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国际外凸轮轴磨削技能开展近况

 

  CBN砂轮磨削具有高效、高精度、低本钱等明显好处,是凸轮轴磨削加工技能开展的一定趋向。根据多年实行研讨的后果和相干技能文献,文章指出了国际在将凸轮轴的CBN磨削技能推向市场的历程中次要的制约要素,并提出了正的发起,以期在凸轮轴加工中普遍接纳CBN磨削技能,进步发起机全体的加工技能程度。 

  凸轮轴作为发起机的要害零件之一,其加工质量的优劣间接影响发起机的动力特征;同时,凸轮轴又是一种非圆磨削的工件,其加工余量大且质料难磨,对磨削精度和消费服从要求都很高,加工难度比力大。因此,凸轮轴的磨削技能不停是业内子士存眷的重点。怎样进步磨削服从和加工质量是凸轮轴磨削急需办理的题目,次要应思索如下几个影响要素: 

  ● 机床的特征; 

  ● 凸轮表面磨削成形的方法;

  ● 砂轮功能和冷却液; 

  ● 磨削工艺,包罗修整东西及修整工艺。 

  国际外凸轮轴磨削技能开展近况 

  现在,国际少数轿车主机厂的凸轮轴消费线和专业消费凸轮轴的厂家均引进了CBN磨削技能,但仍有许多的载重汽车、柴油机和摩托车发起机的凸轮仍然接纳传统的刚玉砂轮、靠仿照形的磨削工艺。粗磨工序利用的是国产中低速磨床(35m/s以下),精磨工序局部厂家利用入口磨床,但利用速率均在60m/s以下,修整东西以单点金刚石笔居多,入口磨床和多数国产磨床接纳金刚石滚轮修整。这种传统技能给凸轮轴的磨削带来的题目次要表现在如下几个方面: 

  ● 凸轮表面精度低且难以进步 

  接纳靠容貌板磨削,凸轮表面外形偏差最小只能控制在±0.03mm范畴内,而全部控无靠模磨削则可控制在±0.01mm内。别的,平凡磨料砂轮在利用时,外径变革范畴大(80mm~100mm),而砂轮直径每变革1mm就会使凸轮表面发生0.007mm的变革,因此难以进一步进步凸轮表面精度。 

  ● 凸轮外表易发生烧伤、裂纹等缺陷,很难进步消费服从 

  由于凸轮磨削余量大且质料难磨,平凡磨料砂轮的功能很难顺应,磨削质量和消费服从两者每每不克不及分身。 

  ● 综合经济效益不高 

  平凡磨料砂轮的耐用度和利用寿命低,需频仍修整或改换,使修整东西消耗加速,帮助工夫和休息强度增长,既影响了消费服从,又加大了消费本钱。别的,砂轮用量大,其质量动摇也影响了磨削工艺的波动性,又因少量磨削残物的发生,增长了磨削液的过滤清算量,对情况形成肯定的净化。 

  CBN磨削技能的使用,使传统凸轮轴磨削历程中的困难迎刃而解。十几年前,有关利用CBN砂轮磨削凸轮轴的报导只在有限的外洋文献中见到。在大范围产业化消费中,利用CBN公用数控凸轮轴磨床磨削凸轮轴的技能在某些东方兴旺国度也方才进入适用阶段。紧跟天下先辈制造技能开展的潮水,郑州磨料磨具磨削研讨所于20世纪90年月初,在国际率先自主研讨开辟了用于汽车凸轮轴磨削的陶瓷联合剂CBN砂轮,在国产平凡高速(60m/s)强力凸轮轴磨床上粗磨冷激铸铁凸轮轴,获得了精良的利用结果。但由于遭到事先机床条件和砂轮制造技能的限定,还没能到达更抱负的结果。至90年月中期,产业化国度的少数汽车制造厂均已接纳了CBN砂轮磨削凸轮轴,国际次要的轿车消费线上也连续引进了这项技能。它因此CBN公用数控CNC凸轮轴磨床、高速及高功能陶瓷CBN砂轮、公用磨削液、修整滚轮和磨削工艺整套技能的情势引进的。该技能的次要特点是:砂轮利用速率高(80m/s~125m/s),加工服从高(工件由毛坯粗、精磨一次完成,服从是平凡砂轮的2~3倍)。随着凸轮轴的CBN磨削技能及其公用磨床的不停引进,国际研讨的CBN公用高速数控凸轮轴磨床也行将进入市场。对此,在美满国产磨床用CBN砂轮粗磨凸轮轴技能,正研讨用CBN砂轮精磨凸轮轴的同时,郑州磨料磨具磨削研讨所又开端研制为入口CBN公用数控凸轮轴磨床配套的高速、高效陶瓷CBN砂轮,并已获得了肯定效果。研制的砂轮利用速率为80m/s,耐用度和寿命相称于入口砂轮的1/2,而代价只要入口砂轮的1/3。研制的陶瓷CBN砂轮与同类入口砂轮相比,次要差距在于耐用度、寿命和产品格量波动性偏低,不克不及完全替换入口砂轮在凸轮轴消费线上一连利用。为了奋起直追[fèn qǐ zhí zhuī]这种疾速开展的技能程度,近两年,郑州磨料磨具磨削研讨所又研发乐成了利用速率为125m/s的磨凸轮轴陶瓷CBN砂轮,其利用速率、磨削服从、磨削质量均到达入口同类产品程度,具有很高的性价比,产品格量波动质量,完全可以替换入口。这些都标明我国CBN砂轮的制造和使用技能已到达了新的程度。 

