磨商网 工业切磨抛最大的电子商务平台 工业切磨抛最大的电子商务平台
您当前的位置:首页 磨商资讯 正文

技术好文来啦!用于磨削的立方氮化硼磨具,帮你解决生产难题

http://www.momo35.com    来源:磨商网    日期:2020-04-15

   一、引言
  
  1.1与磨削应用的关系与传统磨削相比,CBN磨削的复杂程度和技术水平远远高于传统的磨削技术。CBN磨削应用发展的规律是:
  
  (1)适用如难加工金属材料工件,有一定生产批量。且具有较高附加值的零件,有特殊工艺要求且用普通磨具加工技术难度较大的零件
  
  (2)只有各类CBN专用磨床及CBN磨削应用配套产品问世与发展的基础上,CBN砂轮才能充分发挥其优越性能,有广阔的用武之地,CBN磨削应用技术才会得到迅速发展。
  
  (3)CBN磨削技术的发展,取决于社会需求,科技水平和人员素质三者,密切的结合。社会需求是动力,科技水平是基础,人员素质是根本。只有社会需求、技术水平、人员素质三者与之互相适应,才能顺利发展。
  
  1.2从CBN发展而言,一般分为三个阶段:
  
  第一个阶段是CBN磨削在普通磨料磨具难以加工的金属材料领域内得到应用。
  
  第二个阶段是磨削应用与传统磨料磨具争夺市场的阶段。
  
  第三个阶段是CBN应用与传统磨料磨具及其他磨具应用相互补充、不断发展、形成较为稳定、完善的机械加工用磨具体系阶段。
 
  
  二、高速CBN砂轮与绿色制造
  
  与普通(碳化硅、刚玉)砂轮相比,CBN砂`轮可加工效率可提高近1倍、使用寿命提高约100倍,修整间隔时间延长时间近200倍.、废渣减少约90%、工人劳动强度大幅度减小,资源节约,环境友好。
  
  2.1加工凸轮轴在加工相同工件的情况下,高速陶瓷CBN砂轮的耐用度是普通陶瓷刚玉砂轮的100倍,是普通刚玉砂轮寿命的44.4倍,单片原材料的消耗仅为普通刚玉砂轮的1/56。从实际生产过程来看,普通砂轮的更换频率、修整次数多,采用高速陶瓷CBN砂轮代替刚玉砂轮可提高生产效率30%以上。
  
  2.2高速陶瓷CBN砂轮与陶瓷结合剂刚玉砂轮加工6缸柴油机曲轴主轴颈的对比:
  
  加工4000根6缸柴油机曲轴,仅需要1片陶瓷CBN砂轮,由于基体为钢材质可以重复使用,因此其原材料消耗仅仅是5mm的CBN层,消耗CBN1.68kg,CBN磨料制造过程耗电量为80.64度(0.048度/g);1片外径650mm有效工作层为5mm的高速陶瓷CBN砂轮的使用寿命是外径1065mm陶瓷结合剂刚玉砂轮的16倍,即加工相同数量的工件却需要16片普通砂轮。由于其是普通刚玉磨料整体固结而成,其用到相极限尺寸后的砂轮残部只能做废弃处理,每片砂轮重98kg,需刚玉磨料为78.8kg,仅刚玉磨料刚玉冶炼耗电量为236.4度(3度/kg)16片砂轮磨料需耗电3782.4度。在砂轮制造过程中,高速陶瓷结合剂CBN砂轮采用低温结合剂,烧成湿度在900C左右,而刚玊砂轮烧成温度1300C,同等重量的砂轮可节约能源消耗近一半。如此算来,加工同等数量的工件,在砂轮制造过程中的能源消耗,普通刚玉砂轮是高速陶瓷CBN砂轮的100倍以上。
  
  通过对比分析可知:
  
  首先,高速陶瓷CBN砂轮单片原材料消耗仅为刚玉砂轮的1/56;而加工相同工件高速陶瓷CBN砂轮原材料制造的能源消耗仅为陶瓷结合剂刚玉砂轮的1/47,而且高速陶瓷CBN砂轮是低温烧成,在制造过程中更为节能,因此使用高速陶瓷CBN砂轮不仅能够有效地减少原材料的消耗,而且能显著地节约能源。
  
