文章摘要
作者分上下两篇,首先介绍了砂轮修的概念及其对砂轮寿命的影响,随后介绍了使用正交实验设计、优化砂轮修整参数的方法,帮助读者提高砂轮使用寿命。
一、试验方案
1、砂轮修整与修锐
砂轮修整过程包含整形和修锐两个步骤:
整形是通过改变砂轮的宏观形状、几何形状和尺寸精度,使磨粒尖端微细破碎形成磨削微刃。整形的方法有:车削整形、滚压整形、金刚石滚轮整形等。
修锐是通过去除砂轮磨粒间的结合剂,使磨粒凸出结合剂表面,形成必要的磨削刃和容屑空间,提高砂轮的磨削性能。修锐方法众多,目前主要有自由磨粒修锐和固结修整器修锐两类。
砂轮的修整过程即为先整形将磨损钝化的磨粒脱落,及修出新的磨削微刃,然后再用修锐的方法去除掉包裹在磨粒周围的结合剂,形成磨削刃和容屑空间。金刚石滚轮修整法可以同时作为整形和修锐的工具,通过调整砂轮修整的工艺参数,一次装夹完成CBN砂轮的整形和修锐。CBN砂轮结合剂较硬,采用金刚滚轮修整时可通过调整修整参数,实现砂轮的整形和修锐;砂轮修整时可以省略修锐的环节,简化修整工艺的同时也能满足特定的加工要求
二、试验方案设计
我们选择修整参数中的进给速度、修整速差和修整量等三个因素进行优化,在水平选择时,以目前现有参数为中心水平,分别增减20%形成高低水平。不同的是,在修整量的水平时,目前参数为单次量4μm、往复修整3次(即为4μm×3),为了研讨修整量相同的情况下,单次量和往复次数的影响,水平选择为3μm×4、4μm×3和3μm×3。
根据目前使用情况和其他分析资料,我们设计了如下修整参数试验方案,选取修整后首件的轮廓算术平均偏差Ra和支承长度率Rmr作为评价指标,进行参数的量化影响分析
试验方案如下表所示
参数优选试验 |
因素 | 单位 | 参数1 | 参数2 | 参数3 |
进给速度 | mm/min | 450 | 500 | 550 |
修整速差 | m/s | 5 | 10 | 15 |
修整量 | μm | 3μm×4 | 4μm×3 | 3μm×3 |
其他试验参数:使用陶瓷CBN砂轮和电镀金刚石修整轮,在JUNKER品牌磨床上,外圆磨削曲轴,工件材料牌号为QT600-2,硬度约为HB260,磨削余量0.07mm(直径),磨削过程中砂轮的线速度为90m/s,修整过程为逆修。
三、表面粗糙度结果分析
试验方案 | 试验 结果 |
因素 | 进给 速度 | 修整 速差 | 修整量 | 误差 | 表面 粗糙度 |
试验1 | 450 | 5 | 3μm×4 | 1 | 0.576 |
试验2 | 450 | 10 | 4μm×3 | 2 | 0.676 |
试验3 | 450 | 15 | 3μm×3 | 3 | 0.642 |
试验4 | 500 | 5 | 4μm×3 | 3 | 0.643 |
试验5 | 500 | 10 | 3μm×3 | 1 | 0.532 |
试验6 | 500 | 15 | 3μm×4 | 2 | 0.488 |
试验7 | 550 | 5 | 3μm×3 | 2 | 0.762 |
试验8 | 550 | 10 | 3μm×4 | 3 | 0.738 |
试验9 | 550 | 15 | 4μm×3 | 1 | 0.771 |
水平和 |
|
K1 | 1.894 | 1.981 | 1.802 | 1.879 |
K2 | 1.663 | 1.946 | 2.090 | 1.926 |
K3 | 2.271 | 1.901 | 1.936 | 2.023 |
水平均值 |
K1 | 0.631 | 0.660 | 0.601 | 0.626 |
K2 | 0.554 | 0.649 | 0.697 | 0.642 |
K3 | 0.757 | 0.634 | 0.645 | 0.674 |
极差 |
R | 0.203 | 0.027 | 0.096 | 0.048 |
修整参数对于表面粗糙度影响试验结果,如表所示,从中我们可以得到以下结论:
进给速度对工件表面粗糙度的影响最大,即随着进给速度的增大,工件表面变得粗糙;修整速差的影响小到可以忽略(与误差相比),虽然在砂轮调试过程中,调整修整速差可以改善工件表面纹理(例如图3所示的振纹);修整量相同的情况下,单次修整和往复次数对于表面粗糙度影响不大,但是满足“单次量越大,往复次数越少,表面粗糙度越大”的规律。
四、支承长度率结果分析
支承长度率试验方案及结果分析
试验方案 |
因素 | 进给 速度 | 修整 速差 | 修整 量 | 误差 |
试验1 | 450 | 5 | 3μm×4 | 1 |
试验2 | 450 | 10 | 4μm×3 | 2 |
试验3 | 450 | 15 | 3μm×3 | 3 |
试验4 | 500 | 5 | 4μm×3 | 3 |
试验5 | 500 | 10 | 3μm×3 | 1 |
试验6 | 500 | 15 | 3μm×4 | 2 |
试验7 | 550 | 5 | 3μm×3 | 2 |
试验8 | 550 | 10 | 3μm×4 | 3 |
试验9 | 550 | 15 | 4μm×3 | 1 |
水平和 |
K1 | 2.104 | 2.328 | 1.962 | 2.284 |
K2 | 2.148 | 2.347 | 2.369 | 2.191 |
K3 | 2.506 | 2.083 | 2.427 | 2.283 |
水平均值 |
K1 | 0.701 | 0.776 | 0.654 | 0.761 |
K2 | 0.716 | 0.782 | 0.790 | 0.730 |
K3 | 0.835 | 0.694 | 0.809 | 0.761 |
极差 |
R | 0.134 | 0.088 | 0.155 | 0.031 |
修整参数对于支承长度率影响试验结果,如表所示,从中我们可以得到以下结论:
结论:修整量是对支承长度率影响最大的因素。
且从“3μm×4”、“4μm×3”和“3μm×3”三组参数水平均值的比较还可以看出“往复次数的影响大于单次量”。
换言之,往复次数越少,砂轮表面越尖锐;进给速度对支承长度率的影响仅次于修整深度;转速速差的影响最小。
根据试验结果分析,我们可以得到以下结论:
除表面粗糙度之外,支承长度率可以作为评价砂轮修整质量的指标,其一定程度上反映了砂轮微观表面的尖锐程度,即修整间隔内工件表面粗糙度的稳定性。进给速度对表面粗糙度和支承长度率均有较大的影响,且不直接影响砂轮去除量(使用寿命),可做为优化修磨参数时的首先因素。
修整量对表面粗糙度影响较小,但对支承长度率却有最大的影响,,且修整时往复次数越少,砂轮越锋利;优化修整参数时应作为粗糙度稳定性指标进行考虑。修整速差对于表面粗糙度和支承长度率均无影响,在参数优化时可以保持不变。
因此,可以通过加大进给速度(增大首件表面粗糙度)、降低单次量(减少砂轮消耗速度)和增大往复次数(保持工件粗糙度稳定性)的方式,增加修整间隔,提高砂轮使用寿命。