  凸轮轴的CBN磨削技能要素 

  产业化国度在研发CBN磨削技能时的一个明显特点是将CBN磨料、磨具、磨床和磨削工艺作为一个体系工程来举行的。如美国在20世纪90年月初,为办理凸轮轴的CBN磨削技能,团结了GE公司(CBN磨料)、Norton公司(磨具)和Landis公司(磨床)三家本行业的顶级公司配合攻关。他们终极因此高速CBN砂轮、高速数控CBN公用磨床和CBN磨削工艺一整套技能提供应市场。 

  在凸轮轴的磨削体系中,必需同时思索到CBN砂轮制造和使用技能所触及的各方面的影响要素,才会终极失掉令人得意的磨削后果。凸轮轴CBN磨削技能的紧张影响要素次要有: 

  ● CBN砂轮 

  功能良好的砂轮必需同时具有磨削尖利、自锐性好和耐用度初等特性。在制造和选择砂轮时次要思索联合剂、磨料、砂轮浓度和磨具硬度。 

  1、联合剂 

  在CBN磨具的四种联合剂(树脂、陶瓷、金属、电镀)中,以陶瓷联合剂的CBN磨具开展最快。活着界范畴内,陶瓷CBN磨具的比例已由20世纪80年月的4%上升到如今的50%以上,增速迅猛。由于陶瓷CBN磨具具有磨削服从高、外形坚持性好、耐用度高、易于修整、磨料使用率高(为75%以上,其他范例联合剂为50%~60%)、砂轮利用寿命长等上风,因此成为高效、高精度磨削的首选磨具。现在,用于凸轮轴磨削的CBN砂轮所有接纳陶瓷联合剂。 

  2、磨料选择 

  在磨削加工中,磨料是磨具中的主体,其功能优劣间接影响磨削结果。CBN磨料与刚玉磨料相比,具有更高的硬度和强度(见表4),因此切削尖利且耐磨。在凸轮轴加工如许高强度的磨削状况下,利用CBN磨料是最佳选择。差别牌号的CBN磨料,因制造工艺的差别,其晶体形状、颗粒外形也各不相反,它们各自具有差别的强度、热波动性、耐化学腐蚀性和破裂特征。应依据联合剂的品种、磨削工件和磨削方法的差别,选择差别牌号的磨料。必要指出的是,CBN磨料在低温下易与水和碱性氧化物产生化学反响而使其布局遭到毁坏,这是在选择磨削液的品种、压力和流量时必需思索的要素。 

  3、浓度 

  砂轮浓度的上下表现在磨削时砂轮事情面单元面积上到场磨削的磨粒数的几多,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。现在,高速、高效磨削均接纳较高的砂轮浓度,如入口磨凸轮轴磨床配套的陶瓷CBN砂轮浓度一样平常均为200%。 

  4、硬度 

  磨具的硬度品级表现联合剂对磨料操纵力的巨细,它是制造商工艺控制的紧张目标,也是用户选择磨具功能的次要参数。砂轮硬度匀称和波动及硬度上下的公道选择是包管磨削质量的紧张条件。外洋陶瓷CBN砂轮一样平常有3~7个硬度品级可供选择,国际现在尚未制定CBN砂轮(包罗金刚石磨具)的硬度查验尺度,制造商仅以配方硬度举行控制。 

