超高速點磨削陶瓷CBN砂輪性能的實驗研究.pdf

1、超高速磨削技術被喻為“現(xiàn)代磨削的最高峰”,已被國際生產(chǎn)工程學會列為面向21世紀的中心發(fā)展方向。德國Junker公司1994年開發(fā)的超高速點磨削技術是超高速磨削又一新的應用形式,是集數(shù)控柔性加工技術、CBN超硬磨料、超高速磨削三大先進技術于一身的先進加工工藝。超高速陶瓷CBN砂輪技術是超高速點磨削關鍵技術之一,陶瓷結合劑CBN砂輪因其優(yōu)良的磨削性能和制作過程的綠色、環(huán)保、節(jié)能、低耗被公認為是高速、高效、高精、低成本、低環(huán)境污染的高性能砂輪

2、,是近年來世界各國競相開發(fā)的熱點。
　　本文從超高速點磨削的機理分析入手,針對超高速點磨削陶瓷CBN砂輪的結構特點,按照磨削理論和合成材料的制備原則,對其各組成部分及其關鍵技術、制造工藝進行了較為系統(tǒng)的研究,并對研發(fā)的超高速點磨削砂輪進行了磨削性能實驗。
　　總結全文,本論文的工作概括如下:(1)概述了超高速磨削技術及其理論研究領域的發(fā)展歷史。系統(tǒng)論述了超高速陶瓷CBN砂輪磨削的優(yōu)越性及國內(nèi)外的發(fā)展狀況。闡明了本課題的研究目

3、的和意義。(2)從砂輪、工件接觸弧長和未變形切屑厚度這兩個基本參數(shù)入手,論述了兩個變量角α和β對超高速點磨削機理的影響。在此基礎上建立了點磨削力、磨削溫度、磨削表面粗糙度理論數(shù)學模型。通過對各數(shù)學模型的MATLAB仿真,從磨削機理的角度分析了點磨削變量角及其他磨削參數(shù)對磨削力、磨削溫度和表面粗糙度的影響規(guī)律。(3)在高速、超高速砂輪應力分布的基礎上,借助ANSYS軟件,以徑向膨脹量最小為目標函數(shù),分析了超高速點磨削砂輪基盤形狀、材料、尺

4、寸等的選擇,進行了最終截型的優(yōu)化。(4)為了研發(fā)良好的超高速點磨削砂輪,對國內(nèi)外8種有代表性的CBN磨料進行了常溫性能、高溫性能和耐腐蝕性能進行了對比實驗,并對不同材料工件和加工需要對磨料的種類和粒度進行了探討性選擇;然后根據(jù)低溫高強陶瓷結合劑的要求,設計了三組結合劑配方。通過對三種結合劑的成分、耐火度、抗折強度、熱膨脹系數(shù)、物相、微觀形貌的實驗分析、對比,研制出了符合超高速點磨削砂輪要求的低溫高強結合劑。(5)由于砂輪節(jié)塊對于點磨削砂

5、輪的制作和磨削性能很重要,所以,利用ANSYS軟件對目標200m/s,直徑Φ370mm的超高速點磨削陶瓷CBN砂輪節(jié)塊進行了優(yōu)化分析。根據(jù)優(yōu)化節(jié)塊的尺寸和強度結果,為了確保點磨削砂輪的安全性,提出了砂輪節(jié)塊的最低強度要求。然后,以前面分析的CBN磨料和陶瓷結合劑為基礎,對多組燒結砂輪樣條進行了強度校核、分析,最后得出了高強度砂輪樣條所需磨料的微觀形貌、粒度、濃度等參數(shù)特點和要求。(6)在前面實驗的基礎上,根據(jù)超高速點磨陶瓷CBN砂輪的制

6、作工藝研發(fā)、制作了超高速點磨削陶瓷CBN砂輪一塊,并在東北大學超高速點磨削實驗臺和北京機械工業(yè)學院凸輪軸高速磨削實驗臺上,對點磨削砂輪的磨削性能進行了實驗分析。實驗表明:點磨削力隨砂輪速度的增加而降低,隨工件速度、磨削深度、縱向進給速度的增加而升高;磨削溫度隨砂輪速度的增加而降低,隨工件速度、磨削深度、縱向進給速度的增加而升高;水平變量角的增大有利于磨削力、磨削溫度的降低,但是,犧牲了表面粗糙度值。當變量角αβ都為+5°或-5。時,被磨

7、工件的粗糙度Ra值略有增大,但工件表面的金相組織中無白層出現(xiàn),被磨工件表面為殘余壓應力;當變量角αβ都為0°時,Ra值雖有所降低,但工件表面的金相組織中出現(xiàn)了有害的白層組織,即磨削溫度高于727℃,被磨工件表面為殘余拉應力。同時進行的磨削比表明:以被磨工件表面粗糙度Ra≤0.4μm、表面不出現(xiàn)殘余拉應力為磨鈍標準,超高速點磨削砂輪的磨削比G=170。同批次的陶瓷CBN砂輪生產(chǎn)中的磨削性能達到了進口砂輪的水平。(7)在超高速點磨削陶瓷CB