隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,很多機(jī)械零件要在高溫、高壓、高速條件下工作,這時(shí)零件表面上任何缺陷都會(huì)引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等,而導(dǎo)致零件的損壞。機(jī)械零件的使用性能與使用壽命主要取決于表面質(zhì)量。

表面粗糙度是零件幾何質(zhì)量的一個(gè)主要指標(biāo)多年來國(guó)內(nèi)外許多科研單位工廠及高等學(xué)校等為了提高零件的加工質(zhì)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(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)、信號(hào)分析、激光及光導(dǎo)纖維等的不斷進(jìn)步,在磨削表面粗糙度的研究上取得了不少進(jìn)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(shù)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(rùn)滑液、工藝系統(tǒng)的剛度及其動(dòng)態(tài)特性等。影響磨削表面粗糙度的因素很多,它們之間的關(guān)系也較復(fù)雜。由于砂輪磨粒的形狀是不規(guī)則的,磨粒在砂輪上的分布是隨機(jī)的,所以較難通過計(jì)算方法求得表面粗糙度的理論值。多年來研究者根據(jù)已經(jīng)驗(yàn)證的事實(shí).做了各種模擬分析,建立了許多理論和經(jīng)驗(yàn)公式,其中比較有影響的有:日本學(xué)者根據(jù)概率論觀點(diǎn)假設(shè)磨粒為圓報(bào)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(shè)砂輪上的磨粒切刃在空間處于均勻分布狀態(tài)。還有橫川和彥根據(jù)單顆粒金剛石修整時(shí),在砂輪工作面上造成螺紋狀紋路,并復(fù)映到加工表面上,形成磨削表面粗糙度機(jī)理進(jìn)行的研究.亦有人進(jìn)行從加工表面的塑性變形而造成隆起的粗糙度機(jī)理等各種研究。但在實(shí)際應(yīng)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(cuò)綜影響并得出它們與表面粗糙度間的定量關(guān)系,使之能應(yīng)用于磨削加工時(shí)表面粗糙度的控制上,近年來開展了應(yīng)用試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的方法建立磨削數(shù)據(jù)文件(磨削數(shù)據(jù)庫)及經(jīng)驗(yàn)公式‘其中有的是通過單因素回歸分析,的則是通過多因數(shù)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(jiǎn)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(shù)等特性外,還具有比金剛石優(yōu)越的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性,特別是對(duì)鐵族元素呈化學(xué)惰性。在機(jī)械工業(yè)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(shù)的發(fā)展開辟了一條新途徑。CBN砂輪的優(yōu)越磨削性能,不僅表現(xiàn)在高磨削比、高生產(chǎn)率方面,更重要的是能夠獲得較好的磨削質(zhì)量。與普通磨料相比,CBN磨粒更硬 ,在磨削過程中能長(zhǎng)期保持其切削刃的鋒利狀況 ,切削能力強(qiáng) ;同時(shí)CBN磨粒的熱傳導(dǎo)能力強(qiáng) ,使磨削過程中的磨削力及磨削比能很低 ,產(chǎn)生較低的磨削溫度。

2.1 CBN表面狀態(tài)對(duì)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(yīng)進(jìn)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(jīng)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(duì)具有不同磨粒凸出高度h和容屑比K的CBN砂輪進(jìn)行磨削試驗(yàn) ,其對(duì)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(guān)系。磨削加工中已加工表面的切痕是該處未被后續(xù)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(tài),且無法在CBN磨粒上修整出微刃,所以磨粒凸出高度對(duì)磨削表面粗糙度有著顯著的影響。當(dāng)磨粒凸出高度增大時(shí),就意味著磨粒周圍的結(jié)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(qiáng);同時(shí)磨粒凸出高度的增加有可能導(dǎo)致個(gè)別CBN磨粒脫落 ,使砂輪表面單位長(zhǎng)度上的磨粒數(shù)減少,從而產(chǎn)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(guān)系。