  ● 磨床 

  砂轮作为以磨床为中心的磨削系统中的一个附件,只要经过磨床所具有的优秀特征并优化种种磨削参数,才干最大限制地发扬上风,对CBN磨削来说尤其云云。 

  1、高速率 

  进步砂轮的事情线速率可分明进步磨削服从和磨削比,低落磨削力,从而低落磨削本钱。如利用陶瓷CBN砂轮磨削凸轮轴,当砂轮速率从80m/s进步到160m/s时,磨削工夫相反,则修整距离(耐用度)增长2倍;当砂轮速率由35m/s增长至60m/s时,在差别的单元金属去除率(Q′w)状况下,法向磨削力(F′n)均减小1/3左右。CBN砂轮因其布局特点及CBN磨料的特征,为高速、超高速磨削提供了大概。80~125m/s的利用速率已成为现在国际入口的CBN公用凸轮轴磨床根本特性之一。在条件容许的状况下,利用尽大概高的速率是进步CBN磨削的技能性和经济性的紧张条件。 

  2、机床的高刚性和抗震性 

  高速磨削和CBN砂轮磨削的特点,要求机床主轴和全体要具有很高的刚性和精良的抗震性,从而包管磨削工件的精度和外表质量,这是CBN高速磨削技能中对磨床的根本要求。不具有这些条件,在利用CBN砂轮时,要想取得更高的金属去除量,工件的多少精度和外表质量就会变差。波纹是罕见的外表质量缺陷,它是由振动发生的。惹起振动的缘故原由有多种,包罗机床刚性低、抗震性差、机床共振或砂轮参数设计分歧理形成磨削力过大等。有材料表现:机床的刚度应不小于100N/0.001mm的数目级为好。 

  ● 修整 

  利用金刚石滚轮修整,不但可进步修整服从,更紧张的是可取得较好的砂轮形貌。利用其他修整东西,很难完成对高硬度砂轮外表的修整。修整安装的进给精度要高,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增加砂轮利用寿命。修整速比Vr /Vc是修整工艺中一个紧张的参数,它的改动会使砂轮外表形貌明显变革,并终极影响到工件的外表质量。 

  ● 冷却液 

  在磨削历程中,90%以上的能量转化为热能,这些热必需被冷却液最大限制地吸取,不然工件就会被烧伤。对CBN砂轮来讲,还要思索CBN磨料与水在低温下所发生的化学反响对磨料的毁坏。准确选择冷却液品种和冷却工艺参数,每每会收到事半功倍的结果。差别的冷却液,会使砂轮的磨削比相差几倍乃至十几倍。表5为冷却液对CBN砂轮的影响,后果标明砂轮在磨削历程中的机器磨损、化学腐蚀和热毁伤的水平与冷却结果亲密相干。 

  题目和发起 

  现在,国际在将凸轮轴的CBN磨削技能推向市场的历程中的制约要素次要表现在如下几个方面: 

  1、入口的磨床和配套的CBN砂轮代价昂贵,磨床代价是国际平凡凸轮轴磨床的10倍左右,是国际研制同类磨床的3~4倍;入口CBN砂轮的代价是国际同类砂轮的3~5倍,使得在国际市场的进一步推行遭到本钱方面的制约。 

  2、国产凸轮轴加工用的磨床大少数速率低,其精度、刚性、抗振性、修整、冷却等条件均不克不及满意利用CBN砂轮的要求。因而,在利用CBN砂轮时,每每得不到希冀的结果。 

  3、国际CBN砂轮的次要磨削功能已到达外洋同类产品程度,只是在砂轮的耐用度、利用寿命和质量波动、顺应性方面略低,但代价较低,因此有着较高的性价比,其技能和经济性已为国际很多汽车主机厂和配套厂所承认,但仍需进一步进步CBN砂轮制造技能程度。 

  4、新技能宣传力度不敷,局部企业抱残守缺[bào cán shǒu quē],对新工艺的需求不激烈,对进步消费服从和加工质量不器重,是这项技能推行的内部制约要素。 

  为此,提出以下几点发起: 

  1、加速开辟国产CBN公用高速数控凸轮磨床,重点办理其刚性和抗振性的要害技能,起首使80m/s的磨床尽快投放市场,使其技能性和经济功能满意大少数中小企业的必要。在此底子上,再开辟速率更高、功能更美满的产品。 

  2、CBN砂轮的研讨应驻足于进步功能、美满工艺、波动质量和批量化消费。应增强底子实际研讨和公用设置装备摆设的研发。经过为入口磨床配套砂轮的研制办理其制造的要害技能,满意入口砂轮国产化的必要。同时,思索到现在国产凸轮轴磨床的技能近况,在CBN砂轮制造技能参数的设计上只管即便满意这局部磨床利用CBN砂轮的要求,使CBN磨削尽大概地发扬最大结果。 

  3、在磨床、磨具制造和用户之间创建严密联系,增强相同和协作,配合促进CBN磨削技能的不停进步。

信息泉源: 中国数控机床网

 

2010/6/18 9:38:36
 
 
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