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        不同磨削層圖案對cBN砂帶磨削性能的影響研究

        2018-11-02 01:17:18肖樂銀謝德龍蔣燕麟陳家榮潘曉毅
        超硬材料工程 2018年5期
        關(guān)鍵詞:砂帶圓點(diǎn)磨粒

        肖樂銀,林 峰,謝德龍,陳 超,蔣燕麟,陳家榮,潘曉毅

        (1. 廣西超硬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,桂林 541004; 2. 國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心,桂林 541004;3. 中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司,桂林 541004)

        超硬材料工具,包括超硬材料砂帶,將在高效、精密、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代制造業(yè)中扮演重要角色。目前已知硬度最高的金剛石為磨料的砂帶,在工程陶瓷、玻璃等硬脆材料的磨削加工中表現(xiàn)出無可比擬的優(yōu)越性,但在磨削鐵族元素材料過程中會(huì)發(fā)生碳化反應(yīng),不宜用于鋼鐵材料的加工[1-2]。cBN的硬度僅次于金剛石,惰性強(qiáng),特別適合又硬又韌鐵基合金的加工,同時(shí),砂帶形狀保持性好,使用壽命長,具有很好的綜合性能。在西方發(fā)達(dá)國家cBN砂帶已廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航空航天、涂層、儀器儀表等領(lǐng)域[3-4]。

        cBN砂帶具有優(yōu)異的磨削性能,不僅因?yàn)槟チ媳旧淼挠捕雀撸€因?yàn)槠渫扛矆D案的特殊性。針對不同的加工對象和要求,目前市場上已出現(xiàn)了各種不同磨削層圖案的cBN砂帶[5-6]。本文采用圓點(diǎn)和箭頭兩種磨削層圖案砂帶進(jìn)行磨削試驗(yàn),分析磨削層圖案對cBN砂帶加工表面質(zhì)量、磨削效率及壽命的影響。

        1 試驗(yàn)條件和方法

        1.1 cBN砂帶規(guī)格

        砂帶規(guī)格見表1。

        表1 砂帶規(guī)格

        1.2 磨削條件

        機(jī)床:自行改裝的CM6125車床,使用時(shí)轉(zhuǎn)速為1600r/min

        接觸輪:Ф152×38mm;海綿輪;邵氏硬度為22A°

        工件:線切割45號鋼,尺寸為(13×11×50)mm

        磨削及冷卻方式:采用恒進(jìn)給的磨削方式,冷卻液為水

        1.3 試驗(yàn)方法

        本試驗(yàn)采用相同規(guī)格不同磨削層圖案的兩種cBN砂帶,分別對45號鋼進(jìn)行磨削,其磨削原理如圖1所示,分析并比較兩者之間的磨削性能。

        圖1 砂帶磨削原理圖Fig.1 Schematic diagram of abrasive belt grinding

        2 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

        2.1 不同磨削層圖案對cBN砂帶加工表面質(zhì)量的影響

        表面質(zhì)量是指表面粗糙度及表面層的物理機(jī)械性能,也稱表面完整性[7]。圖2為不同磨削層圖案砂帶在壽命期內(nèi)磨削表面粗糙度的變化曲線,通過圖2我們可以發(fā)現(xiàn),在砂帶使用初期,由于表面形貌中磨粒高度的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大,兩種磨削層圖案砂帶都獲得較大的粗糙度。隨著磨削過程的繼續(xù)進(jìn)行,cBN砂帶進(jìn)入以摩擦磨耗為主的穩(wěn)定磨損階段,磨粒的磨損使砂帶表面形貌標(biāo)準(zhǔn)偏差穩(wěn)定下降,磨粒等高性得到改善,表面粗糙度便逐漸地趨于線性關(guān)系的緩慢下降。

