概述

 陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪Jl+泛應用于汽車、摩托車發(fā)動機，船用發(fā)動機，內(nèi)燃機制造行業(yè)的曲軸、凸輪軸等關(guān)鍵零部件：的高效精密數(shù)控磨削加工。上個世紀90 年代，出現(xiàn)了Tj序集成的CBN數(shù)控fHl軸磨床，實現(xiàn)了一次裝夾即可完成f}ff軸主軸頸和連桿軸頸的全部磨削。日本TOYODA、德困JUNKER、德國NAXOS—U—NION、美國LANDIS等生產(chǎn)的此類數(shù)控磨床均使用高速陶瓷CBN砂輪，磨床的最高使用速度達200nl／s。德國WINTER、WENDT，奧地利的TYROLIT等公司，砂輪的使用速度都在120 m／s以上，最高使用速度可達160 m／。i、高速機床的發(fā)展要7于發(fā)相應的高速砂輪。

 我同于上世紀90年代中期開始凸輪軸加r用陶瓷CBN砂輪的制造，在使用速度60 m／s的國產(chǎn)磨床上使用，其高速高效的特點未能有效發(fā)揮。本世紀初隨著高速數(shù)控磨床的不斷引進，國內(nèi)研制的CBN砂輪使川速度達到80?n／s～125 m／s，在凸輪軸加工中得到應用，顯示．iLll；自動化程度高、加工效率高、加工工件質(zhì)量穩(wěn)定等明顯優(yōu)點，為陶瓷CBN砂輪推廣應Jl抖J-下良好基 礎。

 陶瓷CBN砂輪以其優(yōu)良的磨削性能和磨削表面質(zhì)量，在高速、超高速磨削、難加J：材料的高性能磨削、高效成型磨削等加一T：領(lǐng)域獲得了廣泛應用。在磨削過 程中，由于磨削力和磨削區(qū)域高溫、粘附等作用，砂輪作表面的磨粒會逐漸鈍化；同時，砂輪工作表面的磨粒會岡不均勻磨損而失去正確的原始 ，由于高速磨削的磨屑非常細小，很容易堵塞砂輪]二作表面空隙。為使CBN砂輪始終保持良好的磨削狀態(tài)，在磨削過程中必須 對砂輪進行修整。這個問題已成為CBN領(lǐng)域中．個相當重要的研究課題。

 CBN砂輪的修整町分為整形和修銳兩個步驟。整形是通過改變砂輪的宏觀形狀，使砂輪達到要求的幾何形狀和尺寸精度，并使磨粒尖端微細破碎形成鋒利的磨刀； 修銳則是通過去除砂輪磨粒問的結(jié)合劑，使磨粒出結(jié)合劑表面，彤成必要的容屑空間，使砂輪具有最佳磨削能力。根據(jù)具體情況，整形和修銳可統(tǒng)一進行或 同時完成，也可分步進行。

本文評述了陶瓷CBN砂輪的修整方法，并在此基礎上對用于數(shù)控磨削凸輪軸的高速陶瓷CBN砂輪進 行了修整：r藝的實驗研究。

1 高速陶瓷CBN砂輪修整方法

超硬磨料砂輪的修整方法很多，相關(guān)學者也進行了大量探索和研究，但由于所用磨料是迄今為止硬度最高和次高的物質(zhì)，所以至今還沒有很好地解決超硬磨料砂輪的修整問題，制約了超硬磨料砂輪在實際生產(chǎn)巾推廣應用。

1．1陶瓷CBN砂輪的整形方法

陶瓷CBN砂輪的整形方法較多，常川的有車削整形法、滾壓整形法、磨削整形法等，近年來義m現(xiàn)了激光整形法。

(1)車削整形法

車削整形法是采用單顆粒金剛行筆或金剛石修整片等整形r具1：削砂輪，以達到整形l l的。采用單顆粒金剛石筆修整陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪后，由丁．容J瀉空間較小，切削刃較寬，磨削刃不鋒利，修m的砂輪磨削T件時，容易Hl現(xiàn)燒傷或振 紋，l天i此必須J帥|1石對修整后的砂輪表面進行合理修銳，

會剛石片狀修整器整形采川粉術(shù)冶金方法將小粒度金剛石顆粒同結(jié)在硬質(zhì)合命幕體I：，制成片狀修整器。用金剛石片狀修整器修整CBN砂輪的優(yōu)點是費用較低， 且片狀修整器磨損后性能變化不大，整形時可以采用較大的修整進給量而不會增大修整后砂輪的表面粗糙度，與金剛右筆整形相比具有明黟的優(yōu)勢——但車削整形僅 能于加T要求不太高的場合．

