电镀CBN砂轮在转子槽磨削中的应用

Afeng · 发表于 2017-1-6 15:23:01

电镀CBN砂轮在转子槽磨削中的应用

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1 概述

CBN具有极高的硬度，仅次于金刚石。但它在耐热性和对铁元素呈化学惰性方面又优于金刚石，二者互补大大拓展了超硬磨料的应用领域。

由于CBN磨料具有耐磨性好、非亲铁性和高热稳定性强等优点，所以CBN砂轮在难加工材料的磨削中能够长期保持锋利状态、因而磨削力小，发热量小，磨削温度低，磨削零件精度高，生产效率高。电镀CBN砂轮制作方便，砂轮的跳动完全由砂轮基体决定。电镀CBN砂轮不需修整即可使用，而且在镀层磨粒得到最大限度地利用之后，砂轮基体经修复可重新利用，因而既方便又经济。

图1所示转子是叶片泵/马达中的关键零件(一向视图)，材料为38CrMoAlA，转子槽表面氮化，12槽宽2.5H7(+0.010)mm,对轴心线的对称度为0.03mm,槽内侧面相互平行度为0.005mm,表面粗糙度Ra0.2um。因该零件尺寸精度，形位公差和表面粗糙度都要求高，槽窄而深，曾采用普通砂轮加工，均没有达到要求，基于CBN磨料具有其它普通磨料无法比拟的优点，我们选用了电镀CBN磨料砂轮，在数控加工中心上进行了大胆尝试，取得了可喜的进展。

图1 转子示意图

2 工艺方案的提出

加工等分槽的一般方法是采用分度装置在机床上进行分度加工。用这种方法加工时，对称度除与机床主轴精度有关外，还与分度装置的精度、定位方法、找正方法等有关。如果机床主轴精度不高，又需经常修整砂轮，进刀时又要找正中心，则加工高对称度的槽是无法实现的。

我们曾在普通工具磨床上选用普通绿色碳化硅砂轮，采用双面进刀磨削法加工此转子槽，结果无法控制进给速度，砂轮修整后，不易对中工件中心，加之无法在线测量对称度，磨削质量很不稳定。

为了解决上述问题，必须选择具有高精度主轴的机床。同时，要便于控制进给速度和进给量，又要选择便于在线测量的工艺方法。

CBN磨料具有高耐磨性、高硬度和高化学惰性，所以CBN在窄槽磨削中，能够长期保持锋利状态并控制发热量，磨削温度低，而且砂轮保持性好。由于电镀CBN磨料砂轮制作方便，砂轮跳动量完全由钢制砂轮基体决定，故电镀CBN砂轮在磨削前和磨削过程中不需要修整。

基于上述原因，提出采用电镀CBN砂轮，在数控加工中心上，单面切削磨削转子槽的工艺方案。

3 电镀CBN砂轮的制作

图2所示为砂轮示意图。

图2 砂轮工作示意图

电镀CBN砂轮的制作流程如下：45#钢→下料→调质处理→车削(粗车+细车+精车)→砂轮基体→表面防护处理并电镀CBN磨料→电镀CBN砂轮(磨料DL1,粒度150#、浓度200%、电镀金属结合剂)。

镀层经试验优选后，采用先进的Ni-Co-CBN的CECD复合镀方法，结合强度高。

4 转子槽磨削工艺

1) 机床选择

磨削转子槽的机床必须具有高的主轴精度，并满足以下要
便于工件两顶尖对顶定位装夹及装分度装置，便于工件在线测量，使用数控机床较为理想。

a.要求机床主轴有较高转速，且转速范围可以改变。
b.机床工作必须平稳。
c.通过工艺试验选用ENSHU数控加工中心较为适宜。

2) 夹具选择

为了保证转子槽的形位公差，便于夹具安装及控制尺寸公差，减轻工人的劳动强度，提高生产效率，选用高精度万能分度头较为理想。

3) 砂轮选择

转子材料为38CrMoAlA,槽表面进行氮化，因转子槽窄而深，所以选择砂轮既要考虑具有化学惰性又具有高硬度，使用过程中不需要修整，故选用电镀CBN较为适宜。

4) 磨削用量

粗磨
砂轮：CBN120#φ110mm片状砂轮；
砂轮速度：Vc=15m/s;
磨削深度：ap=0.02mm;
进给速度：Vs=0.6mm/min。

精磨
砂轮：CBN150#φ110mm片状砂轮；
砂轮速度：Vc=17.5m.s;
磨削深度：ap=0.01mm;
进给速度：Vs=0.5mm/min。

5) 冷却液

在磨削高温下，CBN磨粒遇碱性水溶液会发生化学反应，反应结果将使磨粒晶形破坏。所以，CBN砂轮磨削时，只能选用油性冷却液，而不能用水基冷却液，本试验选用冷却油。

5 实施效果

通过生产实践证明，采用电镀CBN砂轮在数控加工中心上磨削转子槽是可行的。砂轮刚性大大提高，砂轮寿命比普通碳化硅砂轮提高10～20倍。CBN砂轮的磨削比是常规砂轮的100倍以上，磨削表面无烧伤、裂纹，表面完整性符合要求。加工精度完全满足工艺要求。并且，CBN砂轮不需要修整，从而节省了修整工具及停机时间，使生产率大大提高，取得了明显的技术经济效益。具有广泛的应用前景。