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一种新型的电镀CBN磨具基体设计

信息来源:plantb2b.com  时间:2008-10-29  浏览次数:79

  高精度窄深槽一直是机械加工的难题。以前, 对普通材料零件上的宽度>2 mm的窄深槽, 通常是用切口铣刀预先铣槽, 经热处理后再用较薄的树脂或陶瓷结合剂砂轮磨削加工。这种工艺加工效率低、砂轮强度低、刚性差、寿命短, 较难达到高加工精度。采用普通砂轮缓进给磨削工艺, 通过一次磨削热处理后的工件时可加工出较高精度的窄深槽。对于宽度<2 mm的窄深槽,铣削加工时,成本高,精度低;采用普通砂轮缓进给磨削时,砂轮工作部位的厚度很薄,修整量大,磨削和修整时极易破碎,加工成本很高。近年来,电镀超硬磨料砂轮广泛用于高精度槽的缓进给磨削。国外已用电镀CBN砂轮在硬度HRC42的4340 钢件上缓进给磨削出宽1.52mm、深6.35 mm、带有 R为0.38 mm 圆角的窄深槽。国内也用电镀CBN砂轮在普通钢材上缓进给磨削出宽1.5 mm的窄深槽。许多由难加工材料制造的航空零件, 有各种各样高精度的型槽,特别是飞机涡轮叶片根部高精度齿槽和窄深直槽的加工, 一直是国内叶片加工的难点。本文将介绍电镀 CBN 砂轮缓进给磨削窄深槽的磨具基体设计。
  1 磨具基体的半径设计
  磨具速度增加,磨削表面粗糙度值减小,这是由于增大砂轮速度会使单颗磨粒未变形、磨屑厚度减小的缘故。高速度磨削可以提高金属切除率,降低磨削
  力、减少功率消耗,可以提高磨削效率。提高CBN磨具速度,可使工件表面粗糙度改善;磨具速度越高,工件表面粗糙度越好,切向和法向磨削力下降,这样就减小了单个磨粒上承受的力, 因而磨具磨损减小、磨削热可降低。但是磨具速度的增加使磨粒的最大切深减小, 切屑截面面积减小, 同时切削次数和磨削热增加,这两个因素均使堵塞量增加[1]。根据工艺要求磨具的线速度要到30 mps以上时,机床转速要能达到6000rpm;为了防止机床振动带来不利影响,我们一般选取4000rpm。这时,磨具边缘的线速度v=πdn。d为磨具直径,n为机床转速。我们选d=200 mm,计算得v=41.9mps,符合加工工艺的速度要求。
  2 磨具基体的厚度选择
  磨具总厚度为2 mm,考虑到镀层和底镍的厚度,设计的基体厚度 δ=2- 2d1- 2d2。d1为电镀磨料粒径,d2为底镍厚度。一般,底镍厚度3 ̄5μm,取 4μm。磨料粒度的选择主要考虑磨削效率和工件表面粗糙度的要求。综合两方因素我们选择100 ̄120粒度的CBN,按照GB6408- 98标准,相应尺寸为120 ̄150μm,可取最大值150μm,算得厚度δ=1.692 mm。但是考虑到砂粒的热膨胀,根据经验热膨胀大概为5μm,因此最后的厚度定为δ=1.687 mm。
  3 磨具基体的建摸和有限元分析
  1) 磨具建模和磨具网格划分后的单元模型
  2)进行有限元分析,查看3阶固有频率。
  ** INDEX OF DATA SETS
  ON RESULTS FILE **SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
  1 2 477.2 1 1 1
  2 7 661.8 1 2 2
  3 7 696.3 1 3 3
  (3)各阶固有频率磨具变形情况。当磨具以临界旋转时,磨具基体受到应力最大,应变最大,到达“临界”状态时,磨具强烈振动,导致磨具寿命下降,甚至破坏磨具[2]。磨具临界转速和频率关系为: n=60×f。n为转速(rpm), f 为频率(Hz)。可将磨具频率转化为临界转速, 见表1。磨具的工作转速为4 000 rpm。由表(1)可以看出, 磨具的工作转速远低于临界转速。
  磨具在这些频率下,变形量都很小,不会导致磨具在工作时损坏,能够正常工作。
  4 结 论
  在保证磨具制作工艺条件下,按上述设计磨具对机床损害少,磨具寿命高, 加工精度也能得到保证。

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