陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪磨損與磨削比的研究

盧海燕，曹碩生，申其芳，伍麗峰

(1.廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西柳州545006;2.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧530004)

0 前言

CBN 的硬度僅次于金剛石，除了高硬度、高耐磨性、低摩擦因數(shù)等性質(zhì)外，還具有比金剛石優(yōu)越的耐熱性和對鐵族金屬材料的化學(xué)惰性。由于CBN 具有上述優(yōu)異的特性，用其制成的CBN 磨具特別適合于各類鐵族金屬材料的磨削加工［1-3］。CBN 的需求量每年以15%左右的速度遞增［4］。對CBN 砂輪的研究和推廣應(yīng)用，已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。

CBN 的應(yīng)用在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)處于成熟階段，而CBN 在我國的應(yīng)用與發(fā)達(dá)國家相比差距甚遠(yuǎn)，CBN磨削技術(shù)與應(yīng)用已成為我國磨削界研究的一項(xiàng)重要課題［5］。作者通過一系列的磨削試驗(yàn)，研究國產(chǎn)陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨削45 淬硬鋼工件過程中磨削參數(shù)對CBN 砂輪磨損與磨削比的影響規(guī)律及冷卻液流量對磨損與磨削比的影響規(guī)律。試驗(yàn)和討論結(jié)果將為國產(chǎn)陶瓷CBN 砂輪逐步推廣應(yīng)用提供重要的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)條件

磨床:MS1320 高速外圓磨床

砂輪:80/100#125% P 400 ×10 ×127

工件:45 淬硬鋼(HRC50～55)，直徑DW=(55～99)mm，工件寬度B=8 mm

砂輪修整:采用片狀金剛石修整器修整，修整深度td=10～15 μm/單程，修整進(jìn)給量fd=0.3 m/min。

磨削液:100%煤油

磨削方式為:定進(jìn)給量外圓切入磨削。

2 用正交試驗(yàn)研究磨削參數(shù)對陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨損與磨削比的影響

用L9(34)安排試驗(yàn)，由于砂輪開刃后磨損只有幾微米，即砂輪表面形狀保持性好，故砂輪修整并開刃后，測量初始磨損量，每次試驗(yàn)前不再修整，每次試驗(yàn)的磨損量都減去了初始磨損量及前面所有試驗(yàn)的累積磨損量，試驗(yàn)順序是5，4，6，7，8，9，1，2，3，每次試驗(yàn)約磨除2.8 ×105mm3的金屬體積。試驗(yàn)因素和水平見表1，試驗(yàn)安排、試驗(yàn)結(jié)果以及磨削比的極差見表2，磨削比的方差分析［6］見表3。

表1 試驗(yàn)因素和水平因素

表2 試驗(yàn)安排、試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算

表3 對磨削比的方差分析

從表2 極差Rj的大小排列因素的顯著性，據(jù)此可知砂輪線速度對磨削比影響最大，其次是進(jìn)給量，再次是工件轉(zhuǎn)速，最優(yōu)水平為A3B3C1，即砂輪線速度越高，工件轉(zhuǎn)速越高，砂輪進(jìn)給速度越小，則磨削比越高。

從表3 的方差分析的F值可知(顯著性用“☆”的多少來表示)，砂輪速度對磨削比有顯著的影響，進(jìn)給速度次之，工件轉(zhuǎn)速影響不顯著。

由于整個(gè)過程中砂輪沒有修整，從試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，在以煤油作為冷卻液的情況下，該砂輪的磨削性能非常優(yōu)越，尤其是砂輪速度較高時(shí)，砂輪幾乎不磨損，整個(gè)試驗(yàn)?zāi)コ斯布s2.52 ×106mm3的金屬體積，都不見砂輪有磨鈍的現(xiàn)象，工件表面粗糙度一直保持在Ra1.2 μm 左右。

對考察指標(biāo)磨削比與磨損進(jìn)行非線性回歸分析［7］，可得如下經(jīng)驗(yàn)公式:

上述經(jīng)驗(yàn)公式可以用來指導(dǎo)生產(chǎn)一線的工人在磨削時(shí)能合理的選擇磨削參數(shù)。

3 用單因素法研究砂輪進(jìn)給速度vf 對陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨損與磨削比的影響

此試驗(yàn)采用的砂輪:140/170#150%R350 ×10 ×127，其余條件與前面同。

磨削參數(shù):砂輪速度vs=55 m/s，工件轉(zhuǎn)速nw=168 r/min

(1)vf=5 μm/s 時(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表4

表4 vf=5 μm/s 時(shí)試驗(yàn)結(jié)果

(2)vf=10 μm/s，vf=15 μm/s 時(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表5。(當(dāng)vf=10 μm/s 時(shí)的試驗(yàn)前重新修整了砂輪，但在以vf=15 μm/s 進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)沒有再修整砂輪)

表5 vf=15 μm/s 時(shí)試驗(yàn)結(jié)果

從圖1 及表3—6 可以看出在較小的進(jìn)給量情況下，即使磨除了大約9 ×105mm3的金屬體積，砂輪還能繼續(xù)磨削，工件表面粗糙度還沒有惡化的趨勢，說明細(xì)粒度CBN 砂輪在小用量下非常耐磨，而且工件表面質(zhì)量一直保持良好(Ra=0.5～0.6 μm)。圖3 為磨削了大量金屬體積后，雖然有些磨粒上有較大磨損平面，但大部分磨粒只有一小平面磨損平面，說明磨削過程還可大大延續(xù)。

圖1 磨削過程中砂輪的磨損

圖2 磨削過程中CBN砂輪的磨削比

4 冷卻液流量對陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨損與磨削比的影響

此試驗(yàn)采用的砂輪:80/100#125% P 400 ×10 ×127

磨削參數(shù):砂輪速度vs=60 m/s，工件轉(zhuǎn)速nw=168 r/min，vf=20 μm/s

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同冷卻液流量的磨損與磨削比

從圖3 及圖4 可以看出，冷卻液流量對砂輪磨損影響很大，流量越小，砂輪磨損越大，而磨削比就越小，所以，在條件許可的條件下，應(yīng)盡量加大冷卻液流量，以減少砂輪磨損。

圖3 冷卻液流量對砂輪磨損的影響

圖4 冷卻液流量對砂輪磨削比的影響

5 結(jié)論

(1)砂輪線速度對磨削比影響最大，其次是進(jìn)給量，再次是工件轉(zhuǎn)速，最優(yōu)水平為A3B3C1，即砂輪線速度越高，工件轉(zhuǎn)速越高，砂輪進(jìn)給速度越小，則磨削比越高。

(2)砂輪線速度對陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨削比有顯著影響，進(jìn)給速度的影響程度次之，工件轉(zhuǎn)速對磨削比無顯著影響。因此，要提高砂輪的磨削比，主要應(yīng)提高砂輪的線速度。

(3)冷卻液流量對砂輪磨損影響很大，流量越小，砂輪磨損越大，所以，在條件許可的條件下，應(yīng)盡量加大冷卻液流量，以減少砂輪磨損。

(4)對正交試驗(yàn)進(jìn)行非線性回歸分析，可得磨削比與磨損的經(jīng)驗(yàn)公式如下:

［1］HERBERT S.A New Approach to I［J］.D·Gxinding·Industrial Diamond Review，1984(1):30-33.

［2］周德生.CBN 砂輪磨削技術(shù)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.金剛石與磨料磨具工程，1996，2(92):17-20.

［3］葉偉昌.CBN 砂輪的新進(jìn)展［J］.新技術(shù)新工藝，2000(11):13-15.

［4］徐載熊.CBN 磨削的發(fā)展動向［J］.磨料磨具與磨削，1989，50(2):20-23.

［5］羅偉文.砂輪進(jìn)給速度對CBN 砂輪磨損影響的試驗(yàn)研究［J］.汽車工藝與材料，2005，(9):6-7.

［6］汪鑫.數(shù)理統(tǒng)計(jì)［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1986.

［7］馮成志.社會科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2009.