磨削汽车零件的CBN砂轮的研制与应用

・材料・工艺・设备・磨削汽车零件的CBN砂轮的研制与应用东风汽车公司发动机厂IAbstarwheel15pc周德生at】Supteeriorityrexofgrindingpperimroenropertyoftheextra一hardrs,brasiveeubieboriumnitride(CBN)grindingeerarouresendAftetanddresearehformanyyeaeakindusnofdiameter600mmmieghgsuardhesiveeoCBNgrindingwheelhasbeenpquenedueeesudansueeessntgaifulresulnandbyigthegrindingwheeltoareindldhedeastironeamshaanftdoSmbstantialsuggestioaeatoppliinseodeountermeasureproposedinordertoyffieientlveagiplyofsuoperiritytoenargelpe[摘要〕介绍了超硬磨料立方氮化硼(CBN)砂轮磨削性能的优越性D。通过多年试验研究己制造出直径,06nt0Tm陶瓷结合剂的CBN砂轮采用该砂轮粗磨冷激铸铁凸轮轴获得成功,为了能充分发挥CBN砂轮的优越性与扩大oCBN砂轮的应用范围提出了一些具体的对策与建议or,ewP云:ds:CBNgrindingwhell,Grind,APPlieation主题词1CBN砂轮磨削应用轮磨了2,前言立方氮化硼(CBN)是超硬切削材料之一它是,000个齿轮仍然保持良好的齿廓精度CBN6。国,内秦川机床厂用片砂轮磨完格。砂轮磨叶片泵转子上的槽一55条槽后仍能保持槽的宽度尺寸合,氮与硼的化合物1是在约为。500MPa的高压及,070℃的高温下形成的它的硬度仅次于金刚石。。bCBN砂轮的导热性和热稳定性好可承受,但它和金刚石相比却有如下优点1300,C,的高温其导热率是刚玉(A12O3)~1500C,ab在120℃高温下仍可保持硬度不变,、的45倍热扩散率是A12O:的112倍CBN砂轮特。。有一定的韧性它不仅可用于磨削强硬的别适用于磨削热敏性高的超硬高速钢和高硬度合金刚等而不产生磨削烧伤裂纹。铸铁还可磨削强度大硬度高及热敏性高的钢件或,,其它合金材料CBN。CBN化学惰性强稳定性好特别是在磨、、、、,与碳元素的亲和力小所以十分适宜,。,削优质工具钢轴承钢钦合金镍基合金时,cBN于磨削黑色金属而能保持较高的耐用度聚晶立方砂轮磨耗极小其耐用度高于普通砂轮约d,140,倍。氮化硼(PCBN)多用于难加工材料的切削加工但,CBN砂轮磨削后的零件表面质量好不产,,cBN的广泛应用前景还是制成超硬磨料砂轮它,,、、,,生磨削烧伤及龟裂等缺陷并能提高零件的疲劳强可应用于金属的磨削与衍磨不仅可以代替普通砂度可延长使用寿命30%~50%如LI,,TON工业自。轮磨削甚至可以实现铸锻件毛坯的高速高效一次性粗精磨尤其适用于成型仿型及确定尺寸的精,、动化公司用CBN砂轮磨削凸轮轴不仅成本降低0%而且凸轮表面的疲劳强度提高了350%,磨其磨削质量和磨削效率较高成本较低2cBN,、。eCBN砂轮磨削不需要频繁地修整砂轮电,.。砂轮磨削特点,。镀或单层金属结合制成的CBN砂轮不需修整便可直接磨削至终由结合剂制成的CBN砂轮耐用度高于普通砂轮数十倍f,国内外成熟的使用经验已证明CBN砂轮磨削。具有下述实用经济价值CBNCBN砂轮适宜于高速或超高速磨削其效。,砂轮硬度仅次于金刚石相当于刚玉倍。率是普通砂轮的105一20倍,磨料硬度的2,、2其机械强度相当于碳化硅磨料的,,总之采用CBN砂轮磨削虽然初始投资较大,倍多而其韧性比金刚石好可以磨削各种高强。