        圖2 磨削表面粗糙度隨時(shí)間的變化Fig.2 The change of grinding surface roughness with time

        但是,在整個(gè)磨削過程中,箭頭圖案cBN砂帶表面粗糙度都要大于圓點(diǎn)圖案砂帶,主要由于箭頭圖案砂帶硬度大,彎曲圓度誤差大易造成磨削震動(dòng)[8],使加工表面粗糙度增大。同時(shí),通過計(jì)算求得箭頭砂帶磨削工作層的有效面積為50.8%、圓點(diǎn)砂帶有效面積為56.1%,單位面積內(nèi)圓點(diǎn)砂帶的磨粒數(shù)要多于箭頭砂帶,單顆磨粒切削深度變小,金屬表面變形小,減少了金屬因磨粒耕犁形成的隆起高度以及熱塑性變形[8],因而粗糙度值隨之變小,最終測得圓點(diǎn)砂帶的表面粗糙度為0.215μm、箭頭砂帶為0.355μm。

        磨削完畢后,觀察加工工件的表面形貌,如圖3所示,通過圖3可以看出箭頭砂帶磨粒劃痕殘留的波峰、波谷,要稍明顯于圓點(diǎn)砂帶,但兩者加工工件的質(zhì)量都無燒傷情況,表面質(zhì)量較好,這主要是由于冷卻液容易進(jìn)入磨削界面,將磨削區(qū)域的磨削熱快速帶走,磨削溫度低。

        圖3 不同磨削層圖案cBN砂帶加工工件表面形貌Fig.3 The surface topography of workpieces with two kinds of cBN abrasive belts pattern

        2.2 不同磨削層圖案對cBN砂帶磨削效率和壽命的影響

        不同磨削層圖案cBN砂帶磨削效率隨時(shí)間的變化如圖4所示,在磨削初期,砂帶刃形鋒利,參加切削的磨粒數(shù)目多,砂帶切削能力強(qiáng),材料切除效率大[9]。

        但在磨削前期,箭頭圖案砂帶表現(xiàn)出比圓點(diǎn)圖案砂帶更優(yōu)異的切削性能。在柔曲過程中,我們發(fā)現(xiàn)圓點(diǎn)砂帶比箭頭砂帶具有更好的彈性和柔曲性能,箭頭砂帶在進(jìn)行磨削時(shí),磨痕深度接近于磨粒切刃的露出高度;而圓點(diǎn)砂帶磨削時(shí)較多凸出的磨粒被壓向背襯材料,磨痕深度淺,從而使箭頭砂帶表現(xiàn)出更強(qiáng)的切削能力,加工時(shí)磨削效率也越大。同時(shí),箭頭形狀對砂帶具有自銳性,有利于磨粒以不同的角度和工件接觸并切入工件[8],切除能力也更強(qiáng)。但隨著磨削的繼續(xù)進(jìn)行,箭頭圖案砂帶磨粒受到的沖擊作用力更大,cBN磨料顆粒更易脫落,如圖5所示,磨削150分鐘后,箭頭砂帶的磨削效率要低于圓點(diǎn)砂帶。最終,稱量求得箭頭砂帶的磨耗比為219.1、圓點(diǎn)砂帶為216.5,相差不是很大,主要由于箭頭砂帶高的材料去除質(zhì)量抵消了部分cBN磨料的脫落。

        圖4 磨削效率隨時(shí)間的變化Fig.4 The change of grinding efficiency with time

        圖5 磨削150分鐘后cBN砂帶表面形貌Fig.5 The surface topography of cBN abrasive belts after 150min of grinding

        3 結(jié)論

        (1)在cBN砂帶使用初期,兩種磨削層圖案砂帶都獲得較大的粗糙度,隨后緩慢下降趨于穩(wěn)定,整個(gè)磨削過程,箭頭砂帶表面粗糙度要大于圓點(diǎn)砂帶,兩者加工工件都能獲得較好的表面質(zhì)量。

        (2)在磨削前期,箭頭砂帶表現(xiàn)出比圓點(diǎn)砂帶更好的磨削效率,隨著磨削的繼續(xù)進(jìn)行,箭頭砂帶磨削效率下降較快,但兩種磨削層圖案cBN砂帶磨耗比相差不大。

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