國產(chǎn)人造孔隙砂輪的實(shí)踐和應(yīng)用

汪建平

（杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司，杭州311203）

國產(chǎn)人造孔隙砂輪的實(shí)踐和應(yīng)用

汪建平

（杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司，杭州311203）

通過對(duì)磨齒砂輪—單晶剛玉砂輪的研究，提出用人造孔隙砂輪改進(jìn)單晶剛玉砂輪，并且試制了樣品，提高了磨齒的加工效益。

人造孔隙砂輪；齒形；自尖銳

0 引言

2008年開始，我公司的蝸桿砂輪磨床YK7250在磨削齒輪時(shí)，經(jīng)常發(fā)生啃刀（砂輪不鋒利，膠合在工件上）現(xiàn)象，基本只能加工小模數(shù)、小直徑的零件，而且磨出的零件偶爾還會(huì)有磨削裂紋，因此三臺(tái)YK7250蝸桿砂輪磨床效率較低。2008年我們了解到 WINTERTHUR SCHLEIFTECHNI公司（人造孔隙砂輪制造的先驅(qū)）已全面大批量地生產(chǎn)人造孔隙砂輪，于是通過與南昌精藝料磨具有限公司合作，對(duì)砂輪的結(jié)構(gòu)和磨削過程進(jìn)行全方面的分析探討，共同研發(fā)人造孔隙砂輪。砂輪主要由磨料、燒結(jié)劑和氣孔組成，其結(jié)構(gòu)特性主要由氣孔決定。氣孔對(duì)磨削過程有著極為重要的作用，氣孔作為容納排屑的空間，能有效地改善磨削過程中的冷卻效率。

1 試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)過程

由于目前使用普通單晶剛玉砂輪在蝸桿磨上經(jīng)常發(fā)生啃刀，所以我們首先從蝸桿磨砂輪著手，經(jīng)雙方共同分析后，由南昌精藝料磨具有限公司開發(fā)了M5、φ400的蝸桿磨大氣孔砂輪。結(jié)果發(fā)現(xiàn)比之前使用PA80J砂輪效果更好，使得YK7250磨削齒輪的磨削性能大大改善，效率提高20%左右，經(jīng)探傷檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)磨削裂紋，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，同時(shí)齒輪的齒形精度也有較好改善，如圖1所示。

通過以上對(duì)蝸桿砂輪試驗(yàn)后取得的成效，我們決定在成型磨齒機(jī)上開發(fā)使用人造孔隙砂輪。

圖1 砂輪改進(jìn)前后齒形對(duì)比

圖2 緩慢進(jìn)給與往復(fù)進(jìn)給時(shí)接觸面積Ak的比較

我們知道成型磨齒機(jī)砂輪是垂直于加工工件表面徑向進(jìn)給的。成型砂輪的形狀由最終齒形的形狀決定，但齒槽在未加工前，形狀比較窄（因?yàn)榱粲心ハ饔嗔浚?，根?jù)齒輪成型原理，當(dāng)砂輪靠近齒輪時(shí)，砂輪會(huì)和齒輪上壓力角較小的位置先接觸，而不是和原先設(shè)計(jì)的壓力角位置重合。所以在初磨時(shí)，齒輪分度圓以上的部分要晚于分度圓以下部分與砂輪接觸。隨著砂輪的徑向進(jìn)給，齒輪下端磨削量減少，上端的磨削量增大，這樣在相同徑向進(jìn)給量的前提下，就形成了不同的金屬去除量。成型磨齒多為雙面磨削，即砂輪對(duì)一個(gè)齒槽的左右齒面同時(shí)進(jìn)行切削，沖程進(jìn)給比較緩慢，一般粗磨為3 000 mm/min，但是進(jìn)給量較大。由于是連續(xù)磨削，極不利于散熱和冷卻液的進(jìn)入，所以成型磨齒機(jī)容易對(duì)齒面造成表層回火和二次淬火，從而引起齒面燒傷。但人造孔隙砂輪的結(jié)構(gòu)對(duì)磨削燒傷可以起到一定的抑制作用：1）人造孔隙砂輪在快速磨削時(shí)能提供排屑的間隙；2）當(dāng)摩擦力減少時(shí)，人造孔隙砂輪能給切削刃提供更多的冷卻液；3）人造孔隙砂輪能優(yōu)化磨削過程中砂輪的自尖銳。

如果缺少自尖銳，工件會(huì)熱失效。在緩慢進(jìn)給磨削中，接觸面積AK很大，如果使用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的砂輪，會(huì)有太多的磨粒在磨削壓力作用下進(jìn)入給定的接觸面AK內(nèi)，導(dǎo)致磨粒的平均壓力不足，結(jié)構(gòu)斷裂，阻止了砂輪自尖銳的形成。而人造孔隙砂輪帶動(dòng)磨粒從接觸面離開，從而改善了砂輪的自尖銳形成，這樣做的優(yōu)點(diǎn)：1）最后的砂輪中不會(huì)殘留任何微量的化學(xué)物質(zhì)；2）磨削時(shí)砂輪不會(huì)膨脹（砂輪中無有害應(yīng)力）；3）磨料混合良好（最終產(chǎn)品平衡性好）；4）有利于氣孔間的互連，改善磨削冷卻液的傳送（冷卻磨削）。