2.2 CBN砂輪的修整

CBN被認(rèn)為是磨削上的一項(xiàng)革命，但是在我國(guó)發(fā)展有限。影響CBN砂輪在生產(chǎn)上普及應(yīng)用的原因很多,有制造技術(shù)問題,也有使用技術(shù)方面的問題。在使用技術(shù)方面最主要的一個(gè)阻力就是缺乏合適、簡(jiǎn)便的修整方法,導(dǎo)致這種磨料的優(yōu)異性能得不到充分發(fā)揮。對(duì)CBN砂輪,修整的優(yōu)劣是在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

CBN砂輪的修整概念與普通砂輪不同這是由于結(jié)合劑性能的不同所決定的。CBN砂輪有電鍍CBN砂輪,陶瓷結(jié)合劑砂輪,樹脂結(jié)合劑砂輪和金屬結(jié)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(jīng)仔細(xì)加工后,不需要修整。陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪,因結(jié)合劑性脆且砂輪中存在著孔隙,故修整方法簡(jiǎn)單與普通砂輪修整相似。樹脂結(jié)合劑CBN砂輪是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種,與金屬結(jié)合劑CBN砂輪的結(jié)構(gòu)相似。二者的CBN磨粒是埋在結(jié)合劑內(nèi)部的。未修整前的砂輪沒有切削能力。因此,這二種結(jié)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(zhuǎn)軸線之間的關(guān)系滿足一定的要求。“修銳”去除CBN磨粒前后的結(jié)合劑,使磨粒凸出結(jié)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(diǎn)是修銳技術(shù)。

理想的CBN砂輪修銳技術(shù)應(yīng)該達(dá)到以下要求:

1.CBN磨粒周圍各個(gè)方向上的結(jié)合劑應(yīng)均勻去除。

2.砂輪表面工作區(qū)域的結(jié)合劑應(yīng)均勻去除,即使是對(duì)成型砂輪也應(yīng)如此.這樣可

以保證磨削過程的穩(wěn)定和表面質(zhì)量的一致。

3.CBN磨粒的凸出高度應(yīng)該能夠控制.

4.修銳不應(yīng)破壞整形時(shí)所獲得的形狀精度.

5.CBN砂輪的修整應(yīng)該在磨床上進(jìn)行。

6.修整時(shí)間要短。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)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(jìn)行說明：

（1）油石及磨塊切入修銳法:是CBN砂輪最常用、最簡(jiǎn)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(dá)到去除結(jié)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(jié)合劑。該方法可使整形與修銳同時(shí)完成，參見下圖

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

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

2.3 磨削用量的影響

采用正交實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)CBN砂輪外圓切入磨削45號(hào)淬火鋼的表面粗糙度，進(jìn)而得到磨削用量對(duì)其的影響，結(jié)果圖如下：

由圖數(shù)據(jù)可以看出，砂輪速度，砂輪進(jìn)給速度對(duì)表面粗糙度的影響都很顯著，工件轉(zhuǎn)速對(duì)其影響不是很大。考慮到我的加工對(duì)象是大型鍛焊件，所以也不考慮工件的轉(zhuǎn)速等，所以實(shí)驗(yàn)的時(shí)候?yàn)榱颂岣弑砻尜|(zhì)量，降低表面粗糙度，需要做的就是提高砂輪轉(zhuǎn)速，但是目前實(shí)驗(yàn)室里的機(jī)床的最高速度不是很高，不足以體現(xiàn)CBN砂輪的優(yōu)勢(shì)，所以要考慮去外面聯(lián)系地方做，如果可以聯(lián)系到的話，相信對(duì)結(jié)果會(huì)有很好的改善。

2.4 磨削液的影響

CBN砂輪磨削對(duì)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(wěn)定性方面明顯優(yōu)于水性磨削液。

結(jié)論

經(jīng)過研究及查閱文獻(xiàn)，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(zhì)量，需要從以下幾方面著手：

(1) 采用細(xì)粒度的CBN磨粒以增強(qiáng)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(chǎn)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(rùn)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?yàn)槟ハ鬟^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(jì)算出表面粗糙度，所以只能在工藝參數(shù)等方面進(jìn)行改善，以期達(dá)到好的效果。