無級(jí)變速器帶輪錐面粗糙度超差問題分析與改進(jìn)

王錦周、周利仁、顏蕊

（柳州賽克科技發(fā)展有限公司，柳州545006）

1 CVT 結(jié)構(gòu)

目前，行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的CVT 大多采用經(jīng)典結(jié)構(gòu)，使用TC 減速增扭，起步平穩(wěn)，提高舒適性。CVT 的核心零部件為控制速比的帶輪組，通過推力鋼帶及主從動(dòng)帶輪組，實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。變速器工作時(shí)，通過鋼帶端面與帶輪錐面產(chǎn)生的摩擦力來提供夾緊力（圖1），進(jìn)而傳遞扭矩。變速時(shí)，通過改變鋼帶相對(duì)錐面的徑向位置來改變速比[1]，由此可見帶輪錐面粗糙度的重要性。若錐面粗糙度過低，鋼帶可能會(huì)打滑，扭矩?zé)o法傳遞；若錐面粗糙度過高，摩擦力增大，帶輪及鋼帶容易磨損，甚至鋼帶斷裂。

2 案例分析

2.1 案例簡介

本司于2019年3月16日夜班，共隔離主從動(dòng)帶輪錐面粗糙度超上差21 件。工藝要求Ra 為0.20～0.60 μm，實(shí)測(cè)最大1.46 μm ；錐面粗糙度超上差表面有明顯的黑點(diǎn)，觸感明顯（圖2左）。粗糙度正常帶輪表面應(yīng)光滑且無明顯觸感（圖2右）。

圖2 粗糙度超差帶輪錐面與正常錐面對(duì)比

2019年11月，從動(dòng)輪錐面砂輪磨削加工過程中，頻繁出現(xiàn)錐面粗糙度Ra 下降過快的問題。加工10 件左右，粗糙度超下差，粗糙度為0.19，無法達(dá)到60 件一次的修整頻次（圖3）。

圖3 粗糙度超下差帶輪

2.2 原因分析

2.2.1 磨削工藝分析

帶輪錐面砂輪為陶瓷CBN 砂輪（圖4），相對(duì)于普通剛玉砂輪，陶瓷CBN 砂輪具有修整效率高、型面一致性好及質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。CBN 砂輪硬度僅次于金剛石，耐磨性好，發(fā)熱量小，適用于磨削硬質(zhì)合金、不銹鋼、淬硬鋼、高溫合金及鈦合金等難加工材料[2]。錐面砂輪與帶輪錐面分別形成了前角和后角（圖5），前角主要用于去除工件余量，后角主要起修光作用，以保證表面質(zhì)量。后角越小，修光效果越好，錐面表面粗糙度越小。

圖4 錐面砂輪加工方式

圖5 錐面砂輪磨削面

砂輪的硬度是指砂輪表面上磨粒在外力作用下脫落的難易程度。硬度軟，表示砂輪的磨粒易脫落；硬度硬，表示磨粒較難脫落。磨削與切削的顯著差別是砂輪具有“自銳性”，選擇砂輪的硬度，實(shí)際上就是選擇砂輪的自銳性，希望切削鋒利的磨粒不要過早脫落，也不要磨鈍時(shí)仍不脫落[3]。因此，研究砂輪的磨損過程，對(duì)于合理選擇磨削條件和砂輪特性是十分重要的。

2.2.2 粗糙度超上差分析

（1）錐面車削余量變小：錐面余量由0.30 mm 降為0.15 mm，磨削表面硬度提升20HV（約為0.7HRC），對(duì)砂輪的硬度、耐磨性要求更高。

（2）國產(chǎn)砂輪耐磨性不好：①對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)口砂輪，砂輪加工滿足要求；②砂輪磨粒保持性不好，CBN 顆粒脫落過快，磨削至50 件左右粗糙度超上差（圖6），重新修整砂輪10 個(gè)循環(huán)才修好，進(jìn)口砂輪只需5 個(gè)循環(huán)即可修好（單個(gè)循環(huán)修整量均為3.00 μm）。

圖6 國產(chǎn)錐面砂輪加工錐面粗糙度變化規(guī)律

（3）對(duì)比修整及加工參數(shù)前后無差異，排除參數(shù)變化的因素。

（4）檢查機(jī)床切削液壓力無異常，噴嘴無堵塞，排除冷卻不充分的因素。

結(jié)論：國產(chǎn)砂輪的錐面砂輪耐磨性不好，無法兼容帶輪錐面硬度的提升，導(dǎo)致錐面粗糙度超上差。

2.2.3 粗糙度超下差分析

前期為解決粗糙度超上差問題，砂輪硬度有一定提高，之前的修整及磨削參數(shù)已經(jīng)不適用。這是導(dǎo)致錐面粗糙度超下差的主要原因。

2.3 問題解決

錐面粗糙度和砂輪修整后的表面情況有很直接的關(guān)系。一般來說，在磨削參數(shù)不變的前提下，砂輪與修整滾輪的線速度比越小、走刀速度越小，砂輪表面修整得就越平坦、越鈍，加工出來的錐面表面越光滑；砂輪與修整滾輪的線速度比越大、走刀速度越大，砂輪表面修整得就越鋒利，錐面表面越粗糙[4]。

2.3.1 粗糙度超上差問題解決

將錐面砂輪不耐磨的問題反饋給國產(chǎn)砂輪供應(yīng)商，供應(yīng)商重新制作多種硬度更高、磨粒把持性更好的砂輪來進(jìn)行測(cè)試，最終測(cè)試出能滿足粗糙度及修整頻次要求的砂輪配方。在供應(yīng)商制作新配方砂輪期間，我司通過制定實(shí)施以下短期措施以滿足生產(chǎn)需求：①將修整砂輪走刀速度從300 mm/min 調(diào)整至200 mm/min；②將砂輪修整速比從0.65 調(diào)整至0.55；③將砂輪加工時(shí)偏擺角度從-20.2°調(diào)整至-20.1°；④臨時(shí)降低砂輪修整頻次至50 件。

2.3.2 粗糙度超下差問題解決

經(jīng)過多次修整及加工參數(shù)驗(yàn)證，最終鎖定滿足修整頻次及工藝要求的修整及加工參數(shù)如表1所示。

表1 改善前后修正及加工參數(shù)對(duì)比表

3 結(jié)束語

在帶輪錐面的磨削加工中，錐面的表面粗糙度變化不僅和零件表面硬度、砂輪硬度有關(guān)，還與排屑、修整參數(shù)和加工參數(shù)等有關(guān)。要控制好錐面的粗糙度，需要根據(jù)實(shí)際加工及失效模式進(jìn)行分析，進(jìn)而做出合適的調(diào)整。而且同樣的修整參數(shù)在不同的機(jī)床上效果是有一定區(qū)別的，只有根據(jù)加工效果合理調(diào)整修整參數(shù)，才能保證帶輪的錐面粗糙度。

通過此次問題的解決，提升了自己解決復(fù)雜問題的能力，豐富了關(guān)于CBN 砂輪的磨削知識(shí)，為公司CVT 的發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的一份力量。