磨削工艺参数（精选7篇）
磨削工艺参数 篇1
镜面磨削是指经磨削后的工件, 表面粗糙度Ra不大于0.01μm, 光如镜面, 可以清晰成像, 故称镜面磨削。
镜面磨削主要用于加工精密轧辊、精密线纹尺等需要特别光洁的精密零件的外圆或平面。磨削圆柱面的圆度 不大于0.5μm, 直线度不 大于1μm/300mm;磨削平面的平面度不大于3μm/1000mm。工件精度靠机床保证, 镜面效果要靠工艺保证[1,2]。
1镜面磨削的原理
镜面磨削是利用砂轮上等高微刃进行的精密加工。大量微刃同时参加磨削, 形成光滑表面, 这是形成镜面的主要因素。其次是微刃在切除切屑后, 由于磨损而变钝, 在工件表面上产生摩擦、挤压、压光和抛光作用, 这是形成镜面的第二个因素。第三个因素是进行无火花磨削, 镜面形成过程是反复进行无火花磨削的除去表面上切削残留余量的过程[2,3]。
2试验方案
要使工件磨削后达到镜面效果, 除机床本身的精度、工件的硬度外。磨削参数的选择是关键。
本实验主要考察修整砂轮时工作台速度;磨削时工作台速度;工件线速度和过余进给量四个因素对工件粗糙度影响。
2.1实验条件
(1) MG1432W高精度万能外圆磨床
(2) 砂轮种类型号
精密磨削时:WAF280L400×50×203
镜面磨削时:WAW7K400×50×203石墨砂轮
(3) 工件:GCr15HRC60~62
(4) 锋利的单颗粒金刚石修正笔
(5) 冷却液 (乳化剂) :线切割专用工作液。型号:DX (南京中山油品厂)
(6) 冷却液过滤装置
(7) TR300表面粗糙度形状测量仪
主要技术参数:最高分辨率0.000125μm/8μm.
残余轮廓Ra<0.005μm.
示值误差< ±5%.
示值变动性 < 3%.
2.2实验准备
(1) MG1432万能外圆磨床的空运行:目的是让机床的各运动部件充分运动, 使机床达到热平衡, 尤其是工作台在低速运动时无爬行现象。
(2) 试件:材料GCr15, HRC60~62、Φ50×100, 10件。进行镜面磨削之前首先仔细研磨中心孔去除氧化皮并使中心孔的光洁度达到▽10, 并在普通外圆磨床上进行粗磨, 使各工件没有锥度且外径尺寸一致。然后在MG1432外圆万能磨床上磨削。
(3) 砂轮的修整规范:
用单颗粒金刚石修正笔修整砂轮时, 修正笔随工作台纵向往复运动, 在砂轮表面刻出左右两个旋向的螺旋线, 两个旋向的螺旋线相互干涉 (牙顶和牙顶重合形成高点、牙底和牙底重合形成低点) , 如果工作台左右两个方向运动速度相等, 从微观上看砂轮则被修整成了椭圆。但是由于磨床工作台是用液压驱动的, 所以左右两个方向运动的速度不可能相等。因此由牙顶重合的高点会呈螺旋线排列在砂轮表面。为了使砂轮有更多的磨粒参加磨削, 操纵机床不进刀地光修几次, 去除高点使砂轮更平整[4]。
砂轮修整的过程就是用金刚石把砂轮表面剥掉一层的过程, 那么会有一些磨粒已经松动但并未脱落, 在磨削的过程中这些磨粒脱落便会划伤工件表面。这些划伤不但影响实验结果, 而且在镜面磨削的过程中很难去除。所以修整完砂轮之后开大冷却水冲刷砂轮表面, 并用塑料板或加布胶木板在砂轮表面轻轻地磨, 以去除松动的磨粒。然后用牙刷仔细刷洗砂轮表面[5]。
2.3实验结果
各种因素对工件粗糙度的影响见表1, 表2, 表3, 表4, 磨削效果见图1。
Vs—砂轮修正速度;n—工件转速;Vg—磨削时工作台速度;S—过于进给量。
3结论
在相同实验条件下, 仅改变工件转速, 其余各工艺参数均相同时, 工件转速越小在镜面磨削时其表面光洁度越高, 精度越高。
在相同实验条件下, 仅改变磨削时工作台速度, 其余各工艺参数均相同时, 磨削时工作台速度越小, 在镜面磨削时其表面光洁度越高, 精度越高。
在相同实验条件下, 仅改变磨削时砂轮修整速度, 其余各工艺参数均相同时, 磨削时砂轮修整速度越小在镜面磨削时其表面光洁度越高, 精度越高。
参考文献
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磨削工艺参数 篇2
关键词：薄片零件,平面磨削,参数优化
0 引言
磨削加工是现代机械制造业中进行精密加工和超精密加工的重要工艺技术。在磨削加工中,所消耗的能量大部分转化为热能传入被磨工件,传入工件的热量主要集中在很薄的表面层里,形成局部高温,这种现象对工件表面质量和工件的使用性能影响很大。国内外大量专家学者对磨削加工中的热效应问题进行了研究。1942年,J.C.Jaeger[1]首先提出了移动热源理论,Outwater和Shaw[2]基于剪切面移动热源理论建立了热量传递给工件的热源模型,1996年Rowe[3]在前人研究的基础上综合考虑了工件的热特性、砂轮的锋利程度、砂轮和工件的速度、切深以及接触长度对温度场的影响。我国学者贝季瑶教授[4]早在上世纪60年代就提出了热源强度在沿接触弧长上为三角形分布的假设,高航教授[5]在研究断续磨削时分别建立了卧轴周边断续磨削和立轴端面断续磨削的热源模型。磨削过程的热效应一直是国内外学者研究的热点。
随着航天和汽车技术的发展,出现了越来越多的薄片类零件,如航天仓中的各种密封圈和垫片。这类零件的磨削质量要求很高,磨削过程中的热效应容易使零件变形和烧伤,影响了磨削质量和使用性能。精密磨削过程中的热效应问题,已逐渐成为制约薄片类零件磨削加工工艺发展的瓶颈,因此在这种情况下对薄片零件平面磨削工艺参数优化问题的研究具有极大理论和实际应用价值。
1 薄片零件平面磨削表面温度场的计算理论研究
如图1所示面热源ABCD沿X方向以速度V在无限大的薄片零件内运动。
按照两维传热模型计算,则薄片平面内X轴上任意一点的温升为[6]
根据式(1)可以计算薄片零件表面内沿X轴方向上任意点的温度。
按照一维传热模型计算,将面热源看成只沿Z方向传入零件内。则当面热源运动到M点后,在面热源区域下Z方向上任意点的温升为[6]。
薄片零件磨削区表面的温升为
由于移动面热源在任一瞬间同时存在两维传热和一维传热,如图2所示。设有qm的热量按一维传热,忽略其它热量损失,根据能量守恒则有(1-)qm的热量按照两维传热。
则薄片零件表面磨削区任一点的温升可表示为:
令=f(v),且0<<1,当工件移动速度v→∞时,→0;公式(4)等效于公式(1)两维传热,当工件移动速度v→0时,→1公式(4)等效于公式(2)按一维传热。对于磨削区中确定一点,在其它磨削参数不变的情况下,某一确定时刻
均均为为定定值值,,可可以以设设为为KK11、、KK22,,则则式式((44))可可以以化化为为::
分布取不同的工件移动速度V,并测出磨削区表面在每个工件移动速度下的最高温度,代入公式(5)令X=0经查表[6]可以求出。如表1所示。
由若干组V和,用数学插值的方法可以确定函数=f(v),又因为发热功率qm=f(Ft,vs)[6],其中Ft是切向磨削力,vs是磨削速度。所以
其中Ft=(ap)
2 薄片零件平面磨削工艺优化
平面磨削最重要的三个参数是磨削深度ap、磨削速度vs、工件的进给速度v。薄片零件平面磨削工艺优化的主要目的就是选择合适的磨削参数,使磨削温度最低,即求函数值最小。这是一个数学问题。构造拉格朗日函数
满足该方程组的所有解(ap,vs,v)都可能是极值点,分别将这些解带入温度场函数,比较大小,找出使温度最小的那组解就是我们磨削工艺优化的参数。
3 结论
本文用数学理论方法找到了磨削工艺参数的优化解,该方法节省了以往依靠工人经验或采用大量实验来优化工艺而浪费的人力和物力,节省了时间,提高了效率,降低了成本,具有一定的实际应用价值。
参考文献
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[5]高航.高效立轴平面强力磨削技术与机理的研究[D].东北大学,1992.
