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电镀单层CBN磨具的研究及其结构优化设计

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-01  浏览次数:685
核心提示:CBN磨料的出现和应用引发了20世纪磨具行业的一次重大革命,由CBN所制作的磨具已经深入磨削加工的各个领域。高精度窄深槽加工一直是机械加工的难题,研究开发新型电镀单层CBN磨具,将会为传统机械精加工工艺的发展提供有力的支持。
 摘要:CBN磨料的出现和应用引发了20世纪磨具行业的一次重大革命,由CBN所制作的磨具已经深入磨削加工的各个领域。高精度窄深槽加工一直是机械加工的难题,研究开发新型电镀单层CBN磨具,将会为传统机械精加工工艺的发展提供有力的支持。

对于许多由难加工材料制造的航空、汽车、液压泵等零件上有高精度要求窄深槽加工,特别是宽度为2mm以上的窄深槽加工,采用传统粘结、烧结的砂轮缓进给磨削工艺,可以通过一次磨削加工出较高精度的窄深槽。但对于宽度不大于2mm的窄深槽,采用普通砂轮缓进给磨削时,磨料很容易脱落使砂轮的精度和寿命降低,为了保证加工精度,必须在加工的过程中对磨具进行修形;由于砂轮工作部位的厚度很薄,在磨削和修整时极易破碎,而且加工成本很高。因此开发出一种具有更新换代意义的新型磨具(电镀单层CBN磨料磨削工具)已迫在眉睫。

与传统磨具相比,电镀单层CBN磨具在制作工艺、加工精度和使用寿命等方面都显出了很大的优势。近几年,国内有关电镀CBN磨具的研究已经取得了很大的进展,但在电镀CBN薄片砂轮工艺研究上还处于开发阶段,制作成功的高精度电镀CBN薄片砂轮寿命低,生产成本过高。本文根据电镀理论及窄深槽的磨削特点,对电镀CBN薄片砂轮的基体设计、制造及其电镀工艺进行了分析研究,并进行了简单的电镀实验和磨削试验。 目前电镀CBN薄片砂轮存在的主要问题是磨粒的等高性、均匀性差。

本文从分析影响磨粒等高性和均匀性的原因入手,对落砂法和埋砂法的工艺特点进行了比较,提出电镀CBN薄片砂轮的置砂工艺采用悬—埋结合的新工艺方法。然后对置砂方案进行了设计,提出镀底镍、置砂、加厚镀分开进行,置砂时砂轮基体竖放,整个过程分六个区域依次完成,每个区域同时完成两侧和圆周三个型面的置砂的工艺方案。根据置砂要求设计制造了一套电镀夹具,从根本上解决了CBN磨粒分布的等高性和均匀性问题。依据电镀理论、技术分析及掌握的经验,并进行了电镀实验。 磨削温度高、砂轮易变形是电镀CBN薄片砂轮磨削窄深槽的主要问题,本文从改善散热条件和磨削表面的冷却效果、利于减少砂轮内应力和纠正基体变形出发。专门设计了砂轮夹具,并对砂轮的整体结构进行优化;考虑到磨削时线速度较大,容易发生振动。为此,通过实验对砂轮做了动平衡和静平衡配平以及应用有限元法计算砂轮的固有频率,避开了共振区,降低了磨削加工过程中的振动。

为了验证电镀砂轮的磨削性能和使用的可靠性,本文设计了正交实验进行磨削加工,先采用极差分析得出磨削用量(线速度,进给量,磨削深度)的影响程度。在通过磨削速度、进给量、磨削深度与粗糙度关系的直观图得出较优磨削用量组合。考虑到加工效率又对极差分析的结果通过作磨削速度对粗糙度影响的单因素实验来进一步验证,最后得出了磨削用量最优组合为v=37.5m/s、ap=4mm/min、h=15mm时,加工表面粗糙度值R_α=0.046μm。另外,实验也验证了所制作的电镀CBN薄片砂轮当以较高的切削速度缓进给磨削高速钢时,能加工出宽约为1.85mm、深15mm窄深槽。

这表证明了本电镀工艺能够满足加工工艺要求,因此,电镀工艺悬—埋结合的方案是可行的。

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