  其次,由于高速CBN砂轮的磨料消耗极少、产生磨削产物也极少,使用高速CBN砂轮加工所产生的金属磨屑可以直接回收利用;而加工相同工件数量,使用刚玉砂轮进行加工,刚玉磨料消耗是高速CBN砂轮的400余倍,其磨削残留物大量残留于磨屑中,使得磨屑的回收利用极为困难,实际生产中作为废弃物处理,对环境保护极为不利。
  
  第三,用高速CBN砂轮可以减少加工工序,缩短生产周期,降低生产成本。
  
  第四,由于高速CBN砂轮耐用度较高,修整频率很低,而刚玉砂轮修整频次是高速CBN砂轮的100倍左右。因此,使用高速CBN砂轮可以极大地减少砂存轮修整次数,使得砂轮修整中所产生的粉尘污染大幅度降低。
  
  总之,高速CBN砂轮具有高效、高精度、低磨削成本、低环境污染等优势,提代表了今后磨具产品发展的方向,是实现绿色加工目标的有效手段。
 
  
  三、单层钎焊CBN砂轮磨削CSS-42L钢
  
  航空齿轮工作在高温、重载、腐蚀性强等恶劣环境中,需要具有良好的抗腐蚀性能和很高的表面硬度来抵抗磨损;同时,要有良好的撕裂韧性来抵抗运行过程中冲击;此外还需要具有优秀的高温硬度。为对应这种需求,美国在20世纪90年代开发了CSS-42L钢,它不仅具有耐高温、抗冲击和耐腐蚀的优良特性,还能通过表面热处理、改善表面状态,在航空、宇航、船舶及化学工业中具有广阔的应用前景。但其本身优异的材料特性也给其加工带来了很大的困难。磨削CSS-43L时,其高强度使磨削过程消耗更多能量,而这些能量的.90%以上.都转化为磨削热,同时由于其高合金含量导致的低热导率,室温下CSS-42L热导率为15.3W/(m。K),使得磨削区产生的热量不易导出。因此,在使用普通磨料磨削CSS-42L时,存在磨削力大、温度高、工具损耗快等问题,加工效率低,且质量不易保证。
  
  开展钎焊单层CBN砂轮磨削CSS-42L钢的研究,可以进一步扩展单层CBN砂轮的应用,同时也为CSS-42L钢的实际磨削加工提供有益参考。为此,杨长勇等人,采用单层钎焊CBN,`砂轮切入式磨削CSS-42L钢,分析不同磨削条件下的磨削力、温度和比磨削能的变化规律,并与白刚玉砂轮进行对比。
  
  通过对比可以看出,一方面钎焊CBN砂轮磨削时的比磨削能明显低于白刚玉砂轮,这是因为磨粒的锋利度好、切削能力强,去除材料能力更强,去除同等体积的材料消耗的能力也更小;另一方面无论是CBN砂轮还是白刚玉砂轮,随着工件进给速度的增加,比磨削能均呈明显下的趋势,且对于白刚王玉砂轮,比磨削能的下降趋势逐渐变缓,其原因是磨削所消耗的的能量主要为切削和耕犁过程中工件材料的塑性变形,且以成屑过程中消耗能量为主。对于白刚玉砂轮,随着工件约的进给速度的增加,材料最大未变形切削及厚度反变大,产生相同体积磨削所需的变形能力减少,所以磨削能降低。而砂轮磨削时向的比磨削能之所以下降慢,是因为其磨粒出露高,切削力更强,成屑过程受工件进给进速度变化的影响小得多。
 
  
  四、磨削轴承内圆轴承
  
  被誉为装备制造的‘心脏“部件,2015年,我国轴承产量达到289亿套,但是,我国高档轴承仍大量依靠进口。轴承加工精度是影响产品质量的关键因素之一,轴承内、外圆和滚动体三个零件的加工,直接决定着轴承的精度和表面质量,也决定磨削加工序节能、环保和效率。
  
  CBN砂轮的应用技术在相当程度上影响了加工工件的效果。磨削参数的优化是应用技术的内容之一,既能影响轴承的加工精度,又能影响加工的效率。轴承内圆磨削加工的主要技术指标包括表面粗糙度、锥度、椭圆度、厚度差、裂纹和烧伤。实验过程中发现,当满足产品不烧伤,无裂纹,能达到大规模生产效率和耐用性的要求后,表面粗糙度这一技术指标最难攻克。
  