但其综合效益高3cBN。度高硬度的钢材与铸铁其砂轮耐用度与磨削效率是各种磨削的砂轮所不及的例如德国KAPP公的齿轮一个砂,,砂轮磨削技术的应用,司用电镀CBN砂轮磨削齿数为184由于CBN砂轮磨削技术具有较多的优点所以汽一24一车技术・材料・工艺・设备・国外在70年代末便开始推广应用80、,年代便相继、法是采用CBN砂轮磨削砂轮直径可以制成等于,,应用于机床工具制造业中的材料加工与复杂成型磨削90年代初便已应用于航空汽车轴承与工具,、磨削工作靠模时的滚轮直径(如d507m达到最小。m),则磨削后的凸轮轮廓曲线将趋近于工作靠模曲线使误差由于CBN砂轮的磨耗量很小直径方向lomm,,,制造业。国内目前尚停留在制造小直径的CBN砂轮与5普通磨速(3CBNCBNm/s一45m/s上一般不超过而磨削的凸轮数可相当于数,)的水平,这样很难发挥出。片普通砂轮磨削的凸轮数因此可稳定地保证凸轮砂轮的最大优越性与扩大它的使用范围若将曲线始终在最佳状态3。砂轮磨削技术应用于国内汽车制造行业例如、、,2用CBN砂轮磨削曲轴主轴颈轴向定位基面及砂轮磨削曲轴轴向定位面及轴颈(图、凸轮轴曲轴齿轮及其它复杂成型或大余量粗精磨连杆轴颈削工序等便可大大提高其加工质量与效率同时也提高了机加工的工艺水平.31。,,采用1、CBN图2),无论是用成型切人法或侧靠法都可以保证。凸轮的粗精磨削凸轮轴的凸轮粗精磨削采用CBN砂轮可以保,,定位轴颈严格的宽度公差要求定位面对轴颈母线的垂直度与表面质量持凸轮轮廓曲线始终接近靠模凸轮曲线并能提高凸轮磨削表面质量和生产效率,。发动机的凸轮轴具,。有多个凸轮所以一般都采用靠模仿形磨削但凸轮磨削后的轮廓曲线却受磨削砂轮直径大小的影响当砂轮直径较大时磨出的凸轮形状较瘦较胖“”。,“”,反之则只有当砂轮直径接近或等于制造工作靠模,,。所用的滚轮直径(反靠法)时磨出的凸轮轮廓曲线基本接近工作靠模曲线误差达到最小或趋近于零,。凸轮轮廓曲线正常便可有效地提高配气系统的运动平稳性和精度并可降低该系统的噪声在实际生产中凸轮磨床均是采用直径一般需要磨耗到直径,,d60mm的标准砂轮omm,,d050mm或更小才予以更换。图1切人法磨削轴向定位面而采用反靠法所用的滚轮直径一般为d57。由此可见磨削工件凸轮的砂轮直径与理想滚轮直径门相差较远虽然凸轮轮廓曲线允许一定误差但是在所磨凸轮中仍有相当数量是不合格的因此近代先进的凸轮磨床采用双靠模仿形或无靠模的数控。,,市{酬一尸_双靠模的原理是砂轮直径在6doomm一d56omm时采用第一套工作靠模仿形当砂轮直C(NC)磨削。兰,。径在d56omm。一d50omm时自动采用第二套工作图2.33,曲轴靠模仿形8为d5在反靠工作靠模时采用的滚轮直径分别、Ommd45omm,这就相应地减少了砂轮直径。侧靠法磨削轴向定位面大小对凸轮曲线的熨响,无靠模的数控磨是工件旋磨削时考虑到砂轮直径对,。用CBN砂轮磨削变速器齿轮及前后桥圆弧锥应用a转而不摇摆砂轮架随凸轮的轮廓作相应的进退移动并同时作进给运动,齿轮齿面及内孔CBN,。,磨削齿轮齿面及内孔的优点如下,,。凸轮曲线的影响在系统装置中设置动态补偿装置以消除砂轮直径变化中引起的曲线磨削误差,,采用该工艺可以保证齿廓加工精度因为‘。决定齿廓精度的关键是CBN砂轮的金属基体而基体的精度可以由精密加工获得一个电镀CBN砂轮可以加工b生产实践证明这两种先进的凸轮磨削技术虽然在一定程度上提高了凸轮曲线精度但凸轮曲线亦有超差提高凸轮仿形磨削精度的最可靠而简单的方1998。,1000个一2000个齿轮。CBN砂轮磨削的齿轮精度一般可达到,,GB1135一89标准的6一7级精度没有废品件在,年第6期一25一・材料・工艺・设备・大量生产中不需经常检查工件的齿廓导程和节距等。