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砂轮的选择与磨削缺陷的解析

发布时间:2018-04-09作者:点击:149字号:

孙佑军 翟展新 孔祥田

(山推工程机械股份有限公司,济宁272073)

摘要:磨削加工技术是制造生产技术中的重要领域,我厂专业技术人员在推土机半轴多段外圆磨削形成丰富生产经验和技术,对砂轮组成成分及关键磨削参数掌握深刻。探讨了砂轮的结合剂对其寿命的影响,分析了砂轮的使用心得及磨削缺陷。

关键词:砂轮组成磨削缺陷砂轮使用心得

1 材料分类

在磨削加工中,砂轮是由磨料和结合剂以适当的比例混合,经压制,干燥,烧结而成。它主要由磨粒、结合剂和空隙三部分组成。磨粒相当于切削工具的切削刃,起切削的作用,结合剂使各磨粒位置固定,起支持磨粒的作用。空隙则有助于排削和散热的作用。

砂轮的工作特性由磨料,粒度,结合剂,硬度,组织强度,形状和尺寸等几个要素衡量,各种特性都有其适用范围。

磨料是砂轮的主体材料。在磨削时需经强烈的摩擦,挤压和高温的作用,因此对磨料的性能和成分都有一定的要求:如要有较高的硬度,当硬度高于工件硬度时,才能切掉剩余金属。还要有较高的强度、韧性等。在外力的作用下,产生抵抗破裂的能力,同时要具有较高的热稳定性和化学稳定性。在高温的条件下,保持物理性能,有利于减少切削变形,化学稳定性好,才能不与工件粘附,护散,不发生化学反应,延缓磨轮钝化,防止气孔堵塞,提升切磨能力,延长使用寿命。

2 砂轮的主要成分

磨削用砂轮种类大体分为:刚玉类、碳化物类、超硬磨料类三种。

(1)刚玉类主要成分为氧化铝,适于磨削抗拉硬度较高的材料,如各种钢材。它又细分为:棕刚玉,白刚玉,铬刚玉,单晶刚玉,微晶刚玉等,切削性能好,且有良好的“自锐性”。

(2)碳化物类分为黑碳化硅,绿碳化硅两种,颜色分别呈现黑色和绿。

(3)超硬类磨料是近期发展的新型磨料,分为人造金刚石和立方碳化硼两种。人造金刚石以石墨为原料,刀口非常锋利,切削性能优良,但价格昂贵,适用于加工高硬度材料,如硬合金,光学玻璃等。立方氧化硼硬度略低于金刚石,具有较好的磨削性能,热化学性能稳定,磨削效率较高。

3 结合剂对砂轮寿命有着较大的影响

砂轮在高速旋转中,进行磨削加工,且又是在高温高压,强冲击载荷及强腐蚀性磨削的条件下工作,磨料的粘结一定要牢固,对砂轮使用有较高的要求。大体分为以下几种:

(1)陶瓷粘合剂:它的物理性能和化学性能稳定,空隙较多,能较好地保持砂轮的几何形状,冷、热、干、湿皆能适应,且不怕水、油、酸、碱的侵蚀,价格便宜,使用广泛。注意使用时的转速不能过大。

(2)结合剂:它的粘结度较高,可用于制造薄片砂轮,并且具有一定的弹性,有较好的抛光性能,但耐热性能差,在高温下自己首先被烧毁,砂粒容易脱落,自锐性好,磨削效率高,但容易失去正确的外形,另外树脂结合剂耐碱性差,在碱性切削液的作用下磨损快,在潮湿的环境下强度降低。所以,砂轮存放期不宜超过一年。

(3)橡胶结合剂:其弹性高,砂轮退让性好,尤其是在高温下,易产生变形,不易烧伤工件并有良好的抛光作用。气孔小、空隙少,组织紧密,砂轮外形保持好。但橡胶结合剂耐热,耐油,耐湿性较差,砂轮存放期不宜超过两年。

(4)菱苦土结合剂:菱苦土结合剂强度低,砂轮自锐性好,磨削中的发热也少,耐水性能差,只宜干磨。

(5)增强树脂结合剂和增强橡胶结合剂:在树脂结合剂或橡胶结合剂中加入高强度聚酯塑料等物质,增强了结合强度,提高了砂轮抗破裂的程度。

4 对磨削加工的要求

砂轮的硬度是指结合剂粘结磨粒的牢固程度,粘结越牢固,砂轮越硬,它适用于磨削较软的工件。反之,软砂轮宜磨硬度高的工件,且有较高的表面光洁度。一般选择原则:棕刚玉,硬度高,韧性大,适用于磨削抗拉程度较高的金属,如碳钢、合金钢、青铜等。白刚玉:自锐性好,磨削力和磨削热小,适用于磨削淬火钢,高碳钢,齿轮、薄壁件等。铬刚玉:韧性和硬度都好,适用于磨削高速钢,锰钢,刃磨刀具等。单晶刚玉和微晶刚玉:硬度、韧性强度都好,适用于磨削不锈钢,轴承钢、球墨铸铁等。黑碳化硅和绿碳化硅:脆性大,硬度高,适用于磨黄铜,硬质合金刀具,光学玻璃等。立方化硼和人造金刚石:硬度高,耐磨性好,适用于磨削韧而粘的材料,宝石玉器等。