  刘强等研究了CBN砂轮所用磨料粒度和磨削过程中各种磨削参数对轴承内圆表面粗糙度的影响规律,为生产过程中不同工况下磨削参数的调整提供了参考依据。然而在实际磨削过程中,这些磨削参数对磨削效果和效率有交叉影响,同时需要考虑到效率和磨床参数的限制,不可能将各个参数都设置成极限值。宜采用正交试验法优化磨削参数匹配关系,达到较好的综合磨削效果。
 
  
  五、高速磨削钛合金TC4—DT
  
  钛合金以其强度高、抗腐蚀性好、耐高温、疲劳强度高等一系列优异性能在世界航空航天领域得到广泛应用。但由于钛合金存在导热系数小、弹性模量小、回弹量大等材料特性,导致其属于典型的难加工材料,其磨削加工一直是钛合金机械加工领域的难题。钛合金磨削加工表面极易发生黏附,磨削力和磨削温度极高,磨削表面质量难以控制。陶瓷结合剂CBN砂轮是钛合金磨削效果较为理想的工具。
  
  TC4钛合金作为一种中强度容限钛合金,具有优异综合材料匹配性能,被广泛应用于波音客机F-22、C-17等新一代飞机零部件。胥军等以TC4-DT钛合金为研究对象,开展了TC4-DT钛合金高速磨削试验,分析了磨削用量对磨削力、磨削温度及磨削表面形态影响的规律及机制。
 
  
 六、热管砂轮磨削高温合金GH4169
  
  由于高温合金自身热性差,在对其磨削加工过程中极易出现磨削高温,从而产生工件表面烧伤、砂轮磨损快以及加工效率低等问题。传统观点认为,只要尽可能的向磨削弧区注入冷却介质,便可确保对磨削弧区的换热效果,降低磨削.温度。基于上述思路,现己开发出了众多磨削冷却技术与方法。但是随着砂轮线速度、磨削深度和材料去除率的不断提高,磨削弧区面积逐渐增大,磨削弧区密封程度逐渐升高,致使冷却介质越来越难进入到磨弧区。因此,探索到新的在高效磨削加工过程中快速疏导磨削热的方法,强化磨削弧区换热,成为避免高温合金材料出现磨削烧伤,进而提高其磨削加工效率的关键。
  
  热管是一种具有极高传热能力的元件,其热传导能力己经远远超过任何一种已知金属。正是基于这一特性,国外研究者早在20世纪80年代就有将热管技术应用在车削、钻削等加工领域的报道。相关结果表明,利用热管的传热作用,可以有效降低车削、钻削加工区域的温度,同时延长工具的使用寿命。但在磨削加工领域,国内相关学者则先于国外提出了利用热管技术进一步强化。磨削弧区换热的构想,并己开展了一些探索性研究工作。
  
  设计制作一种能够用于磨削的热管砂轮,并通过开展磨削高温合金GH4169实验,验证热管砂轮在降低磨削弧区温度和防止工件烧伤等方面的效果,这种新的方法,对于在高效磨削时避免GH4169工件烧伤和进一步提高其磨削加工效率,有着十分重要的意义。
 
  
  七、磨粒有序多孔CBN砂轮高效磨削高温合金烧伤的研究
  
  磨削烧伤的抑制对策,主要从磨削热的产生和疏导这两方面入手。首先,在减少磨削弧区产生方面,主要是提高砂轮的锋利度及优化磨削工艺降低磨削比能。
  
  丁文锋等成功研究单层磨粒有序排布钎焊CBN砂轮,并适用于高效磨削镍基高温合金K424。针对高效砂轮磨损严重问题,Y。Hasuda等人采用金属结合剂CBN砂轮磨削高温合金实现的磨削比能高达200,但是由于砂轮修整困难而限制其推广应用。高温合金在缓进给磨削中易产生突发烧伤,很大程度上是由于不充分的冷却液供给所产生的。由于缓进给时切深大,接触区长,磨削液加注的基本要求是确保有足量的磨削液进入弧区。
  
  与致密金属结合剂砂轮相比,有序多孔CBN砂轮易于修整、磨削温度低,有效接触面积小而使磨削力降低等优点。因此,陈珍珍研制了新型的大气孔率的多层磨粒有序排布CBN砂轮并对其高效磨削高温合金烧伤进行了研究。
  