、整。工件冷激铸铁凸轮轴(柴油发动机);粗磨余量:c由于减少了砂轮的修整和频繁的检查所。,(双面)15拌m为。4mm一smmn;粗糙度;R。=1olZIn~以它是迄今为止磨齿效率最高的工艺d,;工件转速:=100r/min工件磨削速度S=由于CBN砂轮磨削温度较低而且能够在,,0lmm/r磨削表面上形成压缩应力这就提高了齿面的承载能力齿轮的全部齿面可以一次磨削完成并同时磨出齿根故CBN砂轮磨削过的齿轮寿命是铣齿齿轮寿命的4一10倍e冷却液高速磨削液43。。试验结果与分析试验分别连续进行了三轮每次都在钢制,,。凸轮轴上初试然后在铸铁凸轮轴上复试(试验条件,用电镀CBN砂轮磨削齿轮内孔不仅可以,、2),。由于磨削速度和工件材料不同试验结果也不,。,提高生产效率而且还能提高内孔的尺寸精度圆度圆柱度和表面质量可以使平。、同试验是在现生产的磨削条件下进行的初次试磨后凸轮表面出现轻微烧伤和振痕,,CP值稳定在最高水、分析认为这是,由于fCBN砂轮组织结构太紧密容屑空间太小而引。、用CBN砂轮磨削的齿轮互换性好装配方。起较高磨擦热所致由于CBN磨料粒度比普通砂轮便装配后总成可以获得较好的啮合和运转精度.43,较细所以CBN砂轮的组织结构就应比普通砂轮松,用CBN砂轮磨削其它汽车零件汽车零件中诸多关键复杂零件的磨削成型,、、一些才能使磨削轻快生产效率提高,、,、。至于表面振痕的产生可能是粘接CBN磨块时在磨块之间留下膨胀空隙引起因为砂轮已经过平衡不致产生振,,磨削及定尺寸磨削等如底盘零件中的转向节十字轴发动机中的气门大头与杆部间的过渡圆弧成型磨削缸盖耐热合金排气门座锥面的加工与研磨等采用度4。、,、动。,b第二轮CBN砂轮试验解决了上述问题。,CBN磨削都可以获得较高的生产率与产品精但发现表面粗糙度低于工艺要求(R测R。.8~0娜),实。一。9产m一10产m,影响CBN砂轮磨削表面粗、cBN砂轮磨削凸轮轴的研究与试验,,糙度的主要因素是砂轮粒度磨削速度及磨削液等第三轮试验的CBN砂轮粒度选用了,,、150,我们与磨料研究所等单位合作经过多年的研究与试验完成了砂轮金属基体的设计与制造陶瓷结合剂CBN砂轮的研制高强度粘接剂的选择与试、号磨削钢件时表面粗糙度距工艺要求略有差距若采用高速磨削液将有助于降低粗糙度d。将这些,,CBN砂轮用于粗磨铸铁凸轮轴时。验成功地制成了大直径的CBN砂轮并在我厂开始了CBN砂轮磨削凸轮轴的应用性试验4,,(试验条件2)其生产效率和工艺要求都能达到经150。试生产试验证明一片砂轮可磨削这相当于15根凸轮轴,1试验条件:,1片普通砂轮所以。,CBN砂轮能应用于设备日本凸轮轴磨床砂轮工件,SCAMSX一。0MF(日平4X大余量粗磨工序的正常生产中5富山)修整工具为碗形开槽金刚轮:IAI/T600mmX20mmX305mm。对推广cBN砂轮磨削技术的建议,seBNxoovloo:金属基体陶瓷结合剂砂轮一目前世界发达国家的CBN砂轮产量正以每年,EQ1401凸轮轴(汽油发动机)45,号钢5写一210写的速度递增尤其是以金属单层结合剂淬火其硬度d40mmHRC55一HRC63凸轮基圆直径为和陶瓷结合剂的CBN砂轮以其磨料利用率高含,、/r。气孔大形状保持性好不需修整或容易修整等优:、、磨削余量。6mm(双面):s磨削参数磨削速度V砂~45m/。点越来越多地应用于轴承汽车航空和工具制造;,、、工件粗糙度行业为了加速CBN砂轮磨削技术在我国汽车行业。R。一08产m,工件转速n~6Or/min。,工件磨削速度早日投人应用建议做好如下几方面的工作51,。51=(005一002)mm/r加速cBN的生产研制与试验400kg,冷却液水基磨削液4:。