5 组织和强度对砂轮有更高的要求

组织紧密,易保持砂轮的几何形状,保证较高的磨削精度,延长砂轮的使用寿命。组织疏松,空隙可容纳磨屑,能把切削液或空气一同带入磨削区,减少磨削热,提高磨削效率,但使砂轮磨损快,寿命缩短。

强度对砂轮的安全使用要求很高,其系数为1.5。砂轮在旋转时,有很大的离心力,没有足够强度的砂轮就会爆裂引起严重的事故,因此,砂轮转速一定要远低于爆裂速度。

5.1 刀具的正确使用及磨削缺陷

首先要正确使用砂轮,可根据设备、磨削用量、工艺要求、工件加工精度的要求、表面粗糙度的要求、生产效率及生产成本上考虑,其次是规范砂轮的更换,安装要求,严格两次静平衡,金刚笔要正确修整。

先规范一下砂轮的修整:金刚笔首先要紧固,衔牢,轴线一般低于砂轮中心1~2mm,并向下倾斜5°~10°,以防金刚笔因振动而扎入砂轮。粗修时,采用大的背齿刀量,反复修整多次,精修时,采用较小的走刀量和吃刀深度,往复2--3次,最后一次从右往左修整,修整时应先修端面,再修圆周面。修砂轮侧面时,如手动修整,金刚笔一定要拿牢,轻轻接触砂轮侧面,采用较小的吃刀深度,最好有个支点,缓慢,匀速移动,同时,注意充分冷却。

5.2 砂轮修整不正确,易出现缺陷

刀具应及时修整:工件材质、硬度、大小、长短、几何形状不同,磨削时间不同,砂轮工作一定时间,外形变化应及时修整,否则,会造成工件烧伤、变形、超差、挤压变成不正常磨削等。

(1)砂轮磨钝:磨削时间过长,工件材料过硬,砂轮失去自锐性,刀具不锋利,和工件不正常磨削,形成挤压,火花跳动,工件出现震痕,尺寸精度达不到要求,粗糙度较高,造成工件不合格。

(2)工件几何形状复杂,不经过修整的砂轮,圆周面不直,容易造成工件锥形,各部尺寸不等,造成零件不合格,或测量不准。

(3)磨削阶台轴时,切刀磨而不能横向走刀,多个阶台且长短不同,造成砂轮圆周面有阶台,磨出的工件有螺旋痕迹,光洁度不高,形成不良品。

(4)硬度较高的工件,或有氧化皮的工件,在磨削加工中,很快把砂轮磨粒挤掉,破坏自锐性,且迅速堵塞气孔,使砂轮变钝,烧伤工件或出现多棱柱,素线不直,造成工件不合格。

(5)砂轮在磨削阶台轴时,由于轴肩圆弧大小不等,自身的圆弧角越来越大,造成圆角要求不合格,或工件不清根,不符合工艺要求,形成次品。

(6)磨削侧面时进刀量大,没有散热角度,磨削区温度过高,刀刃不锋利,造成工件侧面龟裂,形成磨削裂纹。

(7)手动修整砂轮侧面,没有支点,移动不均匀,形成断续修整,砂轮侧面形成无数高、低点,与工件磨削时,形成网状花纹,特别是磨削面积大时,增大了表面的不平整度。

(8)修整砂轮圆周面时,金刚笔移动过快,刀刃不平整度高,短时间内使磨粒迅速脱落,砂轮磨钝,工件表面出现振纹,形成多棱柱。

(9)修整砂轮圆周面时,金刚笔移动过慢,单位面积内,磨粒平整,均匀,但增加了磨削时的抗力,产生磨削热过快,易使工件表面烧伤或产生裂纹,也容易使工件造成圆度超差。

(10)修整砂轮圆周面,走刀不均匀,形成断续修整,使工件吃刀量不准,刻度盘标示与实际进刀量不符,进半丝,尺寸没有变化,再进半丝,还没变化,再进半丝,就可能吃刀两丝,形成扎刀。公差小的工件容易超差,工件弯曲,跳动等。

6 结论

在磨削加工中,砂轮的正确选择及刀具的正确修整是提高加工精度和磨削技术水平的关键,磨削工序基本是零件加工的最后一道工序,最终的几何尺寸决定着零件的加工精度,好的产品一定要消除各方面的加工缺陷,按照工艺流程,严格加工步骤,消除不利因素的影响,只有把丰富经验和过硬的加工水平融合在一起,才能创造出极致的精品。


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