(2)滾壓整形法

滾壓整形法是利用旋轉(zhuǎn)的砂輪和滾胝輪之間的相對滾動，壓裂砂輪的結(jié)合劑橋，使磨粒表面崩碎出現(xiàn)微刃、用饅質(zhì)合金或淬硬鋼制成滾』i輪，制 造工藝簡單，價格便。匠，其主要特ti是修整壓力大、修整效率及修糕精度較低、修謦后砂輪表面損傷層較深、切削刃密度較低、磨粒較尖銳、易磨損n為了降低 滾壓力，往往存滾，仨輪表而斤斜槽或螺旋槽。為避免砂輪表面產(chǎn)生周其性波紋，必須控制砂輪軸與滾輪軸的同軸度

(3)磨削整形法

磨削整形法是剛普通磨料砂輪、金剛石滾輪等與CBN砂輪對磨整形，CBN砂輪磨削低碳鋼進行整形。普通磨料砂輪磨削整形是用綠碳化硅或白剛玉作磨料的陶瓷結(jié)合劑砂輪，在外網(wǎng)磨床l：對CBN砂輪進行整形，當然也可使用該方法進行修銳。

金剛石滾輪整形是采用電鍍法或粉末冶金法制造的金剛石滾輪，與CBN砂輪同時旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對運動來實現(xiàn)砂輪整形。修整進給量和修整速比(金剛石滾輪線速度與CBN砂輪線速度之比)對修整后CBN砂輪的磨削性能有重要影響。采用較大修整速比修整后的CBN砂輪磨削力較小，但工件表面粗糙度較大；采用較大修整進 給量修整后的砂輪較鋒利，具體數(shù)值應根據(jù)磨削粗糙度要求和砂輪特性確定。該方法的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、滾輪耐用度高、能同時在砂輪全寬度上進行修整、修整 時間短、修整力小、能復制形狀復雜的砂輪輪廓。

1．2陶瓷CBN砂輪的修銳方法

常用的陶瓷CBN砂輪修銳方法有自由磨粒修銳法、固結(jié)修銳工具修銳法等。

(1)自由磨粒修銳法

自由磨粒修銳法包括氣體噴砂修銳、超聲振動修銳、彈性修銳、游離磨粒擠壓修銳和液壓噴砂修銳?？傊且蕴蓟琛傆窕虿Ａе榈扔坞x磨粒作為修銳介質(zhì)，用各 種方法使之噴射到轉(zhuǎn)動的CBN砂輪表面，以去除部分結(jié)合劑，形成切削刃，達到修銳砂輪的目的。由于陶瓷CBN砂輪的結(jié)合劑較硬，這種方法的修銳效率很低， 并沒有在工業(yè)中推廣應用。

(2)固結(jié)修銳工具修銳法

固結(jié)修銳工具修銳法分為普通磨料修銳塊切入修銳、普通砂輪磨削修銳和油石修銳。

普通磨料修銳塊切人修銳是將修銳塊壓向CBN砂輪半徑方向，修銳塊磨粒的硬度足以切除CBN磨粒問的結(jié)合劑。當CBN磨粒與修銳塊磨粒相遇時，由于CBN 磨粒硬度更高，修銳塊磨粒將發(fā)生破碎。修銳塊磨粒間隙中填滿碎磨粒有助于對結(jié)合劑進行切削，從而使CBN砂輪上較淺的磨粒脫落，達到修銳的目的。

普通砂輪磨削修銳是用普通磨料砂輪作為修整輪，對CBN砂輪作切人式外圓磨削。

油石修銳是應用較廣泛的修銳方法，它主要通過接觸區(qū)破碎磨粒的擠研作用去除CBN砂輪的結(jié)合劑。但油石修銳無法獲得較大的磨粒凸出高度，因此不能用于大切削用量磨削用CBN砂輪的修銳。

綜上所述，CBN砂輪的整形方法較多，其中以金剛石滾輪整形方法為好。修銳方法的特點是避開對CBN磨粒的作用，直接針對結(jié)合劑進行蝕除，因此在各種 CBN砂輪修銳方法中，自南磨粒修銳法效果較好，但效率低‘川。所以，近年來經(jīng)常用同一種金剛石滾輪作為整形和修銳的工具，通過調(diào)整一：藝參數(shù)，一次裝夾 完成陶瓷CBN砂輪的整形和修銳。{＄html_Paging＄}

2 修整工藝應用與研究

2．1影響修整效果的因素

砂輪的磨削性能與眾多因素有關(guān)，如砂輪與工件的排列方法、砂輪磨削面上磨粒的鋒利度及磨削面的結(jié)構(gòu)、砂輪與工件嚙合運動條件如嚙合長度、磨削深度等。其 中，砂輪磨削面上磨粒的鋒利度及磨削面的結(jié)構(gòu)取決于修整效果，影響修整效果的因素包括滾輪金剛石粒度、修整條件、修整時的振動以及砂輪修整后使用時間等。 修整條件中影響較大的因素是：修整速比，修整方式(順修或逆修)、進給量，光修轉(zhuǎn)數(shù)。因此，通過改變滾輪修整參數(shù)，可以達到改變砂輪表面粗糙度和砂輪的磨 削性能的目的。