磨削工艺参数 篇3
高速点磨削是一种先进的加工技术，它兼具磨削的高表面质量和车削的高生产效率[1,2,3]，被认为是脆性材料实现延性域去除的有效方法之一。低膨胀微晶玻璃是一种新型无机材料，在精密仪器、激光技术、航空航天等领域应用前景十分广阔[1,2,3,4]。传统方法对低膨胀微晶玻璃进行加工时，难以获得高精密的表面质量，且效率很低[5]。
有关硬脆性材料加工技术的研究主要集中在性能分析、加工机理等方面，由于实验数据的离散化，对加工过程与工艺参数之间内在关系的研究报道较少。遗传算法是一种仿生智能优化算法，对解决高维不可导、不连续问题甚为有效，故其在上述方面应用广泛[6,7]。BP神经网络是多层前馈性神经网络，具有良好的泛化能力，在函数预测、数据挖掘、数值分析等方面有着广阔的应用[8,9]。
本文在点磨削实验数据分析的基础上，根据单因素实验建立了低膨胀微晶玻璃表面硬度和表面粗糙度与工艺系统因素的一元模型，根据正交实验进一步建立了多元模型，采用遗传算法进行了双目标工艺参数优化。
1 实验
实验在MK9025A型曲线磨床上进行，选用陶瓷结合剂CBN砂轮，砂轮直径为180mm、磨料粒度为200、砂轮浓度为150%、宽度为7mm、磨料厚度为5mm。选用低膨胀微晶玻璃为实验材料，其主要性能参数为：密度2.53g/cm3，体膨胀系数2.0～4.0×10-8/K，抗弯强度173MPa。磨削后的表面粗糙度Ra在Micromeasurez三维表面轮廓仪（法国）上进行测量，加工表面的显微硬度用FM-ARS9000型全自动显微硬度测量系统进行测量。
通过单因素实验（表1）结合BP神经网络算法进行了数值拟合，建立了表面硬度、表面粗糙度与工艺参数的一元模型，通过正交实验（表2和表3），进一步建立了表面硬度、表面粗糙度的多元模型。以表面硬度和表面粗糙度为目标，利用遗传算法对点磨削工艺参数进行了双目标优化。为验证多元模型及优化结果的精确性，设计了表4所示的验证实验进行验证。
2 神经网络与遗传算法
2.1 神经网络理论
BP神经网络是一种多层前向型神经网络，一般包含一个输入层、一个或多个隐含层和一个输出层，上下层之间全互连，同层节点之间互不相连。BP神经网络算法的数学理论如下：
设输入层节点为X=(x1,x2…，xm），隐含层节点为P=(p1,p2，…，pd），输出层节点为Y=(y1,y2，…，yn），输出层期望向量为S=(s1,s2，…，sn），隐含层的阈值向量为B=(b1,b2，…，bd），输出层阈值向量为C=(c1,c2，…，cn），输入层与隐含层间的网络权值为wij，隐含层与输出层间的网络权值为wjk，其中，i=1,2，…，m;j=1,2，…，d;k=1,2，…，n，则隐含层节点输出为
式中，f（·）为激活函数。
输出层输出为
输出层误差函数为
基于误差函数对输出层各节点求偏导可得
基于输出层的δk与隐含层的误差函数，对隐含层各节点求偏导可得
基于输出层的δk与隐含层的θj，对权值wij和wjk进行修正，其最终的总误差计算表达式为
至此，BP神经网络完成一次学习过程，当误差达到预设精度时，算法结束，否则，进入下一轮学习，直至误差达到预设精度为止。
2.2 遗传算法理论
遗传算法是一种基于生物遗传与进化机制的智能仿生优化算法，可以把问题参数编码为染色体，利用选择、交叉、变异等操作使种群中的染色体进化到搜索空间中越来越好的区域，最后收敛于符合优化目标的染色体。算法流程图见图1。
3 表面质量数值拟合
3.1 表面硬度HV单因素数值拟合
图2所示为砂轮速度对表面硬度的影响。基于实验值与BP神经网络预测值，通过数值拟合，可解得表面硬度与砂轮速度vc的模型表达式：
式中，H为表面硬度HV。
式（7）中的模型决定系数R为0.9459。同理，表面硬度与进给率f、磨削深度ap、倾斜角α、偏转角β的数值模型可分别表示为
式（8）～式（11）模型的决定系数R分别为0.9435、0.8535、0.946、0.8936。图3～图6所示分别为f、ap、α、β参数对表面硬度的影响曲线。
3.2 表面硬度多元模型
3.2.1 模型假设
基于单因素数值拟合结果（式（7）～式(11）），提出了低膨胀微晶玻璃点磨削表面硬度关于点磨削参数的多元模型，其数学表达式为
式中，a、b、c、d均为常数。
3.2.2 模型求解
模型求解的适应度准则为
式中，Hi为多元模型值；Hi0为正交实验值。
建立的表面硬度与点磨削参数模型表达式为
根据正交实验（表2和表3），基于遗传算法对模型进行优化求解，以多元模型与正交实验值的方差最小为适应度准则（式（13）），解得低膨胀微晶玻璃点磨削表面硬度与点磨削参数的模型如式（14）所示，并利用验证实验（表4）对模型进行检验，误差结果如表5所示。
3.3 表面粗糙度Ra单因素数值拟合
图7所示为砂轮速度vc对表面粗糙度Ra的影响，通过考查Ra随vc的变化趋势，经数值拟合，建立起二者之间的数字关系模型，其表达式为
式（15）模型的决定系数为0.8936。
同理，经数值拟合，可建立起表面粗糙度Ra与进给率f、磨削深度ap、倾斜角α、偏转角β的模型，其数学表达式分别为
式（16）～式（19）模型的决定系数R分别为0.9462、0.8910、0.8314、0.8700。图8～图11所示分别为f、ap、α、β对表面粗糙度的影响曲线。
3.4 表面粗糙度多元模型
3.4.1 模型假设
基于单因素数值拟合结果（式（15）～式（19）），建立了点磨削表面粗糙度关于工艺参数的多元模型，其数学表达为
式中，a0、a1、a2、a3、b0、c0均为常数。
3.4.2 模型求解
模型求解的适应度准则为
式中，Rai为多元模型值；Rai0为正交实验值。
基于正交实验（表2、表3），建立的遗传算法多元数字模型表达式为
