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特种轴承制造研究:国内凸轮轴的CBN磨削技术
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
国内凸轮轴的CBN磨削技术在世界范围内，陶瓷CBN磨具的比例已由20世纪80年代的4%上升到现在的50%以上，增速迅猛。由于陶瓷CBN磨具具有磨削效率高、形状保持性好、耐用度高、易于修整、磨料利用率高(为75%以上，其余类型结合剂为50～60%)、砂轮使用寿命长等优势，因而成为高效、高精度磨削的首选磨具。目前，用于凸轮轴磨削的CBN砂轮全部采用陶瓷结合剂。Mli>磨料选择 在磨削加工中，磨料是磨具中的主体，其性能好坏直接影响磨削效果。CBN磨料与刚玉磨料相比，具有更高的硬度和强度，因而切削锋利且耐磨。在凸轮轴加工这样高强度的磨削情况下，使用CBN磨料是最佳选择。不同牌号的CBN磨料，因制造工艺的不同，其晶体形态、颗粒形状也各不相同，它们各自具有不同的强度、热稳定性、耐化学侵蚀性和破碎特性。应根据结合剂的种类、磨削工件和磨削方式的不同，选择不同牌号的磨料。需要指出的是，CBN磨料在高温下易与水和碱性氧化物发生化学反应而使其结构受到破坏，这是在选择磨削液的种类、压力和流量时必须考虑的因素。2. 浓度 砂轮浓度的高低表示在磨削时砂轮工作面单位面积上参加磨削的磨粒数的多少，高浓度可带来高的磨削比，200%浓度比100%浓度砂轮寿命长4～5倍。目前，高速、高效磨削均采用较高的砂轮浓度，如进口磨凸轮轴磨床配套的陶瓷CBN砂轮浓度一般均为200%。3. 硬度 磨具的硬度等级表示结合剂对磨料把持力的大小，它是制造商工艺控制的重要指标，也是用户选择磨具性能的主要参数。砂轮硬度均匀和稳定及硬度高低的合理选择是保证磨削质量的重要前提。国外陶瓷CBN砂轮一般有3～7个硬度等级可供选择，国内目前尚未制订CBN砂轮(包括金刚石磨具)的硬度检验标准，制造商仅以配方硬度进行控制。? 磨床 砂轮作为以磨床为中心的磨削体系中的一个附件，只有通过磨床所具有的优异特性并优化各种磨削参数，才能最大限度地发挥优势，对CBN磨削来说尤其如此。 1. 高速度 提高砂轮的工作线速度可明显提高磨削效率和磨削比，降低磨削力，从而降低磨削成本。如使用陶瓷CBN砂轮磨削凸轮轴，当砂轮速度从80m/s提高到160m/s时，磨削时间相同，则修整间隔(耐用度)增加2倍；当砂轮速度由35m/s增加至60m/s时，在不同的单位金属去除率(Q'w)情况下，法向磨削力(F'n)均减小1/3左右。CBN砂轮因其结构特点及CBN磨料的特性，为高速、超高速磨削提供了可能。80～125m/s的使用速度已成为目前国内进口的CBN专用凸轮轴磨床基本特征之一。在条件允许的情况下，使用尽可能高的速度是提高CBN磨削的技术性和经济性的重要前提。2. 机床的高刚性和抗震性 高速磨削和CBN砂轮磨削的特点，要求机床主轴和整体要具有很高的刚性和良好的抗震性，从而保证磨削工件的精度和表面质量，这是CBN高速磨削技术中对磨床的基本要求。不具备这些条件，在使用CBN砂轮时，要想获得更高的金属去除量，工件的几何精度和表面质量就会变差。波纹是常见的表面质量缺陷，它是由振动产生的。引起振动的原因有多种，包括机床刚性低、抗震性差、机床共振或砂轮参数设计不合理造成磨削力过大等。有资料显示：机床的刚度应不小于100N/0.001mm的数量级为好。? 修整 使用金刚石滚轮修整，不仅可提高修整效率，更重要的是可获得较好的砂轮形貌。使用其他修整工具，很难完成对高硬度砂轮表面的修整。修整装置的进给精度要高，每次进给量应在mm级，过量的修整既影响磨削质量又会大大减少砂轮使用寿命。修整速比Vr /Vc是修整工艺中一个重要的参数，它的改变会使砂轮表面形貌显著变化，并最终影响到工件的表面质量。? 冷却液 在磨削过程中，90%以上的能量转化为热能，这些热必须被冷却液最大限度地吸收，否则工件就会被烧伤。对CBN砂轮来讲，还要考虑CBN磨料与水在高温下所产生的化学反应对磨料的破坏。