2．2實驗應用與研究

根據(jù)文獻所述，結(jié)合市場需要，筆者使用直徑中120 mill的電鍍金剛石滾輪，在TKMl20CNC／CBN高效數(shù)控凸輪軸磨床L，對直徑(b500 mill的高速陶瓷CBN砂輪進行了修整丁藝的實驗研究。實驗采用順修和逆修兩種方法。順修時滾輪與砂輪，接觸點線速度方向相同，旋轉(zhuǎn)方向相反，速差為兩 速度相減；逆修時則相反，速差為兩速度相加。金剛石滾輪自轉(zhuǎn)并隨臺架做縱向移動，執(zhí)行單向進給。修整模擬圖見下圖所示。

1陶瓷CBN砂輪 2金剛石滾輪

①順修時滾輪旋轉(zhuǎn)方向 ②逆修時滾輪旋轉(zhuǎn)方向

數(shù)控修整陶瓷CBN砂輪模擬示意圖

用冷激鑄鐵凸輪軸作為實驗加Ij的1：件，要求加T后的一j輪基l列表面粗糙度為0．63斗m，，ll輪桃尖部無振紋、麥穗紋及單斜紋。。每個周期砂輪修 整總量為0．01 mm，分3次進給，每次進給量分別是0．005 mm、0．003 mrn、0．002 mml，前兩次的進給較大，相當于對砂輪型面的整形，最后一次相當于修銳過程。

南于砂輪轉(zhuǎn)速科I滾輪轉(zhuǎn)速決定了速比和速差，為使速比和速差在-個合適的范罔內(nèi)，滾輪速度應隨高速砂輪的速度調(diào)高。南于實驗用設備的滾輪轉(zhuǎn)速最高暴8400 r／min，故實驗中剛定了陔速度為滾輪轉(zhuǎn)速，通過改變砂輪轉(zhuǎn)速來改變速比和速差。{＄html_Paging＄}

滾輪相對砂輪縱向走速對修出的砂輪表面形貌和鋒利性有直接影響，所以將該參數(shù)作為實驗參數(shù)的變量。

用修整后的砂輪加工凸輪軸工件，檢測基圓粗糙度、觀察凸輪桃尖磨削紋路作為評判修整效果的依據(jù)。表1和表2分別是逆向和順向修整的實驗數(shù)據(jù)列表。

表1 逆向修正砂輪實驗數(shù)據(jù)表

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表2 順向修正砂輪實驗數(shù)據(jù)表

實驗表明，修整時滾輪與砂輪的速差是影響修整效果的重要因素。速差過大，修ij{的砂輪光滑平整，加工出的工件表面粗糙度低，易產(chǎn)生振紋和燒傷；速差過小，滾輪與砂輪之間接近擠壓狀態(tài)，砂輪表面粗糙，修銳差，不僅使T件表面粗糙，而且同樣會產(chǎn)生振紋。

在逆修方式下，m于速差是二者速度的疊加，滾輪基本起不到修整砂輪的作用，雙方磨損都較快，且表現(xiàn)出修整砂輪不鋒利，加工的工件容易燒傷，一般不建}義使 用該種修整方式。特殊情況必須采用逆修時，建議將砂輪降速修整，且速差不能大于95 m／s。推薦使用速差在85 m／s，縱向走速600 mm／min。{＄html_Paging＄}

順修方式下，速差容易控制在合理的范圍內(nèi)，修整效果好。但在速差小到l l m／s時，砂輪表面平整光滑，同樣能造成工件的振紋出現(xiàn)。所以推薦使用速差在35 nr／s，縱向走速600 mm／min。

在滾輪和砂輪速度相同的情況下，順修效果普遍優(yōu)于逆修，而且可以選用較大的縱向走速，提高修整效率。

3 結(jié)論

(1)存CBN砂輪的眾多整形方式中，以會剛石滾輪整形方法為好；各種修銳方法巾，白南磨粒修銳法效果較好，但效率低，，使川一只金剛石滾輪作為整形和修銳的Ij具，通過調(diào)襤l：藝參數(shù)，一次裝夾即可完成陶瓷CBN砂輪的整形和修銳。

(2)應川CBN砂輪修整方法進行的實驗研究表明，順修的修整效果優(yōu)于逆修方式，所以推薦使用順修。順修時速差不能過小，介則容易造成磨削振紋。必須使用逆修的場合，速差不能過大，建議對砂輪采取降速修整。

(3)陶瓷CBN砂輪的修整工藝有待進一步研究，同時建議加速金剛石滾輪的研究，使砂輪、滾輪及工藝結(jié)合起來才能真正推廣高速磨削技術(shù)的工業(yè)應用。

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