結合劑。該方法可使整形與修銳同時完成，參見下圖

（3）噴丸修銳法：利用高壓氣體將粒度很細的玻璃球、剛玉、碳化硅或石英砂噴射到砂輪表面,以達到修銳的目的。氣體壓力為15MPa,噴射速度可達75m /s。還有一種類似的方法是利用液壓代替高壓空氣進行噴射修銳。

從目前情況看,各種修銳技術都還不是盡善盡美的,CBN砂輪修銳技術本身仍在不斷探索、完善和發展之中。

2.3 磨削用量的影響

采用正交實驗的方法對CBN砂輪外圓切入磨削45號淬火鋼的表面粗糙度，進而得到磨削用量對其的影響，結果圖如下：

由圖數據可以看出，砂輪速度，砂輪進給速度對表面粗糙度的影響都很顯著，工件轉速對其影響不是很大?？紤]到我的加工對象是大型鍛焊件，所以也不考慮工件的轉速等，所以實驗的時候為了提高表面質量，降低表面粗糙度，需要做的就是提高砂輪轉速，但是目前實驗室里的機床的最高速度不是很高，不足以體現CBN砂輪的優勢，所以要考慮去外面聯系地方做，如果可以聯系到的話，相信對結果會有很好的改善。

2.4 磨削液的影響

CBN砂輪磨削對磨削液有特殊的要求。油性磨削液在改善表面粗糙度及其穩定性方面明顯優于水性磨削液。

結論

經過研究及查閱文獻，要想降低CBN砂輪磨削表面粗糙度，從而滿足加工要求，提高加工質量，需要從以下幾方面著手：

(1) 采用細粒度的CBN磨粒以增強CBN砂輪磨削中磨粒的微切削作用。

(2) 磨粒凸出高度與磨削深度要合理匹配,在保證不產生磨削燒傷的條件下盡量

降低磨粒凸出高度。

(3) 提高砂輪速度v,使加工表面有更多的磨粒參與切削,以改善加工表面的不平

度。

(4) 盡可能采用礦物油作磨削液,高磨削過程中的潤滑能力及避免CBN砂輪水解

損耗,以降低磨削表面粗糙度值。

因為磨削過程影響表面粗糙度因素很多，而且相互影響，不能很精確的計算出表面粗糙度，所以只能在工藝參數等方面進行改善，以期達到好的效果。