目前国内CBN的生产已超过年产,、的水2试验条件23设备MKs81:平但都是小规模的分散落后的生产方式质量停2V砂~6Om/s,金刚石滚轮修留在低品级抗压强度一般在,03Ma以下而且品P汽车,一26一技术・材料・工艺,・设备・种也较少至于制成可应用于生产的CBN砂轮成品有砂轮制造与生产使用方面的专家结合在一起根据CBN,就更少了如果CBN砂轮产品不用于大量生产的汽。砂轮磨削的特点与生产工艺要求对,,,CBN车轴承与机械工具制造业阔的市场并会制约CBN,、,CBN产品就不会有广。砂轮性能参数提出设计要求与正确选择对试磨条CBN产品的发展,要尽快加速件与试磨结果作出正确分析与判断然后再变更试砂轮的研制和应用试验使CBN砂轮磨削加。磨条件直至修正砂轮性能参数经多次的试磨分析改进以达到国外的先进水平、,,、工逐步推广应用于大量生产中的关键工序,。要使CBN砂轮能尽快应用于磨削领域就必须,53尽快开发适用于CBN砂轮磨削的NC磨床CBN研究改进陶瓷结合剂CBNCBN砂轮的磨削性能和研制。砂轮磨削设备应具备的特点是高速度。:、金属单层结合剂的CBN砂轮制造技术陶瓷结合剂高刚性和具有微量进给的修整装置CBN6Om35m,磨削速度高是砂轮具有较高的磨削效率又能较好地保持形,,,,砂轮磨削的关键外圆磨削一般不应低于s/s/,状精度而且易于修整最适用于大量生产若它的内圆磨削直径d20mm以上的孔不应低于磨削性能和耐用度均能超过与它价值相当的普通砂轮就必然会获得广阔的应用领域NORTON,,。。希望机床制造行业能尽快设计制造出适应。cBN3,砂轮磨削的专用机床金属单层结合剂CBN砂轮见图它是美国公司研制出的具有最高磨削效率的CBNCBN6结论a砂轮该砂轮是将,磨料直接钎焊到金属基体,。研制成功了大直径(d,60mm)陶瓷结合剂m/s上钎焊剂是一种活性金属它与CBN磨料和钢基5m/s与60的CBN砂轮并在砂轮线速度为4。体形成坚固的化学结合这种金属单层结合剂,的凸轮轴磨床上完成了多次磨削试验这种CBN砂(MSL)CBN砂轮与电镀砂轮相比,其主要优点是,,:轮已成功地应用于铸铁凸轮轴的凸轮粗磨工序并达到了工艺要求b、,磨料有80%(电镀砂轮只有40%)暴露在外而不脱。落所以非常锋锐;金属去除率极高而磨削力小不需修整其寿命比电镀砂轮长约,,CBN砂轮最适用大量生产中的粗精磨。、,1倍以上它与结合,,。削重负荷磨削及成型磨削c剂砂轮相比磨料有更高的密度与颗粒暴露因而能尽快提高CBN砂轮的质量档次试制出单,进行更强力的磨削且具有较大的磨屑容纳空间可以减少摩擦和便于排屑因此磨削热量低,,,。层金属结合剂的dCBN砂轮继续提高陶瓷结合剂。,同时它,CBN砂轮的磨削性能与使用寿命的制造与电镀砂轮一样简单价格也没有结合剂砂轮那么昂贵使用时又不需要修整所以深受用户欢迎应对CBN砂轮的应用技术(磨削工艺)做,。,深人的研究与试验以提高其磨削表面精度与砂轮耐用度CRN脚料镇CN磨料B金月结合剂、eCBN砂轮磨削不仅能提高零件的加工精,,。度表面质量和生产效率尤其具有高的综合效益值得大力推广应用1参Eat考,文献MBneu应用数控磨削与超硬磨料砂轮来提高凸轮金属墓体金属基体2磨削生产率川崎等汪星桥国外汽车19835)(凸轮型线磨削的升程误差1992(2)国外汽车,194(58)图.253电镀CBN砂轮和金属单层CBN砂轮3应用立方氮化硼砂轮进行高速磨削wMEM一,结构示意图世界制造技术与装备市场4,盆视CBN砂轮磨削技术的研究与试验要想加快CBN砂轮大量投入生产使用的步伐CBN胡河等床,CBN砂轮的应用对磨床的影响制造技术与机雨)1994(6)除需加速砂轮的研制外还需同时重视CBN,,。(责任编辑谷修改稿收到日期为1998年2月28日。砂轮磨削技术的研究与试验即应用技术的研究应2998年第6期