以多元模型值与正交实验值的方差最小为适应度准则（如式（21）），通过遗传算法对多元模型进行了优化求解，结果如式（22）所示。通过验证实验（表4）检验了多元模型，误差结果如表6所示。
4 基于遗传算法的双目标优化
4.1 目标函数
进行目标函数参数优化的数学表达式及约束条件分别为
磨削参数影响加工表面质量，利用遗传算法进行双目标优化，使表面硬度（式（23））取值尽可能大，表面粗糙度（式（24））尽可能小，式（25）为双目标优化的约束条件。
取种群大小为200，进化代数为200,Pareto解因子为0.2，最大进化代数为200，精度为1×10-50。
4.2 优化结果
基于遗传算法优化，解得最优工艺参数取值范围：vc为30～31.5m/s,f为20～21mm/min,ap为0.0069～0.0071mm，α为0.495°～0.535°，β为-4.99°～-4.94°，遗传算法Pareto解如图12所示。
在最优工艺参数范围内进行实验验证，取vc=31m/s,f=20.5mm/min,ap=0.007mm，α=0.51°，β=-4.97°，加工后测得的结果为HV=8.641GPa,Ra=0.101μm，与非优化参数实验结果相比，表面硬度明显提高，表面粗糙度略有下降，优化结果较为合理。
5 结论
(1）基于BP神经网络预测值与实验值，通过最小二乘拟合，建立了表面硬度和表面粗糙度分别关于各工艺参数的一元模型，以决定系数检验了模型的可靠度，发现模型具有较高的可靠性。
(2）基于遗传算法，建立了表面硬度和表面粗糙度分别关于工艺参数的多元复合模型，以正交实验进行模型的可靠度验证，结果表明模型具有较高的精度。
(3）基于遗传算法，以表面硬度多元模型和表面粗糙度多元模型为目标函数，进行了工艺参数的双目标优化，得到了一组最优的工艺参数值范围，实验验证结果表明优化结果是合理的。
摘要：通过低膨胀微晶玻璃点磨削实验,测试了加工表面粗糙度、表面硬度,分析了实验数据变化趋势。通过最小二乘拟合,建立了关于粗糙度、表面硬度的一元数值模型,并将模型预测值与实验值进行了比较,以验证模型的精确性,结果表明模型具有较高的精度。根据正交实验结果,基于BP神经网络算法和遗传算法,建立了粗糙度、表面硬度的多元数值模型并以此作为目标函数,以表面硬度最大和表面粗糙度最小作为优化目标,基于遗传算法进行了工艺参数的双目标优化,获得了一组点磨削工艺参数的最优解范围,实验验证结果表明优化结果是合理的。
关键词：BP神经网络,参数优化,点磨削,微晶玻璃
参考文献
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磨削工艺参数 篇4
关键词：粗磨区倾角,点磨削,磨削参数,磨削温度
0 引言
磨削温度对工件表面质量和磨具性能都有极大的影响，是磨削加工中非常重要的因素。磨削过程对去除的单位体积金属有极高的能量输入，几乎所有的能量转化都集中在磨削区[1]。产生的高温可引起各种形式的工件热损伤，如烧伤、金相转变等[2]。磨削的热效应对工件表面质量和使用性能有极大的影响。磨削区大量的磨削热也会影响到砂轮的使用寿命和磨削精度[3]。本文主要研究三片不同粗磨区倾角θ的点磨削砂轮及磨削参数对磨削温度的影响。磨削温度是加工时由磨削热所引起的工件温升的一个总称[4]。在工程研究中可按照不同的要求将磨削温度区分为工件总体的平均温度、磨削区的平均温度、磨粒磨削点温度等[5]。本文所研究的温度是磨削区的平均温度。
1 理论研究
1.1 新型砂轮结构
本文所用的陶瓷结合剂CBN点磨削砂轮的磨料层在砂轮的轴向前端设置有粗磨区倾角θ，倾角的存在使得砂轮和工件的接触形式发生变化，也使得磨屑更容易排出，从而减少了磨屑堆积现象。
为了保证许用切深ap能够实现，砂轮磨料层倾角的高度Δ要比点磨削工艺许用切深ap大30%～50%，即Δ=(1.3～1.5)ap=Cap。参见图1，砂轮磨料层倾角的高度Δ、砂轮宽度B、精磨区宽度b存在如下关系:
因此，点磨削砂轮的许用切深可表示为
磨料层精磨区宽度一定时，粗磨修整倾角越大，许用切深越大，越容易获得更大磨除率[6]。
参见图1，倾斜型砂轮的实际有效切深a'p与砂轮每转进给量s的关系如下:
角度越小，实际有效切深越小，砂轮磨损越小。因此，兼顾材料去除率和砂轮磨损两个方面，粗磨区修整倾角θ∈[10°，20°]。此外，点磨削工艺为保证良好的磨削表面，要求精磨区宽度大于砂轮全宽的一半，即b>B/2。
一般情况下点磨削砂轮的许用切深ap=0.2～0.4 mm，其材料去除率高，比普通磨削切深大一个量级，取许用切深ap=0.4 mm，Δ=1.3ap，点磨削砂轮宽度B=5 mm，得砂轮粗磨区倾角在砂轮侧面的高度Δ=0.52 mm，则根据图1b得
当θ=10°时，可计算X=2.95 mm,b=2.05 mm，当θ=16°时，可计算X=1.8 mm,b=3.2 mm。本文所用砂轮粗磨区宽度X=1.8 mm，精磨区宽度b=3.2 mm。
1.2 磨削热产生与分配理论
磨削热来源于磨削功率的消耗，磨削加工的比能非常高，这些能量绝大部分转化成热能，传递到工件、砂轮、切屑、磨削液，此外还有辐射散逸[7]。磨削过程中消耗的能量大部分转化为砂轮与工件接触区域的热量，由于介质导热属性的不同，故大部分热量传向工件。
文献[8]在金属材料的高效深磨方面作了大量的研究后，提出了磨削过程中，总的热量主要分配在工件、砂轮、磨屑和磨削液中的理论模型。根据Rowe建立的砂轮工件热分配模型，磨削产生的热量主要分为4种介质传递:砂轮、工件、切屑和冷却液，即由机床消耗功率转化的热量按照比例在4种介质之间进行分配。图2所示为平面磨削时砂轮与工件的几何位置关系和热传递模型。
从图2中可以清晰观测热量分配途径，且不同传递介质之间的系数总和为1，即
