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談薄壁磨盤關(guān)鍵加工工藝

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談薄壁磨盤關(guān)鍵加工工藝

摘要:薄壁磨盤是砂輪產(chǎn)品中的典型產(chǎn)品之一,其有著質(zhì)量輕、安裝方便等優(yōu)點。薄壁砂輪的高精度為加工制造帶來了一定的困擾,論文采用自定向下的思維,以內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生和消除作為薄壁砂輪加工的主線,著重針對薄片砂輪加工中的車削、磨削、粘接等典型工藝進行了分析和優(yōu)化,降低工序中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生,為產(chǎn)品的最終質(zhì)量打下基礎(chǔ)。本文為薄壁砂輪的加工提供了一些思路。

關(guān)鍵詞:薄壁;自頂向下;應(yīng)力

在對薄壁磨盤類工件進行加工時,基體端面易因為加工應(yīng)力釋放、及砂輪塊和基體結(jié)合面的應(yīng)力釋放導(dǎo)致薄壁磨盤發(fā)生變形,造成產(chǎn)品的形位公差、形狀公差等不能夠滿足圖紙要求,亦不能夠滿足客戶使用情況。薄壁磨盤若出現(xiàn)端面不平的情況,客戶上機磨削工件會出現(xiàn)平面度超差、粗糙度超差等問題。薄壁磨盤的形位公差、形狀公差是否合格是薄壁磨盤質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一,同時也是薄壁磨盤加工的難點之一。

1薄壁磨盤工藝分析

圖1所示為薄壁磨盤,屬于薄壁類產(chǎn)品,薄壁磨盤基體厚度3mm,基體材質(zhì)為65Mn,要求硬度HRB30-32,平面度要求0.03mm,平行度要求0.04mm,基體要求粗糙度Ra1.6,基體上面布局著180個金屬結(jié)合劑砂輪塊,砂輪塊直徑φ10,厚度5.3,結(jié)合劑型號為H,金剛石粒度為120#。65Mn一般熱處理工藝為:淬火處理,溫度830℃,淬火劑:油,回火溫度540℃,力學(xué)性能優(yōu)良。難點分析:直徑厚度比大,直徑φ300:3=100:1,端面布置180個砂輪塊,亦基體需要開180個槽,基體端面開槽一般采用銑削的方式進行,鑒于基體壁薄,銑削會導(dǎo)致在基體應(yīng)力集中、變形,槽內(nèi)部還需粘接砂輪塊,也使得一定的粘接應(yīng)力造成基體存在內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致基體無法保證平面度砂輪,最終無法滿足薄壁的平行度。結(jié)合磨盤特點,采用逆向思維的方式,運用自頂向下的方法,結(jié)合現(xiàn)場機加工情況,以磨盤基體內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生和消除為線索,對磨盤的加工工藝進行分析優(yōu)化。擬定制工藝:擬定工藝路線:下料→調(diào)質(zhì)處理→粗車→磨削→熱處理→銑→鉗→磨削→熱處理→檢測→粘接→鉗→磨削→檢測以內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生、消除、轉(zhuǎn)換等作為工作的重點。最終以消除內(nèi)應(yīng)力為目的,實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。論文主要針對產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力較突出的工序進行分析、優(yōu)化。為在加工中檢測薄壁基體的變形情況,論文將薄壁磨盤劃分為縱向劃分成外、中、內(nèi)分別是A、B、C三個區(qū)域;按照坐標(biāo)象限劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個區(qū)域。如下圖所示:

2車削應(yīng)力分析

傳統(tǒng)車削加工主要采用三爪卡盤、四爪卡盤進行加持,以三爪卡盤為例,當(dāng)基體貼平卡爪并加緊時,基體相對于卡盤有三個支撐點,同時受到F1、F2、F3三個法向力,車削受力情況如圖2、3所示。根據(jù)作用在刀具上的切削合力F分解為相互垂直的切削力Fc、進給力Ff、背向力Fp,結(jié)合作用力是相互的原理,如圖1所示,分析可得,作用到工件上的合力為F'。在實際加工過程中,因薄壁基體強度低,支撐點少,切削點相對三個支撐點的力臂在一直改變,如圖3所示,對于薄壁工件,車削處于不穩(wěn)定狀態(tài),車削產(chǎn)生振動,車削熱不易散去,導(dǎo)致基體變形嚴重,嚴重時將無法進行正常車削。根據(jù)以上分析可知,為實現(xiàn)車削的穩(wěn)定進行、減少內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生,需從增加工件的支撐面、減少車削振動、降低車削熱等方面進行改善。結(jié)合現(xiàn)場實際加工情況,采用電磁吸盤吸持的方式來增加工件加工時的支撐面,對比分析,采用吸盤吸持加工后,降低了加工時的振動,通過薄壁基體和吸盤貼合面的增加,工件在加工時候的散熱能夠快速通過吸盤帶走一部分,實現(xiàn)了工件的穩(wěn)定加工。采用同樣的車削參數(shù),用三爪卡盤和吸盤做為加持工裝進行試驗,運用平面度儀檢測基體的平面度的各處的最大值結(jié)果,如表2、3。由試驗效果可知,采用吸盤做為車削薄壁基體的支撐,整體變形變小,殘余內(nèi)應(yīng)力明顯減少,分析主要優(yōu)點:有助于散熱,提高工件的導(dǎo)熱率,切削溫度下降快,降低切削溫度、減少切削熱,提高刀具耐用度,降低因切削熱引起內(nèi)應(yīng)力及變形。

3銑削路徑分析

在銑削過程中,借鑒車削增加支撐面的方式,采用吸盤對工件吸持后進行銑削加工,基體端面布局著180個槽,將180個槽簡化為180個應(yīng)力產(chǎn)生點,控制180個應(yīng)力點的出現(xiàn)順序,通過應(yīng)力點相互作用,實現(xiàn)降低銑削過程對基體的應(yīng)力集中。在銑削前熱處理工序中,已將前道工序中車削、磨削的殘余應(yīng)力消除大部分,經(jīng)銑削后,通過平面度儀檢測基體的平面度各處的最大值。從檢測圖表分析可知,軌跡2變形量最小,因此,工藝采用軌跡2進行加工,優(yōu)點分析:采用內(nèi)外整圈交替銑削,在加工過程中,工件散熱較好,且加工點的交替受力,降低了殘余應(yīng)力。

4粘接優(yōu)化分析

薄壁基體經(jīng)熱處理后,前面加工工序產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力消除殆盡,為避免在粘接過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或者盡量小的產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,因此需要對膠黏劑的選擇及粘接工藝進行研究。磨盤主要用于粉末冶金件的端面磨削,長期浸泡在磨削液環(huán)境中,同時在磨削中產(chǎn)生一定的熱量。粘接對象為65Mn和金屬結(jié)合劑砂輪塊,金屬結(jié)合劑砂輪塊主要為銅錫燒結(jié)而成,可以借鑒金屬-金屬粘接進行膠黏劑。磨盤采用圓形塊和淺槽配合的嵌接形式;受力主要受工件的壓應(yīng)力和磨削應(yīng)力,粘接面為直徑φ10mm的圓形。綜合分析膠黏劑的特點,結(jié)合無機膠黏劑有不收縮、可室溫固化的特點,從粘接應(yīng)力的方向出發(fā),擬采用無機膠黏劑對砂輪進行粘接固化。但在加工過程中,齒的高度有一定的誤差,且槽深亦有區(qū)別,需對塊進行加壓固化,對比薄壁基體加壓不均勻也會產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力,因此,需對加壓過程進行分析優(yōu)化。采用大理石平板做為載體,將磨盤底部放置到平臺上,在保證粘接強度的情況下,同時保證薄壁基體槽在受壓均勻,避免因為受力不均勻產(chǎn)生翹曲、變形的情況,擬采用在加壓蓋板與砂輪塊中間墊介質(zhì)的方法。主要選用的介質(zhì)為:5mm硅膠墊、5mm聚氨酯、5mm橡膠皮。分布采用介質(zhì)進行加壓固化,同時分布采用5KG、10KG、20KG加壓固化,測量固化后最大變形量。經(jīng)對比分析可知,采用硅膠墊,加壓20KG固化,薄壁砂輪的變形量最小,能夠達到薄壁砂輪平面要求。

5結(jié)論

薄壁磨盤結(jié)構(gòu)簡單,但加工變形大,通過分析加工工序,采用自頂向下的思路,以內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生和消除為突破口,重點分析并優(yōu)化了車削、銑削、粘接環(huán)節(jié)的工藝,降低了工序中內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn),保證了薄壁磨盤的產(chǎn)品質(zhì)量,為同類型產(chǎn)品的加工提供了思路,具有很好的示范作用。

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作者:陳曉強 張毅 ??P 時云鵬 李國偉 閆道恒 單位:鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司