2009年6月，我們跟山東魯信高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)股份有限公司合作開發(fā)用于成型磨齒機(jī)的微氣孔砂輪，同時(shí)，他們也察看了目前我們公司使用的進(jìn)口的BK砂輪在ZP12磨齒機(jī)上的磨削過程和齒輪磨削燒傷的酸洗檢驗(yàn)過程。經(jīng)過多次技術(shù)交流與溝通，山東魯信高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)股份有限公司終于成功試制出用于成型磨的微氣孔單晶剛玉砂輪和含鈷類微氣孔砂輪。我公司立即對(duì)該新試制的微氣孔砂輪進(jìn)行試磨。

首先，我們使用微氣孔單晶剛玉砂輪對(duì)行星輪（m= 11mm，Z=30，α=20°，β=0°）進(jìn)行試磨，先將磨削速度提升5%，即：粗磨時(shí)磨削速度由3 000 mm/min增至3 150 mm/min，進(jìn)刀量0.05 mm；半精磨時(shí)磨削速度由2 500 mm/min增至2 625 mm/min，進(jìn)刀量0.03 mm；精磨時(shí)磨削速度由2 200 mm/min增至2 360 mm/min，進(jìn)刀量0.015 mm。磨削完成后經(jīng)過磨削燒傷檢測(cè)顯示均勻灰色，F(xiàn)A無回火，硬度為58～62HRC。接著我們?cè)侔涯ハ魉俣忍嵘?0%，即粗磨時(shí)磨削速度3 300 mm/min，進(jìn)刀量0.05 mm；半精磨時(shí)磨削速度2 750 mm/min，進(jìn)刀量0.03 mm；精磨時(shí)磨削速度2 420 mm/min，進(jìn)刀量0.015 mm。磨削完成后再次經(jīng)過磨削燒傷檢測(cè)顯示為較窄的淺色，F(xiàn)B輕度回火，硬度為57～59HRC。磨削速度提升至15%后，零件經(jīng)燒傷檢測(cè)顯示部分黑色，已磨削燒傷，硬度為50～52HRC。而改用含鈷類微氣孔單晶剛玉砂輪進(jìn)行同樣試驗(yàn)后得到的效果基本一致，但齒形精度有所提高，更適合國標(biāo)四級(jí)精度齒輪磨削。

與此同時(shí)，我們使用國內(nèi)SG磨料砂輪與國外BK砂輪分別對(duì)上述行星輪進(jìn)行了試磨。這兩種磨料價(jià)格分別是微氣孔單晶剛玉砂輪的4倍和6倍。在不產(chǎn)生燒傷的前提下，試磨結(jié)果如下：1）使用SG磨料磨削行星輪時(shí)粗磨時(shí)最高磨削速度為3 600 mm/min，進(jìn)刀量0.05 mm；半精磨時(shí)最高磨削速度為3 000 mm/min，進(jìn)刀量0.03 mm；精磨時(shí)最高磨削速度為2 640 mm/min，進(jìn)刀量0.015 mm，磨削效率比普通單晶剛玉砂輪提高了20%。2）使用國外的BK砂輪，磨削行星輪的粗磨時(shí)最高磨削速度為3850mm/min，進(jìn)刀量0.05 mm；半精磨時(shí)最高磨削速度為3 000 mm/min，進(jìn)刀量0.03 mm；精磨時(shí)最高磨削速度為2 700 mm/min，進(jìn)刀量0.015 mm；效率比普通單晶剛玉砂輪增加速度25%左右。雖然使用SG磨料砂輪和BK磨料砂輪加工效率比我們使用微氣孔砂輪的加工效率有所提高，但其價(jià)格昂貴，致使齒輪加工成本大大提高。所以微氣孔單晶剛玉砂輪的使用，加工效率雖略低于SG和BK磨料，但加工質(zhì)量可以保證，總的性價(jià)比較高。

2 結(jié)語

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在相同的磨削工藝情況下，不同的砂輪在磨削過程中會(huì)產(chǎn)生不同的效果。因此在砂輪的選擇上，應(yīng)該在保證齒面粗糙度的前提下，盡可能選擇較軟的砂輪。由于磨削原理的不同，成型磨齒機(jī)的砂輪硬度要稍高于展成磨齒機(jī)的砂輪硬度。針對(duì)各類磨削方式所開發(fā)的人造孔隙砂輪，在快速磨削的同時(shí)能提供排屑的間隙；而當(dāng)摩擦力減小時(shí)，能給切削刃提供更多的冷卻液；另外可以優(yōu)化磨削過程中砂輪的自尖銳，時(shí)刻保持砂輪鋒利，不會(huì)產(chǎn)生“鈍刀劈材”現(xiàn)象。目前該砂輪以其優(yōu)良的性價(jià)比，已開始在國內(nèi)齒輪制造行業(yè)推廣使用。

［1］ 鮑中美.成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷的研究與防止對(duì)策［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007（8）：98-99.

［2］ 汪軍，丁英輝，范乃則，等.齒輪磨齒燒傷的分析與防止［J］.機(jī)械傳動(dòng)，2009（1）：89-92.

（編輯：黃 荻）

TG 732

B

1002－2333（2014）04－0269－02

汪建平（1966—），男，工程師，主要從事機(jī)械加工工藝工作。

2014-02-11