式中，qt、qs、qw、qc、qf分别为磨削产生的总热量，传入砂轮、工件、切屑和冷却液的分热量;Rs、Rw、Rc、Rf分别为热能向砂轮、工件、切屑和冷却液传递的分配系数，当干磨时，Rf为向空气的传递系数，可转换为辐射热[9]。
为了计算接触区域内产生的热量，需利用磨削加工中消耗的功率，即磨削产生的热量为
式中，P为磨削功率;lc为砂轮与工件的接触弧长;bw为砂轮与工件的接触宽度;Ft为切向磨削力。
传向不同介质的热流量为
1.3 红外测温原理
红外测温的方法灵敏度高、反应速度快，具有直观、简便、可远距离非接触监测等优点，在恶劣环境下测量物体表面温度时具有较大优越性。最大优势在于可非接触地监测物体较大表面积温度分布[10]。可是，该方法的缺点是不能进入磨削区测量，只能测到已加工表面上尽可能靠近磨削区位置的温度，并且磨削液、气流以及磨屑都会对其造成影响，红外测温方法需要知道辐射体的辐射系数，而辐射系数又决定于它的表面状态，即预先测定的辐射系数与磨削中的实际状态不一定一致。因此，红外测温系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化。
红外热像仪测温会因反射率、环境温度、大气温度、测量距离和大气衰减等因素而影响测温的准确性。使用红外热像仪测得的。辐射温度、颜色温度和亮度温度都不是磨削表面的真实温度，与磨削表面的真实温度之间存在一定的差异[10,11]。必须知道磨削表面的材料发射率(黑度系数)才可求得磨削表面真实温度。
磨削表面的材料发射率不仅与材料的组分、表面状态及考察波长有关，还与它所处的温度有关。物质晶体中的原子振动都会随着温度的升高而加剧，当物体温度升高，物体分子激跃至更高能量层，当分子回到较低能量层时，物体就向外辐射能量，即所谓的热辐射[11]。热像仪测量的热辐射能为
式中，Lbλ(T)为温度为T的物体的辐射功率;T0为被测物体的表面温度;Tu为环境温度;Tα为大气温度;ελ为表面发射率;α'λ为表面吸收率;ταλ为大气光谱透射率;εαλ为大气发射率;A0为热像仪最小空间张角所对应的目标的可视面积;d为该目标到测量仪器之间的距离。
通常一定条件下，A0d-2为一常量。热像仪一般工作在相对固定的很窄的波段，通常为3～5μm或8～14μm。被测表面的真实温度计算式为[12]
式中，Tr为热像仪指示的辐射温度。
当使用不同波段的热像仪时，n值并不相同。对波段在8～13μm的热像仪，n值取4.09，对波段在6～9μm的热像仪，n值取5.33，对波段在2～5μm的热像仪，n值取8.68。
2 点磨削实验
实验在MK9025A光学曲线磨床上完成，砂轮采用粗磨区倾角θ分别为0°、10°和16°的三片新型结构点磨削砂轮，该砂轮主要参数如表1所示。
制作的砂轮如图3所示。工件为QT700材质的阶梯轴，工件转速nw=60r/min不变，依次改变偏转角α、磨削深度ap、轴向进给速度vf、砂轮速度vs等磨削参数，用美国FLIR公司生产的Thermovision A40M热像仪测量砂轮磨削工件时接触区的平均温度。比较相同磨削参数下不同粗磨区倾角θ砂轮与工件接触区域平均温度的区别，实验设定在室温20°环境中，每组实验测3个值，结果取平均值，辐射率设置为0.1，点磨削实验如图4所示。
实验过程中用热像仪观测到的工件与砂轮接触区域的温度图像见图5。根据1.3节中的理论可知，本实验中测得的温度数值只能在一定程度上反映各参数对磨削温度的影响，不代表真实值，而工件表面温度根据以上理论计算得出。
3 实验结果与分析
3.1 偏转角α对磨削温度的影响
实验1磨削参数为:ap=0.03 mm,vf=1.2 mm/min,vs=45 m/s。取变量α分别为-1°、-0.5°、0°、0.5°、1°。由实验1数据可得到偏转角α对磨削温度的影响曲线，如图6所示。
从图6可知，3种不同粗磨削区倾角θ的点磨削砂轮，偏转角α对磨削区温度的影响变化曲线近似对称于α=0°。这说明点磨削偏转角α的正负号对温度影响不大，对温度的影响主要取决于其绝对值的大小。随着偏转角α绝对值增大，温度值整体呈递减趋势，因为偏转角α的存在，使得磨削区域接触面积减小，单位时间参与切削的磨粒数减少，单颗磨粒的最大未变形切屑厚度减小，单颗磨粒承受的磨削力减小，从而降低了磨削热的产生，另外，点磨削偏转一定的角度也有利于散热，这些原因都导致了磨削温度的降低。这也证明了点磨削的温度要低于普通磨削温度的结论。
3.2 磨削深度ap对磨削温度的影响
实验2磨削参数为:α=0.5°，vf=1.2mm/min,vs=45 m/s。取变量ap分别为0.01 mm、0.03 mm、0.05 mm、0.08 mm，由实验2数据可得到磨削深度ap对磨削温度的影响曲线，如图7所示。
从图7可知，随着磨削深度的增大，磨削温度曲线呈上升趋势。由于磨削深度的增大，一方面磨粒切削厚度增加，单位时间的磨除量增大，磨削能增大;另一方面接触弧长增大，有效磨粒的总数增多，使得磨削力显著地增大，磨削接触弧长变长，砂轮与试件的接触面积增大，散热条件不良，磨削热增加，磨削温度升高。
3.3 轴向进给速度vf对磨削温度的影响
实验3磨削参数为:α=0.5°，ap=0.05 mm,vs=45 m/s，取变量vf分别为0.6 mm/min、1.2 mm/min、1.8 mm/min、2.4 mm/min。由实验3数据可得到工件轴向进给速度vf对磨削温度的影响曲线，如图8所示。
从图8可知，随着工件轴向进给速度的增大，温度曲线呈递增趋势，当进给速度大于1.2 mm/min时，曲线上升趋势相对缓慢。工件轴向进给速度增大，磨削功率增大，砂轮与工件间的作用力增大，摩擦加剧，产生更多的热量，从而升高了磨削温度。
3.4 砂轮速度vs对磨削温度的影响
实验4磨削参数为:α=0.5°，ap=0.05 mm,vf=1.2 mm/min，取变量vs分别为35 m/s、45 m/s、50 m/s、60 m/s。由实验4数据可得到砂轮速度vs对磨削温度的影响曲线，如图9所示。
