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金剛石砂輪涂層技術應用

發布時間:2014/6/24

       一、項目起因 

      2011年隨著MAN項目的進展,公司內引進了等高齒錐齒輪加工技術。MAN橋錐齒輪銑齒機所用SPIRON刀盤用硬質合金刀具由配套B27磨刀機精磨削成型,磨削精度高、穩定性好。本機床所使用砂輪為德國進口金剛石顆粒砂輪,每盤砂輪價值7.8萬元。

     該機床所使用的金剛石砂輪為電鍍涂層金剛石砂輪,在正常重磨的情況下(不包括刀條角度改型及毛坯刀條開刃),砂輪更換周期約為1500件刀條,每根刀條所耗費的砂輪成本52元。如砂輪磨損后直接報廢,則成本較高。

    目前公司內大部分齒輪加工刀具均進行涂層,為此,決定進行金剛石砂輪涂層試驗,以降低磨刀成本,提高生產效率。

 二、金剛石砂輪涂層技術概述

      1.金剛石砂輪基礎知識 

      以金剛石磨料為原料,分別用金屬粉、樹脂粉、陶瓷和電鍍金屬作結合劑,制成各種形狀的制品,用于磨削、拋光、研磨的工具叫金剛石磨具,包括砂輪、油石(珩磨油石)、鉆具、據具、粉狀修正工具、修正滾輪、內外圓切割鋸片、砂輪刀、玻璃刀、車刀、木工圓盤鋸片等。其中以金剛石砂輪,金剛石鋸片應用最廣泛。

         金剛石砂輪一般由工作層、基體、過渡層三部分組成。工作層,2014年中考沖刺綜合復習指導北京地區試題 廣東地區試題 江蘇地區試題又稱金剛石層,由磨料、結合劑和填料組成,是砂輪的工作部分;過渡層,又稱非金剛石層,由結合劑、金屬粉和填料組成,是將金剛石層牢固地連接在基體上的部分;基體,用于承接磨料層,并在使用時用法蘭盤牢固地把砂輪夾持在磨床主軸上。制品成型質量的好壞和使用精度的高低都與基體有很大關系。因此,基體應該有幾何形狀和尺寸精度以及表面粗糙度要求。

 2.金剛石砂輪磨削修整原理 

     金剛石砂輪磨損可以看作經歷了這樣幾個階段:砂輪與工件接觸初始階段。金剛石砂輪在摩擦力和沖擊力作用下,金剛石顆粒旋轉,引起金剛石顆粒間結合劑的彈性變形,變形達到一定程度,結合劑出現裂紋,金剛石顆粒在摩擦力和沖擊力的繼續作用下旋轉,造成結合劑裂紋的擴大,最終結合劑斷裂,金剛石顆粒從砂輪表面脫落。

     通常的金剛石砂輪整形主要是外圓、端面、斜面、外圓角和內、外圓弧面的整形,金剛石砂輪一般只有轉動,而工具砂輪(一般是碳化硅砂輪、白剛玉砂輪,也可以選用金剛石砂輪)不僅僅有轉動,還有進給運動和往復擺動。因此,金剛石砂輪和工具砂輪轉動速度、工具砂輪的進給量就成為比較重要的工藝參數。

  3.金剛石砂輪涂層技術 

      B27磨刀機所用砂輪是由德國EFFGEN提供的電鍍金剛石砂 輪,其特點有:電鍍工藝簡單,投資少,制造方便;無需修整,使用方便;單層結構決定了它可以達到很高的工作速度,目前國外已高達250~300m/s;雖然只有單層金剛石,但仍有足夠的壽命;對于精度要求較高的滾輪和砂輪,電鍍是唯一的制造方法。 

     正是由于這些優勢,電鍍砂輪在高速、超高速磨削中占據著無可爭議的主導地位。電鍍金剛石砂輪存在的缺陷:在鍍層金屬與基體及磨料的結合面上并不存在牢固的化學冶金結合,磨料實際上只是被機械包埋鑲嵌在鍍層金屬中,因而把持力小,金剛石顆粒在負荷較重的高效磨削中易脫落(或鍍層成片剝落)而導致整體失效;為增加把持力就必須增加鍍層厚度,其結果是磨粒裸露高度和容屑空間減小,砂輪容易發生堵塞,散熱效果差,工件表面容易發生燒傷。

     目前國內的電鍍砂輪制造尚未實現按加工條件的要求而優化設計出砂輪的最佳地貌,如果進行涂層處理,需要轉到國外原砂輪廠家。 

 三、金剛石砂輪涂層試驗

      齒輪加工部對原廠新砂輪與涂層后的砂輪進行了對比試驗,試驗條件為:  粗磨:轉速1000r/min,進給量200mm/min,線速度22m/s; 精磨:轉速1500r/min,進給量20mm/min,線速度50m/s。 該機床以砂輪的金剛石涂層磨損量作為判斷依據,當磨損量超過設定的數值時,機床報警;當超過另外一個設置數值時,機床停止工作,強制更換砂輪。  根據國外相關經驗,設定數值為:報警量250 cm³,強制更換數值為280 cm³。

      所磨削的刀條材料HB10F整體硬質合金,外形尺寸為14.73×22.86×108。所磨削刀條均為加工相同工件所使用。

  在相同切削條件下,磨削相同刀條時,新砂輪與涂層后的砂輪對比如下:
  單件刀條磨損量(cm³) 刀條磨削總數量(件)  新砂輪 0.1826 1534 涂層后的砂輪  0.1832  1529  進口新砂輪價格為7.6萬元,如該砂輪不進行涂層,則單個刀條費用為:76000/1534=49.54元;  砂輪磨損后涂層費用約4萬元,一共可涂層10次,則單個刀條成本費用為:  (76000+40000*10)/(1529*11)=28.3元。

   由此可見,金剛石砂輪涂層后,可以節約大量砂輪費用,降低磨刀成本。

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