正确选择冷却液种类和冷却工艺参数，往往会收到事半功倍的影响，结果表明砂轮在磨削过程中的机械磨损、化学侵蚀和热损伤的程度与冷效果。不同的冷却液，会使砂轮的磨削比相差几倍甚至十几倍。表5为冷却液对CBN砂轮却效果密切相关。问题和建议目前，国内在将凸轮轴的CBN磨削技术推向市场的过程中的制约因素主要体现在如下几个方面： 1. 进口的磨床和配套的CBN砂轮价格昂贵，磨床价格是国内普通凸轮轴磨床的10倍左右，是国内研制同类磨床的3～4倍；进口CBN砂轮的价格是国内同类砂轮的3～5倍，使得在国内市场的进一步推广受到成本方面的制约。 2. 国产凸轮轴加工用的磨床大多数速度低，其精度、刚性、抗振性、修整、冷却等条件均不能满足使用CBN砂轮的要求。因此，在使用CBN砂轮时，往往得不到期望的效果。 3. 国内CBN砂轮的主要磨削性能已达到国外同类产品水平，只是在砂轮的耐用度、使用寿命和质量稳定、适应性方面略低，但价格较低，因而有着较高的性价比，其技术和经济性已为国内许多汽车主机厂和配套厂所认可，但仍需进一步提高CBN砂轮制造技术水平。 4. 新技术宣传力度不够，部分企业因循守旧，对新工艺的需求不强烈，对提高生产效率和加工质量不重视，是这项技术推广的外部制约因素。为此，提出以下几点建议： 1. 加快开发国产CBN专用高速数控凸轮磨床，重点解决其刚性和抗振性的关键技术，首先使80m/s的磨床尽快投放市场，使其技术性和经济性能满足大多数中小企业的需要。在此基础上，再开发速度更高、性能更完善的产品。 2. CBN砂轮的研究应立足于提高性能、完善工艺、稳定质量和批量化生产。应加强基础理论研究和专用设备的研发。通过为进口磨床配套砂轮的研制解决其制造的关键技术，满足进口砂轮国产化的需要。同时，考虑到目前国产凸轮轴磨床的技术现状，在CBN砂轮制造技术参数的设计上尽量满足这部分磨床使用CBN砂轮的要求，使CBN磨削尽可能地发挥最大效果。 3. 在磨床、磨具制造和用户之间建立紧密联系，加强沟通和协作，共同促进CBN磨削技术的不断提高的影响，结果表明砂轮在磨削过程中的机械磨损、化学侵蚀和热损伤的程度与冷效果。不同的冷却液，会使砂轮的磨削比相差几倍甚至十几倍。表5为冷却液对CBN砂轮却效果密切相关。问题和建议目前，国内在将凸轮轴的CBN磨削技术推向市场的过程中的制约因素主要体现在如下几个方面： 1. 进口的磨床和配套的CBN砂轮价格昂贵，磨床价格是国内普通凸轮轴磨床的10倍左右，是国内研制同类磨床的3～4倍；进口CBN砂轮的价格是国内同类砂轮的3～5倍，使得在国内市场的进一步推广受到成本方面的制约。 2. 国产凸轮轴加工用的磨床大多数速度低，其精度、刚性、抗振性、修整、冷却等条件均不能满足使用CBN砂轮的要求。因此，在使用CBN砂轮时，往往得不到期望的效果。 3. 国内CBN砂轮的主要磨削性能已达到国外同类产品水平，只是在砂轮的耐用度、使用寿命和质量稳定、适应性方面略低，但价格较低，因而有着较高的性价比，其技术和经济性已为国内许多汽车主机厂和配套厂所认可，但仍需进一步提高CBN砂轮制造技术水平。 4. 新技术宣传力度不够，部分企业因循守旧，对新工艺的需求不强烈，对提高生产效率和加工质量不重视，是这项技术推广的外部制约因素。为此，提出以下几点建议： 1. 加快开发国产CBN专用高速数控凸轮磨床，重点解决其刚性和抗振性的关键技术，首先使80m/s的磨床尽快投放市场，使其技术性和经济性能满足大多数中小企业的需要。在此基础上，再开发速度更高、性能更完善的产品。 2. CBN砂轮的研究应立足于提高性能、完善工艺、稳定质量和批量化生产。应加强基础理论研究和专用设备的研发。通过为进口磨床配套砂轮的研制解决其制造的关键技术，满足进口砂轮国产化的需要。同时，考虑到目前国产凸轮轴磨床的技术现状，在CBN砂轮制造技术参数的设计上尽量满足这部分磨床使用CBN砂轮的要求，使CBN磨削尽可能地发挥最大效果。 3. 在磨床、磨具制造和用户之间建立紧密联系，加强沟通和协作，共同促进CBN磨削技术的不断提高- 市场一部：022-58519722
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