  通过研究分析得知,磨粒有序排布多孔CBN砂轮,凭借大气孔率,能很好地将磨削液引入弧区进行换热冷却,始终将弧区温度维持在一个较低水平。这对细窄零部件磨削加工具有指导意义。
 
  
  八、电镀CBN砂轮高速磨削高温合金的砂轮磨损
  
  电镀CBN砂轮作为典型的超硬磨粒砂轮,其成型工艺简单且在磨削加工过程中无须修整私和修锐。但是,由于其磨料仅有一层,当磨粒发生磨损以后,无后续磨粒的补充,而且随着砂轮磨损的进行,砂轮地貌也会发生一出定程度的变化进而影响被磨工件的表面质量。
  
  ZShi SMalkin等人尬进行的电镀CBN砂轮磨削淬硬轴承钢的砂轮磨损研究表明,电镀CBN砂轮的主要磨损形式是磨粒破碎和脱落,当砂轮的径向磨削磨损量达到磨粒尺寸的70%--80%时。就出现磨料层的剥落现象,从而导致砂轮的失效。
  
  R P Upadhyaya等人研究了砂轮磨损对热比例分配系数的影响发现,随着砂,磨轮径向磨损的增加,砂轮表面的动态有效磨粒数会呈增加趋势并且成为砂轮工进作表面磨耗面积率增加的主要原因。
  
  Frank C Gift等人通过改善喷嘴设计提高了电镀砂轮在磨削高温合金时的冷却效果,有效避免了由于砂轮黏附堵塞而导致砂轮的失效。
  
  目前,关于电镀CBN砂轮的磨损研究主要集中在30--40m/s的低速条件下,并且已经取得了许多显著的效果。李锋,苏宏华等采用80/100目的电镀CBN砂、轮进行砂轮线速度120m/s的高速磨削高温合金砂轮磨损研究,力求寻找在高的速度下,磨削力、砂轮地貌等随工件材料去除体积增加时的变化规律以及砂轮的主要磨损形式。通过研究可得出如下结果:
  
  无论是逆磨还是顺磨,随着工件材料去除体积的增加,法向磨削力从30N快速增加到80N,切向磨削力从12N快速增加到24N。当工件材料去除体积超过4800m3时,法向力和切向力随工件材料去除体积的增加而平稳增加。
  
  通过对法向磨削力的观察发现,当工件材料去除体积超过10000mm3时之后,随着去除体积的增加,顺磨时工件的法向磨削力增大幅度明显要高于逆磨时,而且两者的差值会越来越大,当工件材料去除体积达到35000mm3时,顺磨与逆磨的法向力差值已经达到24N,因为工件材料去除的同时也会伴随着砂轮的磨损,因此可以将顺、逆的法向磨削力差值大小作为评定砂轮磨损程度的指标之一。
  
  随着工件材料去除体积的增加,砂轮工作表面的磨耗面积率呈先缓慢增加后快速增加的变化趋势。当工作材料的累积去除体积超过10000mm3时,砂轮进入稳定磨削阶段,此时实际参数与磨削的动态有效磨粒数相对于初期磨损阶段己经有较,大幅度的增加,所以随着磨粒磨耗磨损,砂`轮的表面的磨耗面积率会提高呈快速稳定增加的变化趋势。
磨商网版权及免责申明:(点击查看)
最新资讯
  • 河南陕州刚玉园区八成棕刚玉企业停产  (20200603)
  • 登封市长、副市长一行走进狮虎磨具了解企业发展情况  (20200603)
  • 疫情下部分下游制品企业在夹缝中生存 压力巨大  (20200603)
  • 制造业生产逐渐好转,PMI连续三月守住荣枯线上方  (20200603)
  • 重磅!钢企节能限产开始!57家钢企被划为重点对象!  (20200603)
  • 武汉全面优化营商环境 重点工业项目审批提速  (20200603)
  • 南京税务部门出口退税助力“稳”外贸  (20200603)
  • 油价新动态:国际油价2日显著上涨  (20200603)
  • 6月2日轻重稀土市场行情稳定,下游采购稀少  (20200603)
  • 5月份河北省钢铁行业PMI重回上升通道  (20200602)