从图9可知，随着砂轮速度的增加，磨削温度曲线呈上升趋势。砂轮速度增大，单位时间内工作磨粒数增多，磨屑分割得更细，同时产生耕犁及滑擦作用的磨粒数增多，导致摩擦加剧，产生的热量增多，从而使得磨削温度升高。
三片砂轮中θ=16°的砂轮磨削温度最低，=10°的砂轮磨削温度稍高些，θ=0°的砂轮磨削温度最高。这是由于粗磨区倾角θ的存在使切屑更容易排出磨削区，从而减少了磨屑堆积现象。因砂轮与工件的接触区域变小，磨削时的整体磨削力减小，磨削过程更平稳，因而磨削温度也有所降低。
4 结论
(1)点磨削偏转角α的正负对温度影响不大，对磨削区温度的影响主要取决于其绝对值的大小。随着偏转角α绝对值增大，温度值整体上呈递减趋势。
(2)随着磨削深度的增大，磨削温度不断升高。随着工件轴向进给速度的增大，磨削温度呈递增趋势。随着砂轮速度的增大，磨削温度也逐渐升高。
(3)粗磨削区倾角θ的存在降低了磨削温度，θ=16°的砂轮磨削温度最低，θ=0°的砂轮磨削温度最高。
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冷轧机工作辊磨削工艺研究 篇5
关键词：磨削,砂轮,精磨液,磨削参数,振纹,螺旋纹,锥度
轧辊在轧制过程中, 因受制造残余应力、轧制过程的接触应力、弯曲应力、扭剪应力以及交变应力的综合影响, 能使表面产生热裂纹, 疲劳裂纹、不均匀磨损等。为此, 定期修磨轧辊是轧制生产的重要内容。
1 磨削过程工艺研究
1.1 砂轮片的选择
国外砂轮片制造厂家根据本钢冷轧辊实际情况, 对砂轮片结合剂、硬度、粒度等各项参数进行了调整。
1) 材质:由原来的白刚玉改为单晶刚玉。与白刚玉比较, 单晶刚玉晶粒排列有序, 呈圆形, 使用单晶刚玉砂轮片磨削的轧辊辊面粗糙度相对较小且均匀, 辊面存在微小划痕的现象也有了很大的改善。2) 硬度:由原来的K级调整为H级。避免了因砂轮片硬度贪偏高而造成Cr5工作辊磨后出现螺旋纹、斜纹等表面缺陷的现象, 提高了轧辊的磨削质量。3) 粒度:由原来45调整至60降低了轧辊的表面粗糙度, 均匀性也有了很大的提高。
1.2 使用SC95B水溶性合成型切削液, 调整精磨液浓度
精磨液在磨削过程中主要起到冷却、润滑、清洗、防锈的作用, 是轧辊磨削必不可少的材质之一, 精磨液质量的好坏直接影响轧辊的磨削质量。
1) 使用合成型切削液。SC95B水溶性切削液是新型抗菌型全合成液, 不含油、不含氯, 具有优良的冷却性、防锈性和抗泡沫性能。通过二个多月的试用跟踪, 同时与乳化型精磨液进比较, 添加合成型切削液后, 切削液具有优异的冷却性能, 避免了辊面出现烧伤及螺旋纹、横纹等缺陷。磨后轧辊的防锈能力比使用乳化型精磨液时提高近3~4倍。同时, 由于合成型切削液具有较强的清洗性能, 从而有效地防止了砂轮粘堵造成辊面出现划伤的现象。2) 精磨液浓度1%调整至3%左右, 保证轧辊的磨削质量, 提高轧辊的防锈能力。
1.3 选择合理的磨削参数
根据砂轮片粒度、型号、直径和硬度, 在保证磨削质量的前提下发挥最大磨削效率, 经过多次试验得出磨削参数如下:
1.3.1 粗磨
1.3.2 精磨
2 磨削缺陷产生原因及去除方法
2.1 振纹
轧辊表面的振纹 (波纹) 是指在轧辊表面上存在的各种不同形状的深浅不一的花纹。为防止振文缺陷的产生, 要选择合适的砂轮, 防止硬度过高, 注意保持砂轮平衡;砂轮钝化后要及时修整;如工件圆周速度过大, 应适当降低工件转速;修整中心孔中的多角形, 顶尖磨损要及时更换;辊颈有不圆度误差或轴向沟痕应及时修磨;检查并固定托瓦顶丝, 防止托瓦跳动;观察调整砂轮主轴轴承间隙, 杜绝因轴承磨损产生径向跳动。
2.2 螺旋纹
螺旋纹是指在磨削时轧辊表面上存在一种像螺纹一样的螺旋线痕迹。为防止此类缺陷产生, 应做到合理选择砂轮, 防止硬度过高, 适当减少横向进给量;适当降低纵向进给量;检查砂轮磨损情况, 及时更换, 如修出的砂轮凸凹不平, 应把金钢笔装夹紧固, 对砂轮重新修整;加大切削液用量或将其浓度调高;调整工作导轨润滑油的浮力, 避免浮力过大使工作台漂起, 在运行时产生摆动;如果出现工作台运行时有爬行现象, 应即刻打开放气阀, 排除液压系统中的空气, 如发现砂轮主轴有轴向窜动, 应对机床进行检修。
2.3 辊型存在锥度
轧辊两端存在一定的辊径差, 这种辊径差即辊形锥度, 一般工艺要求不能超过0.02mm。为减小辊型锥度, 要调整好托瓦;调整工作导轨润滑油的浮力;调整顶尖中心线, 确保头架与尾架顶尖的中心线重合;大周期运行轧辊, 磨削冷却后的轧辊, 以免工件本身热变形。
3 结论
柴油机气门座孔磨削工艺改进 篇6
新一代柴油机设计开发过程中,由于气门座圈结构无法实现。故采用无气门座圈结构。参照传统的气门座圈硬度和机加工艺制订了气门座孔锥面的硬度和磨削加工工艺。气缸盖完成试制和装配后,在台架试验过程中,出现气门座孔处多次产生裂纹的故障。
2 故障分析
经有限元分析,气缸盖气门座孔处温度及机械负荷符合设计要求,在试验中不会出现疲劳。利用实物气缸盖进行热处理工艺验证,表面热处理后进行渗透探伤,无裂纹(见图1)。证明热处理工艺满足要求。完成上述验证后,利用实物气缸盖进行磨削工艺验证,磨削加工完成后进行渗透探伤,发现气门座孔锥面存在辐射状裂纹(见图2)。这就证明气门座孔处疲劳失效是由于在磨削过程中产生裂纹源后,工作过程中承受交变载荷,裂纹扩展导致失效。
针对故障原因,目前需要改进磨削工艺,使气缸盖在磨削后无裂纹产生。
3 原磨削工艺分析
原气门座圈硬度为45～50HRC,加工设备为哈挺立式加工中心,加工刀具为加铰刀引导的砂轮定制组合刀具(见图3),冷却液为微乳冷却液,刀速为3600rpm,每次加工0.1mm,逐步完成要求设计深度的加工。
