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珩磨管珩磨工藝原理

珩磨是磨削加工的特殊形式,又是精加工中一種高效加工方法。這種工藝不僅能往除較大的加工余量(在50年代珩磨還是作爲抛光用), 而且是一種進步零件尺寸、幾何外形精度和表面粗糙度的有效加工方法。

內徑珩磨鋼管

(一)珩磨加工的特點:

  1. 加工精度高:特別是一些中小型的光通孔,其圓柱度可達 0.001mm 以內。一些壁厚不均勻的零件,如連杆,其圓度能達 0.002mm。對于大孔(孔徑在200mm以內),圓度也可達 0.005mm,假如沒有環槽或徑向孔等,直線度在 0.01mm 以內也是有可能的。珩磨比磨削加工精度高,磨削時支撐砂輪的軸承位于被珩孔之外,會産生偏差,特別是小孔加工,磨削比珩磨精度更差。珩磨一般只能進步被加工件的外形精度,要想進步零件的位置精度,需要采取一些必要的措施。如用面板改善零件端面與軸線的垂直度 (面板安裝在沖程臂上,調它與旋轉主軸垂直,零件靠在面板上加工即可)。

  2. 表面質量好:表面爲交叉網紋,有利于潤滑油的存儲及油膜的保持。有較高的表面支承率(孔與軸的實際接觸面積與兩者之間配合面積之比),因而能承受較大載荷,耐磨損,從而進步了産品的使用壽命。珩磨速度低(是磨削速度的幾十分之一),且油石與孔是面接觸,因此每一個磨粒的均勻磨削壓力小,這樣工件的發熱量很小,工件表面幾乎無熱損傷和變質層,變形小。珩磨加工面幾乎無嵌砂和擠壓硬質層。 磨削比珩磨切削壓力大,磨具和工件是線接觸,有較高的相對速度。因而會在局部區域産生高溫,會導致零件表面結構的永久性破壞。

  3. 加工範圍廣:主要加工各種圓柱形孔:光通孔。軸向和徑向有中斷的孔,如有徑向孔或槽的孔、鍵槽孔、花鍵孔。盲孔。多台階孔等。另外,用專用珩磨頭,還可加工圓錐孔,橢圓孔等,但由于珩磨頭結構複雜,一般不用。用外圓珩磨工具可以珩磨圓柱體,但其往除的余量遠遠小于內圓珩磨的余量。幾乎可以加工任何材料,特別是金剛石和立方氮化硼磨料的應用。同時也進步了珩磨加工的效率。

(二)珩磨加工原理:

  1. 珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條油石,由漲開機構(有旋轉式和推進式兩種)將油石沿徑向漲開,使其壓向工件孔壁,以便産生一定的面接觸。同時使珩磨頭旋轉和往複運動,零件不動; 或珩磨頭只作旋轉運動,工件往複運動,從而實現珩磨。

  2. 在大多數情況下,珩磨頭與機床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動的 。這樣,加工時珩磨頭以工件孔壁作導向。因而加工精度受機床本身精度的影響較小,孔表面的形成基本上具有創制過程的特點。所謂創制過程是油石和孔壁相互對研、互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理類似兩塊平面運動的平板相互對研而形成平面的原理。珩磨時由于珩磨頭旋轉並往複運動或珩磨頭旋轉工件往複運動,使加工面形成交叉螺旋線切削軌迹,而且在每一往複行程時間內珩磨頭的轉數不是整數,因而兩次行程間,珩磨頭相對工件在周向錯開一定角度,這樣的運動使珩磨頭上的每一個磨粒在孔壁上的運動軌迹不會重複。此外,珩磨頭每轉一轉,油石與前一轉的切削軌迹在軸向上有一段重疊長度,使前後磨削軌迹的銜接更平滑均勻。這樣,在整個珩磨過程中,孔壁和油石面的每一點相互幹涉的機會差未幾相等。因此,隨著珩磨的進行孔表面和油石表面不斷産生幹涉點,不斷將這些幹涉點磨往並産生新的更多的幹涉點,又不斷磨往,使孔和油石表面接觸面積不斷增加,相互幹涉的程度和切削作用不斷減弱,孔和油石的圓度和圓柱度也不斷進步,最後完成孔表面的創制過程。爲了得到更好的圓柱度,在可能的情況下,珩磨中經常使零件掉頭,或改變珩磨頭與工件軸向的相互位置。需要說明的一點: 由于珩磨油石采用金剛石和立方氮化硼磨料,加工中油石磨損很小,即油石受工件修整量很小。因此,孔的精度在一定程度上取決于珩磨頭上油石的原始精度。所以我們用金剛石和立方氮化硼油石時,珩磨前要很好地修整油石,以確保孔的精度。

