磨削工藝的分析與研究

磨削工藝的分析與研究

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件的精度和表面質(zhì)量的要求越來越高。為了確保模型的要求，將研磨作為最終過程。在外圓磨床或端面外圓磨床上,磨削端面會(huì)出現(xiàn)內(nèi)凸或內(nèi)凹的現(xiàn)象,而在一般情況下,適量的內(nèi)凹是允許或被要求的,內(nèi)凸則是不允許出現(xiàn)的國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)零件的磨削進(jìn)行了多方面的研究,包括研究了磨削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、表面粗糙度和磨削的表面完整性,得到了采用較小的進(jìn)給量和切削深度,可以使表面粗糙度、殘余應(yīng)力和加工硬化減小的結(jié)論,但是針對(duì)零件端面磨削卻鮮有研究;因此,本文運(yùn)用切削試驗(yàn)的方法,對(duì)某一加工產(chǎn)品在不同工況切削試驗(yàn)中的切削參數(shù)和砂輪架角度進(jìn)行了對(duì)比分析,通過合理選擇和優(yōu)化,得到的數(shù)據(jù)可為工程中零件端面磨削工藝的選擇提供參考和依據(jù)。1氮級(jí)高效磨削加工隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷更新和提升,對(duì)零件的要求也越來越高,齒輪類零件作為傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械元件,支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起回轉(zhuǎn),以傳遞運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)矩或彎矩,在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)著重要位置。磨削加工常作為產(chǎn)品的最終加工工序,其加工效果的好壞直接影響到成品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本等。38CrMoAlA是一種高級(jí)氮化鋼,主要用于具有高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和熱處理后尺寸精確的氮化零件,或各種受沖擊載荷不大而耐磨性高的氮化零件。本文所要加工的零件如圖1所示,材料為38CrMoAlA,已進(jìn)行了氮化熱處理,氮化層厚度為0.35~0.5mm,氮化后表面硬度為58~65HRC,中心硬度為38~42HRC,氮化熱處理前以零件中心孔定位已對(duì)零件進(jìn)行了磨削加工,氮化后進(jìn)行精磨削加工,磨削余量為0.05~0.08mm,最終應(yīng)保證圖樣要求。2外圓磨削加工的原理在外圓磨削過程中,工件安裝在2個(gè)頂尖的中心之間,砂輪旋轉(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)的主要原因端面外圓磨床是外圓磨床的一種,它與普通外圓磨床在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的最大區(qū)別是端面外圓磨床砂輪架與工作臺(tái)導(dǎo)軌構(gòu)成一定的角度,其作用是在磨削工件端面時(shí),砂輪主軸系統(tǒng)能夠受力3內(nèi)凹端面的磨削在外圓磨床上進(jìn)行端面的磨削一般采用縱磨法,即磨削時(shí),砂輪的高速旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng),工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、工作臺(tái)的往復(fù)縱向運(yùn)動(dòng)和砂輪的橫向周期性間歇進(jìn)給為進(jìn)給運(yùn)動(dòng),每次縱向走一定的磨削量用于磨削端面后,砂輪作一次橫向進(jìn)給,外圓上的磨削余量經(jīng)多次橫向進(jìn)給后被磨去。