经分析,利用该设备及工艺加工气门座圈无裂纹产生而加工气门座孔表面出现裂纹的问题。主要受以下因素影响:一、气门座孔表面处理后硬度与气门座圈相同,但其化学成分和金相组织与气门座圈存在差异,引起局部导热率不同;二、采用如图3(阴影区为工件,上方为砂轮)所示刀具加工气门座孔时,冷却液冷却效率较低,导致磨削过程中局部积热严重。
以上两点说明了出现裂纹的主要原因,要解决问题就应该从问题出发确定解决措施。由于表面处理工艺已确定,所以气门座孔局部导热率是可观存在不能更改的因素。因此,制订改进措施应重点考虑刀具和冷却液。
4 改进磨削工艺及效果
考虑消除气门座孔磨损裂纹,可以采取以下措施:原砂轮与工件在工作过程中全接触,所以锥面不能得到及时冷却,工艺改进中,将砂轮变小(见图4,阴影区为工件,上方为砂轮),采用巡边加工的工艺方法,保证冷却液可以及时冷取工作面;换用高效冷却液(嘉士多冷却液)。
采用改进后的气门座孔磨削工艺后,经渗透探伤无表面裂纹(见图5)及三坐标检测尺寸满足设计要求。
5 结论
通过此次磨削工艺改进,解决了气门座孔生产过程中产生裂纹源的问题。保证了气缸盖使用可靠性,是新一代柴油机开发得以顺利进行。
参考文献
[1]卢震鸣D114曲轴圆角淬硬磨削工艺柴油机设计与制造2002(4)
[2]任志俊渗碳零件第2类磨削裂纹形成机理及控制冷热工艺2005(6)
[3]邓益中排气门小头端面磨削裂纹分析内燃机配件2002(3)
[4]颜骏柴油机凸轮轴质量问题及控制措施柴油机设计与制造2004(4)
磨削工艺参数 篇7
1.1 滚动轴承的结构
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体 (包括钢球、滚子、滚柱、滚针等) 及保持器等四个重要部分所组成。
近代的研究工作证实, 由于受到冷、热加工和润滑介质等因素的影响, 金属零件表面层的组织结构、物理、化学性质和机械性能等往往与其心部有很大的不同, 称为表面变质层。若变质层是由磨削加工引起的, 就称为磨削变质层。
1.2 滚动轴承的主要失效形式
滚动轴承的主要失效形式是疲劳和磨损, 而它们又总是发生在工作表面或表面层, 磨削加工是滚动轴承零件的主要工序, 有时甚至是最后工序, 试验表明, 磨削变质层对滚动轴承工作表面性能影响极大, 而且直接影响并决定轴承的使用寿命。其产生机理与磨削热传入工件表面造成的局部瞬时高温及磨削力有关。
2 轴承滚道磨削变质层
参照英国摩擦学会J·Halling提出的金属精密磨削表面结构模型及形成原因, 轴承磨削变质层可形成以下几种:
2.1 磨削热所形成的变质层
磨削热所形成的变质层, 即表面热损伤, 包括:
(1) 表面氧化层 (20-30nm) , 在磨削热的瞬时高温作用下, 刚的表面发生氧化作用产生的氧化层。
(2) 毕氏层 (-10nm) , 磨削区的瞬时高温使工作表面达到熔融状态时, 熔融金属分子流涂敷在基体上形成的组织层。
(3) 高温回火层 (10-100微米) , 磨削区的瞬时高温可使表面一定深度 (10-100微米) 内被加热到回火温度以上时, 该表层组织将发生相应温度的回火组织转变, 硬度随之降低。
(4) 次淬火层, 当磨削区的瞬时高温将工件表面加热到奥体化温度 (AC1) 以上时, 在随后的冷却中又重新淬火为马氏体组织, 时常伴有淬火裂纹, 其次表面必定是硬度极低的高温回火层。
(5) 磨削裂纹:工件表面因磨削或表层相变产生的内应力若大于该材料的强度而发生龟裂, 表现为细网状、放射状或与磨削方向垂直的细微裂纹。属宏观热损伤。
其中 (3) (4) 即通常所说的磨削烧伤或变质层, 属微观热损伤。小野浩二等在研究了磨削烧伤的发生条件之后, 提出磨削烧伤一般在以下条件下发生:
式中:Cb———由材料和砂轮种类决定的常数。
l———接触弧长;t———砂轮深切。
d———工件直径;D———砂轮直径。
V———砂轮速度。
公式说明砂轮速度和接触弧长的乘积达到一定值以上就发生磨削烧伤。砂轮粒度越细, 硬度越高, Cb常数就越小。所谓Cb值越小就是不发生烧伤的条件范围小, 容易烧伤。因此, 为防止磨削烧伤, 选择砂轮的粒度要适当的粗, 硬度要适当的低, 砂轮速度和接触弧长都不要过大。由工件材料决定的Cb值见下表:
轴承工件表面除上述变质层外, 还可能残留有因锻造和热处理等热加工形成的表面贫碳软化层。
磨削加工变质层中以磨削高温回火软化变质层为最常见, 其厚度随磨削加工条件而变化, 列表如下:
2.2 磨削力所造成的变质层
(1) 冷塑性变质层 (2) 热塑性变质层 (3) 加工硬化层。
造成磨削变质层的决定性影响因素是磨削工艺及其诸影响因素。本文的主要侧重点在于选择6206滚动轴承进行磨削工艺试验, 并通过比对分析, 剖析磨削工艺诸因素对轴承工作表面磨削变质层的影响, 优化磨削工艺, 减少或消除表面变质层。
3 磨削加工及其工艺因素
磨削加工是用高速回转的砂轮, 以微小的切削深度进行精加工的一种切削加工方法, 其最突出的特征是使用砂轮。砂轮是具有大量微细而形状不规则的磨粒切削刃的多刃工具。因此, 磨削作用可以看成是大量磨粒切削刃群的切削作用的聚集。磨削速度即砂轮的圆周速度非常大, 一般为切削速度的10-50倍。所以加工温度高, 加工面容易烧伤或产生磨削表面变质层。
3.1 磨削温度
磨削温度的影响因素主要有砂轮特性、砂轮速度、砂轮深度, 工件速度和工件材料特性等, 淬回火钢在磨削时, 在磨粒经过磨削区的一瞬间 (0.001s) 温度可升至1000°C以上, 加工表面就会引起种种热损伤, 其表面耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度等一系列表面特性都变差。尤其是淬回火后的GG15轴承零件, 由于材料强度高、韧性大、导热率又低、不易散热, 在工件磨削表面聚集的热量多, 使磨削温度升高, 更易于造成表面热损伤。