(三) 珩磨的切削過程:

  1. 定壓進給珩磨:定壓進給中,進給機構以恒定的壓力壓向孔壁,分三個階段。

  2. 第一個階段是脫落切削階段,這種定壓珩磨,開始時由于孔壁粗糙,油石與孔壁接觸面積很小,接觸壓力大,孔壁的凸出部分很快被磨往。而油石表面因接觸壓力大,加上切屑對油石粘結劑的磨耗,使磨粒與粘結劑的結合強度下降,因而有的磨粒在切削壓力的作用下自行脫落,油石面即露出新磨粒,此即油石自銳。

  3. 第二階段是破碎切削階段,隨著珩磨的進行,孔表面越來越光 ,與油石接觸面積越來越大,單位面積的接觸壓力下降,切削效率降低。同時切下的切屑小而細,這些切屑對粘結劑的磨耗也很小。因此,油石磨粒脫落很少,此時磨削不是靠新磨粒,而是由磨粒尖端切削。因而磨粒尖端負荷很大,磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削刃。

  4. 第三階段爲堵塞切削階段,繼續珩磨時油石和孔表面的接觸面積越來越大,極細的切屑堆積于油石與孔壁之間不易排除,造成油石堵塞,變得很光滑。因此油石切削能力極低,相當于抛光。若繼續珩磨,油石堵塞嚴重而産生粘結性堵塞時,油石完全失往切削能力並嚴重發熱,孔的精度和表面粗糙度均會受到影響。此時應盡快結束珩磨。

  5. 定量進給珩磨: 定量進給珩磨時,進給機構以恒定的速度擴張進給,使磨粒強制性地切進工件。因此珩磨過程只存在脫落切削和破碎切削,不可能産生堵塞切削現象。由于當油石産生堵塞切削力下降時,進給量大于實際磨削量,此時珩磨壓力增高,從而使磨粒脫落、破碎,切削作用增強。用此種方法珩磨時,爲了進步孔精度和表面粗糙度,最後可用不進給珩磨一定時間。

  6. 定壓--定量進給珩磨: 開始時以定壓進給珩磨,當油石進進堵塞切削階段時,轉換爲定量進給珩磨,以進步效率。最後可用不進給珩磨,進步孔的精度和表面粗糙度。

  1. 二、珩磨機類型及選型原則
    珩磨機分臥式和立式兩種。其選用原則可參考以下幾方面:
    1. 不同批量選不同形式的珩磨機,如多品種小批量,選用小功率、通用性大的機床; 假如批量很大,則選用大功率的專用機床。
    2. 按工件孔徑、孔長和外形尺寸選擇機床的主要規格和參數。
    3. 根據孔的結構形式選機床往複機構的性能。如盲孔,要求往複行程機構換向重複精度高,超程小,應能適應手動或自動交替控制長、短沖程; 又如短孔,孔精度要求又高,選用機械往複行程機構。
    4. 根據孔加工余量、外形誤差和孔精度要求,選定油石漲縮機構的擴張進給方式。
    5. 根據同一孔需要珩磨的次數、生産批量或生産節拍、工件外形尺寸及工件上加工的孔數,選定機床的主軸數或機床台數以及工作台的形式。如大批量的小型零件,可選用立式帶旋轉工作台的多軸機床; 尺寸大或直線排列的多孔工件,可選用移動工作台或移動珩磨頭的機床。小批量可選單軸。大批量可選多軸,對一個孔進行多次珩磨或幾個孔同時進行珩磨。 
    6. 根據孔的尺寸精度、孔徑大小、結構形式,油石的耐磨程度,珩磨頭的結構形式,生産批量,選定尺寸控制方式。
    7. 根據孔的表面粗糙度、尺寸精度和生産節拍的要求,選定切削液的淨化方式和是否需要冷卻切削液裝置。