在外圓磨床上,當(dāng)砂輪的旋轉(zhuǎn)軸線與工件的旋轉(zhuǎn)軸線為水平相交狀態(tài)時(shí),會(huì)磨出內(nèi)凹端面,在加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)3種情況:1)工件的旋轉(zhuǎn)軸線逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)一定的角度(見圖4a),砂輪保持水平;2)砂輪架順時(shí)針偏轉(zhuǎn)一定的角度(見圖4b),工件保持水平;3)二者同時(shí)偏轉(zhuǎn)一定的角度(見圖4c)。3.1工件表面微織構(gòu)與工件外轉(zhuǎn)方式的垂直度為了保證設(shè)計(jì)圖樣的內(nèi)凹要求,當(dāng)工件的旋轉(zhuǎn)軸線逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)一定的角度(見圖5a),砂輪保持水平時(shí),應(yīng)將砂輪端面修整至碗狀,零件通過兩端中心孔安裝在2個(gè)頂尖的中心之間,工件端面內(nèi)緣的任意一點(diǎn)a與砂輪接觸時(shí),由于工件的旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)砂輪軸線存在偏轉(zhuǎn)角度α,所以工件外緣任意一點(diǎn)b旋轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)于砂輪有軸向偏移,外緣b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至b′點(diǎn)時(shí)離砂輪最近(見圖5b),偏移了距離L,但仍與砂輪有長(zhǎng)度L3.2轉(zhuǎn)動(dòng)架的順時(shí)針傾斜為了保證設(shè)計(jì)圖樣的內(nèi)凹要求,砂輪架順時(shí)針偏轉(zhuǎn)一定的角度(見圖6a),工件保持水平,砂輪無須將砂輪端面修整至碗狀3.3轉(zhuǎn)一定角度下磨削內(nèi)凹面綜合上述2種情況,可在砂輪架與工件同時(shí)偏轉(zhuǎn)一定角度時(shí)磨削內(nèi)凹面,但是以砂輪架與工件同時(shí)偏轉(zhuǎn)的方法磨削內(nèi)凹面,機(jī)床調(diào)整找正困難,使用不方便,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)很少應(yīng)用。4外圓磨削表面可能產(chǎn)生內(nèi)凹外凸端面外圓磨床結(jié)構(gòu)本身就是砂輪軸心線與工作臺(tái)成一斜角,修整砂輪與圖6a所示形式相同后,磨削端面時(shí),采用縱磨法和斜向切入法都可進(jìn)行內(nèi)凹端面的磨削。磨削與圖6所示原理相同,所以磨削出的也是內(nèi)凹面;但是使用該種方法需要進(jìn)行大量的修砂工作,磨削的過程中,砂輪磨損快,需多次重復(fù)對(duì)刀,不適合高精度或批量生產(chǎn)對(duì)于端面外圓磨床,實(shí)際加工中往往將砂輪修整出一個(gè)小端面(見圖7b),小端面的寬度B為1~2mm,這個(gè)小端面水平方向上的磨削母線與工件旋轉(zhuǎn)軸線垂直時(shí),磨出的端面是平面,不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)凹,這是因?yàn)殡m然砂輪磨削面上任意點(diǎn)從工件端面外緣線位置運(yùn)動(dòng)到水平位置的過程中會(huì)使工件端面產(chǎn)生內(nèi)凹外凸;但是隨著工件的旋轉(zhuǎn),這些外凸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到水平位置上時(shí)又都被磨削母線上的砂輪點(diǎn)所磨去,磨削面的凹凸是由砂輪端面水平磨削母線相對(duì)與工件旋轉(zhuǎn)軸的偏轉(zhuǎn)角度所決定的,水平磨削母線與工件旋轉(zhuǎn)軸線垂直,磨削出的平面就是垂直于工件旋轉(zhuǎn)軸線的平面5多次調(diào)整機(jī)床綜上所述,可以得出如下結(jié)論。1)在外圓磨床上采用縱磨法磨削端面時(shí),將工件的旋轉(zhuǎn)軸線逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)一定的角度,將砂輪修成碗狀,可磨削出內(nèi)凹端面。應(yīng)按測(cè)量結(jié)果多次調(diào)整機(jī)床,其操作容易,磨削花紋為網(wǎng)紋狀,該種方法應(yīng)用較為廣泛。2)在外圓磨床上采用縱磨法磨削端面時(shí),將砂輪架順時(shí)針偏轉(zhuǎn)一定角度,可磨削出內(nèi)凹端面;但有些設(shè)備不支持此種功能,并且操作困難。3)在外圓磨床上采用縱磨法磨削端面