3.2 工艺因素
包括: (1) 磨削力 (2) 砂轮速度 (3) 工件速度 (4) 磨削宽度 (5) 砂轮切深。
这些因素将直接影响磨削能量、磨削温度, 进而影响工件的工作表面质量。
4 磨削工艺试验及其参数的选择
磨削工艺试验的目的在于探索各磨削工艺参数对磨削表面变质层的影响, 优化工艺条件, 达到尽可能减少甚至消除磨削表面变质层的目的, 但磨削工艺对轴承滚道磨削表面质量的影响因素是相当复杂的, 诸如砂轮的材质、粒度、硬度、切削性能, 冷却液的种类、冷却能力, 工件转速, 磨削进给速度以及砂轮的修整质量等都直接影响工件表面的磨削质量, 因此, 最佳磨削工艺参数的试验及选择是件复杂而细致的工作, 为此, 我们磨加工试验小组利用正交试验法进行了为期半年的试验工作, 试件选用量大面广的6206单列向心轴承内外圈, 试验后委托洛轴所对试件工作表面质量进行分析。
4.1 磨削工艺试验的参数选择
以控制磨削变质层为目的的磨削工艺试验, 其实质就是控制磨削加工过程中砂轮和工件的接触面温度。根据磨削理论分析和推算, 可以从砂轮、磨削液和工艺参数这三大因素的最佳选择来考虑。
4.1.1 砂轮的选择
砂轮的性能对于磨削效果有至关重要的影响。在实际磨削加工中, 首先要选择好砂轮。磨粒、粘结剂、气孔是砂轮构成的三要素, 它们的性质能使砂轮性能发生大幅度变化。尤其是砂轮的磨料、粒度、硬度、组织和粘结剂, 是关系到砂轮磨削性能的五大因素。
(1) 磨粒的种类和性质
在砂轮上, 磨粒起着形成切削刃切除材料的作用。对磨粒的要求主要是:
a硬度高, 容易切入工件材料;b有适当的破碎性, 能够滋生锋利的切削刃;c高温下的化学稳定性和耐磨性要好。
对于强度高、韧性好的轴承钢而言, 主要适于选用氧化物系或者碳化物系的立方碳化硅等磨料。详见表3。
(2) 砂轮的粒度和硬度
在论及公式 (1) 时已经谈到, 为防止淬火轴承钢磨削烧伤, 选择砂轮的粒度应适当的粗, 硬度要适当的低。这是因为磨削热与砂轮表面上磨料的集合形状、锐利程度和单位时间参加磨削的磨粒数有关。磨料太细, 磨削能力变差, 排屑不利, 磨削热增加, 易造成工件表面磨削变质层加厚, 热损伤增加。因此在保证几何精度和表面粗糙度要求的前提下, 宜选用粗粒度的磨料, 这样对表面层磨削质量有利。
轴承钢零件磨削加工在现行工艺条件下, 经常选用的砂轮硬度为ZR。
4.1.2 磨削液的选择
磨削过程中, 磨削液的主要作用是:
(1) 减少磨拉、粘合剂和切屑、加工表面之间的摩擦, 起润滑作用。
(2) 降低磨削温度及工作温度, 起直接冷却的作用。
(3) 排除切屑, 保护加工表面。
(4) 有工件防锈作用。
(5) 此外还有提高砂轮寿命和磨削效率, 降低功率消耗, 达到改善磨削质量等作用。因此要求磨削液有润滑性、冷却性、防锈性和浸透性润滑。可见磨削液的选择是很重要的。不同的磨削液, 其磨削效果差别很大, 选择适宜的磨削液可以提高生产率, 减少砂轮的消耗, 降低工件表面温升, 提高工件表面光洁度, 减少表面磨削变质层。
一般来说, 磨削液应以冷却为主, 并应大量使用。轴承生产中, 主要选用水溶性磨削液, 例如69-1乳化油, 加适量的添加剂。
4.1.3 磨削工艺参数的选择
正确的工艺参数选择应包括合理的进给曲线、电主轴功率、工件线速度和砂轮线速度等。
(1) 进给曲线
进给曲线对表面变质层影响很大。所谓合理的进给, 最主要的是合理控制粗磨、精磨、光磨之间余量分配和进给速度, 并应尽量缩短砂轮无进给时间、砂轮趋近工件时间, 减少空行程和提高有效磨削时间。
要合理地选择粗磨进给量, 使其产生的表面磨削变质层在精磨加工中能够去除。完全类似, 精磨进给量的选取也必须依其可能产生的磨削变质层能够在以后的光磨加工中被去除为好。
同时, 保证适当的光磨时间对保证轴承滚道表面精度、光洁度、波纹度和控制表面变质层都是有益的。
(2) 电主轴功率
合理的进给曲线必须有足够的砂轮驱动电动机功率做保证, 否则将造成大批工件表面严重的磨削烧伤。
此外, 机床的平稳性, 工艺系统的刚性、震动等对工件表面质量都有影响。
(3) 砂轮速度和工件速度
据Opity等人的试验结果, 随着磨削速度的提高, 磨削力减少, 加工面光洁程度提高, 无火花磨削时间缩短, 从而提高了磨削效率。但根据公式 (1) , 砂轮速度的提高必将造成磨削温度的增加, 砂轮速度和接触弧长的乘积达到一定值 (Cb) 以上就发生磨削烧伤。所以砂轮速度的提高对防止磨削表面变质层是不利的。
在高速的情况下, 适当提高工件转速以减少砂轮和工件的接触时间及接触区温度, 对改善表面磨削质量和提高精度是有利的。
4.2 磨削工艺试验
4.2.1 外套圈滚道的磨削 (内圆磨)
试验在3MZ 1410磨床上进行, 工艺方案确定采用切入磨, 粗精一遍磨削。
(1) 试验条件的选择:
a电主轴:采用洛阳轴承研究所产生的DZ36—30电主轴, 振动值小, 磨削精度较高。转速采用3万转/分, 磨削速度提高到55米/秒。
b无心夹具:前支承改为圆弧浮动支撑, 提高了沟磨的几何精度。
(2) 磨削工艺参数的选择:
根据6206轴承外套圈的现行生产工艺, 试验选定七个因素各三个水平进行正交试验 (见表4)
注: (1) 69-1防锈乳化油, 苏州特种油品厂生产。 (2) ZYSD为洛阳轴承研究所试制半透明化学合成磨削液。 (3) H-1高精度磨削液, 广州机床研究所研制, 常州曙光化工厂生产。
测试试样及其补充试样的选取和试验条件见表5和表6
4.2.2 内套圈滚道的磨削 (外圆磨)
工艺方案中确定内滚道仍用切入磨, 粗精一遍磨削。试验在3M137磨床上进行。该机床为精密内沟磨床, 工艺系统的刚性较差, 允许最大进给速度0.9mm/min, 对粗精一次磨削不完全适合。为提高磨削质量, 我们在机床上做了一些改进:
(1) 改进固定砂轮的法兰盘, 以便于进行整机平衡, 降低了因砂轮不平衡引起的振动。 (2) 改进无心夹具, 设计制造了圆弧整体支承, 减少了误差复映。 (3) 提高磨削速度。该机床砂轮转速为2100r/min, 磨削速度为33m/s。为提高磨削能力实现高磨速, 修改了皮带轮尺寸, 砂轮转速提高到3120r/min, 磨削速度为49m/s。
为选择好的磨削工艺参数, 选定以四个因素各四个水平进行正交试验。见表7
测试试样的选取及试验条件见表8。
为了排除热处理加热表面脱碳对试验套圈表面质量的影响, 磨削工艺试验用的轴承套圈一律采用真空淬火出来。淬火时在国产最新式的ZCL-75-13型连续式真空淬火炉中进行的, 淬火温度为840℃, 加热1.5小时, 国产ZZ-1真空淬火油中冷却。低温回火在160℃恒温油浴中加热保温2小时。淬回火后的试件, 按滚铬钢滚动轴承零件热处理质量标准 (JB1255-83) 检验, 各项质量指标 (包括显微组织、硬度及硬度均匀性等) 均符合标准的规定, 经表面显微硬度法和金相分析法测试, 其表面与心部硬度和组织均匀一致, 表面质量完全符合磨削工艺试验的要求。
5 试验套圈表面的磨削变质层分析———显微硬度分布曲线的测试
应用克努普氏显微硬度法, 选用200克负荷, 在M-Tertor型显微硬度计上测量磨削工艺试验的各组6206轴承套圈试件磨削表面的显微硬度分布曲线, 测试结果于图1、图2中。
从这些测试结果中显然可以看出:
(1) 在磨削工艺参数各因素中, 砂轮材质和制造质量对轴承滚道磨削表面质量的影响是显著的。这与磨削表面形貌分析结果完全吻合。在磨削工艺试验的各种材质砂轮中, 以洛阳轴承研究所研制的微晶刚玉砂轮磨削效果较好, 表面软化层深度均在40微米以下;而GB砂轮磨削的表面软化层深度在60微米左右。砂轮的粒度和硬度在试验选定的变化范围内影响不够明显。
(2) 在砂轮材质和质量相同的条件下, 粗磨进给量对磨削表面变质层的影响也是呈现出明显的规律性。随着粗磨进给量的增大, 其表面磨削变质层的厚度也在逐渐增大。在本试验选定的工艺条件下, 粗磨进给量为1.2mm/min时往往造成较大的硬度降和较深的磨削表面变质层。精磨进给量和无进给磨削时间在本试验中没有表现出明显的规律性。
(3) 综合分析试验结果可以看出:本试验选试的三种冷却液相比, H-1高精度磨削液的效果较好。H-1高精度磨削液的效果比69-1防锈乳化油高一倍。由此可知, 在轴承套圈生产中, 在保持现有生产效率的前提下, 提高冷却液的冷却效果是减少工件表面磨削变质层的有效途径, 也易于为生产单位所接受。
(4) 外套圈滚道表面的硬度降普遍比内套滚道严重得多。这说明在轴承套圈滚道磨削加工过程中, 内圆磨削加工对滚道表面变质层的影响远较外圆磨削加工大得多。内圆磨削的砂轮直径小, 接触弧线厂、散热慢、冷却条件差, 更易于造成磨削表面的局部瞬时高温和高温回火表面变质层。另外, 选取各组不同磨削工艺的试件, 进行滚道表面形貌分析及金相分析, 得出了一些与上述分析较一致的结果
6 影响磨削变质层的工艺因素讨论
6206单列向心球轴承内外套圈工作表面的磨削工艺试验, 仅为一例, 但其试验方法、参数选择、测试手段、测试结果与国内外不同类型轴承的试验结果具有较好的一致性, 因此该试验对我单位尺寸接近的其他型号轴承的磨加工艺工具有指导作用。
6.1 影响磨削表面质量的主要工艺因素
分析结果表明, 在向心球轴承滚道磨削工艺诸影响因素中, 砂轮材质、磨削进给量和冷却液的性能是影响轴承套圈沟道表面磨削质量的主要工艺因素。例如在向心球轴承试验所选用的三种材质的砂轮中, 以微晶刚玉砂轮 (GW100ZR1) 的磨削效果最好;在冷却液的选择上, 以H-1高精度磨削液的效果最好;在磨削进给量试验中, 粗
磨进给量的影响最突出, 宜选用较小的粗磨进给量 (0.8mm/min) 。这些试验分析结果可以说是滚道轴承套圈滚道表面磨削加工中带有共性的问题。
6.2 主要因素的转换
试验中还发现, 影响滚道磨削表面质量的主要因素在一定条件下是可以转换的。例如:砂轮的修整在一般情况下是作为稳定因素来考虑的, 但当修整砂轮的金刚石磨损严重时, 必须把砂轮修整情况的变化列为可变化的影响因素之一予以考虑。因为砂轮修整质量的下降会造成工件表面的磨削烧伤。
7 结束语
试验表明, 从现有的试验和生产条件出发, 采取通过试验优化现行磨削工艺, 可以减小磨削表面变质层, 提高磨削表面质量, 进而提高轴承使用寿命, 这种措施不需要增加新的精密磨床, 因而投资少且收益显著, 在生产上因为选用优质GW100ZR1砂轮及H-1高密度磨削液, 生产效率并未降低, 不仅轴承工作表面质量得到提高, 同时降低了噪声, 精度可达Z1组, 使配套主机的噪声下降3—5d B, 受到了用户的好评, 年销量增加30万套, 年增利润30万元以上。
此项工艺试验结果在我厂的推广实施, 不仅提高产品质量, 同时激发了全厂职工的质量改进积极性。产品质量不仅关乎企业的经济效益, 更关系整个社会效益。
摘要：影响滚道轴承精度、使用寿命的因素有很多, 而轴承工作表面的几何粒度、组织结构对其影响至关重要。作为轴承生产的最后环节——磨加工, 其工艺参数直接决定着轴承工作表面的质量, 不恰当的工艺参数会导致严重的工作表面变质层及其它缺陷。基于上述认识, 本文在选定的6206内外套圈沟道 (工作面) 进行磨削工艺试验与分析, 以期得到理想的砂轮 (材质、硬度、粒度) 、加工方法、冷却液、磨削进给量等工艺参数, 最终减少或避免轴承工作表面的磨削变质层。
关键词：滚动轴承,磨削工艺,失效形式
参考文献
[1]小野浩二等.《理论切削工学》现代工学社出版.