三、直接珩磨新工藝

  1. 珩齒是一種衆所周知,系列化生産中常用的硬齒面精加工工藝。經過珩磨的齒輪可以改善其噪聲和磨損特性。
    珩磨過的齒輪由于改變了輪齒的表面結構,因而能降低噪聲和延長使用壽命。經珩磨的齒輪表面,形成類似于魚骨刺的表面結構,有利于從齒根面端部到節圓直徑表面上形成一層潤滑油膜,有利于抑制噪聲的産生。特殊過程運動會使珩磨工具在對應方向上與工件産生轉動接觸,從而天生這種表面結構。合成速度分量作用于齒面,天生一個軸向的切削速度分量,所以可使磨具的磨粒與整個齒面保持接觸。
    與齒輪磨削相比,珩齒時的切削速度極慢,僅爲0.5-6.5m/s。因此,作用于起切削作用的磨粒、結合劑特別是工件材料上的熱量極低,因而在珩磨過程中不會發生金相組織的變化,不必擔心會出現“燒傷”。即便將切削速度進步到10m/min(新一代機床所能達到的速度)、在加工過程中仍不會有産生熱負荷的危險。在低速加工的夾緊時,會出現較大的力。這個力可能很大,表面的結構會發生壓緊和殘余壓應力增大,而這種現象通常出現在熱處理過程中。這種殘余壓應力增大對零件壽命有利,所以珩磨齒輪必然會進步其抗磨損性,因而珩磨齒輪的使用壽命要比用其它方法精加工的淬硬齒輪的壽命長。

  2. 上述珩磨加工方法的優點可回結爲:這是一種經濟可行的加工方法。在考察一種工件加工工藝的經濟可行性時,必須考慮到整個加工過程鏈。這對硬齒輪精加工來說尤其重要的,由于預精加工是極爲重要的。通常,加工本錢的進步與工件硬度的大小不成比正。爲此,在大多數情況下需要一種良好的綠色加工方法,既要能有效進行硬齒面加工,又要熱處理變形效果最小。這就要創造一種最理想的硬齒面精加工條件。除了對預加工方法實施改進之外,這種硬齒面加工方法不但切除量要大,而且要能有大的尺寸變化,這樣才能可靠而廉價地切除材料。這就使人産生了一種能使珩磨的工藝上風與磨削的産量上風相結合的設想。這就導致了一種使設想變成現實的方法:直接珩磨,既工件經熱處理後直接珩磨。

  3. 在用直接珩磨法進行預加工時,不但獲得很高的切除率,而且能經濟地並以很高的重複精度達到了預期的質量要求。更快更經濟地加工要求經常與進步加工重複性和質量並使機床操縱盡可能簡便的要求如影隨形。

  4. 以前,在進行珩磨時需選用人造樹脂結合氧化鋁或硬質合金磨具,電鍍CBN或金剛石磨具或者是複合模具。
    對于過程控制,理論上存在雙面接觸、單面線接觸和單面點接觸幾種可能性,以及有或沒有工件與工件驅動同步。同時,還存在將這類策略組合在一起,促成一種優化的效果的可能。在選用磨具材料時,必須考慮采用能達到最長磨具壽命的材料。還要考慮到,易切削磨料導致修整磨具過早磨損的題目。

  5. 有一種過程控制方法能縮短珩磨時間,易于保證在整個齒面上保持理論上的線接觸。因此避免了磨具與工件的點接觸。盡管這可能有悖于産生較大殘余壓應力的要求,足夠大的力依然會使之保持理論線接觸。連續改變接觸條件會産生良好的動態特性,不會因擺動角度使機床部件産生嚴重顫振。珩磨過程中,單面線接觸珩磨時這類動態特性會對機床産生嚴重影響。爲最大限度地減小這種影響,要盡可能地采用雙面線接觸。系列化生産中,由此而引發的對珩磨過程中利用機床運動鏈實施齒面修形過程的各種限制,可予忽略。但在工裝中必須建立輪廓修形。關于單面或雙面接觸,所涉及的或是磨具齒面,或是工件齒面。事實上,在加工過程中總有一個以上的齒在保持接觸。這就表示珩齒過程是一種連續接觸的轉動過程。這是使齒輪低噪聲運行的一項極爲重要的決定性因素。

  6. 原文出處http://rencheng.josen.net/post/62.html

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