超硬材料網(wǎng)

　　引言
　　　　
　　高精度窄深槽一直是機(jī)械加工的難題。以前，對(duì)普通材料零件上的寬度＞２ｍｍ的窄深槽，通常是用切口銑刀預(yù)先銑槽，經(jīng)熱處理后再用較薄的樹(shù)脂或陶瓷結(jié)合劑砂輪磨削加工。這種工藝加工效率低、砂輪強(qiáng)度低、剛性差、壽命短，較難達(dá)到高加工精度。采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削工藝，通過(guò)一次磨削熱處理后的工件時(shí)可加工出較高精度的窄深槽。對(duì)于寬度＜２ｍｍ的窄深槽，銑削加工時(shí)，成本高，精度低；采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削時(shí)，砂輪工作部位的厚度很薄，修整量大，磨削和修整時(shí)極易破碎，加工成本很高。近年來(lái)，電鍍超硬磨料砂輪廣泛用于高精度槽的緩進(jìn)給磨削。國(guó)外已用電鍍ＣＢＮ砂輪在硬度ＨＲＣ４２的４３４０鋼件上緩進(jìn)給磨削出寬１．５２ｍｍ、深６．３５ｍｍ、帶有Ｒ為０．３８ｍｍ圓角的窄深槽。國(guó)內(nèi)也用電鍍ＣＢＮ砂輪在普通鋼材上緩進(jìn)給磨削出寬１．５ｍｍ的窄深槽。許多由難加工材料制造的航空零件，有各種各樣高精度的型槽，特別是飛機(jī)渦輪葉片根部高精度齒槽和窄深直槽的加工，一直是國(guó)內(nèi)葉片加工的難點(diǎn)。本文將介紹電鍍ＣＢＮ砂輪緩進(jìn)給磨削窄深槽的磨具基體設(shè)計(jì)。
　　　　
　　１磨具基體的半徑設(shè)計(jì)
　　　　
　　磨具速度增加，磨削表面粗糙度值減小，這是由于增大砂輪速度會(huì)使單顆磨粒未變形、磨屑厚度減小的緣故。高速度磨削可以提高金屬切除率，降低磨削力、減少功率消耗，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，這樣就減小了單個(gè)磨粒上承受的力，因而磨具磨損減小、磨削熱可降低。但是磨具速度的增加使磨粒的最大切深減小，切屑截面面積減小，同時(shí)切削次數(shù)和磨削熱增加，這兩個(gè)因素均使堵塞量增加［１］。根據(jù)工藝要求磨具的線速度要到３０ｍｐｓ以上時(shí)，機(jī)床轉(zhuǎn)速要能達(dá)到６０００ｒｐｍ；為了防止機(jī)床振動(dòng)帶來(lái)不利影響，我們一般選取４０００ｒｐｍ。這時(shí)，磨具邊緣的線速度ｖ＝πｄｎ。ｄ為磨具直徑，ｎ為機(jī)床轉(zhuǎn)速。我們選ｄ＝２００ｍｍ，計(jì)算得ｖ＝４１．９ｍｐｓ，符合加工工藝的速度要求。
　　　　
　　２磨具基體的厚度選擇
　　　　
　　磨具總厚度為２ｍｍ，考慮到鍍層和底鎳的厚度，設(shè)計(jì)的基體厚度δ＝２－２ｄ１－２ｄ２。ｄ１為電鍍磨料粒徑，ｄ２為底鎳厚度。一般，底鎳厚度３￣５μｍ，取４μｍ。磨料粒度的選擇主要考慮磨削效率和工件表面粗糙度的要求。綜合兩方因素我們選擇１００￣１２０粒度的ＣＢＮ，按照ＧＢ６４０８－９８標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)尺寸為１２０￣１５０μｍ，可取最大值１５０μｍ，算得厚度δ＝１．６９２ｍｍ。但是考慮到砂粒的熱膨脹，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)熱膨脹大概為５μｍ，因此最后的厚度定為δ＝１．６８７ｍｍ。
　　　　
　　３磨具基體的建摸和有限元分析
　　　　
　　１）磨具建模和磨具網(wǎng)格劃分后的單元模型
　　　　
　　２）進(jìn)行有限元分析，查看３階固有頻率。
　　　　
　　＊＊ＩＮＤＥＸＯＦＤＡＴＡＳＥＴＳ
　　　　
　　ＯＮＲＥＳＵＬＴＳＦＩＬＥ＊＊ＳＥＴＴＩＭＥ／ＦＲＥＱＬＯＡＤＳＴＥＰＳＵＢＳＴＥＰＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ
　　　　
　　１２４７７．２１１１
　　　　
　　２７６６１．８１２２
　　　　
　　３７６９６．３１３３
　　　　
　　（３）各階固有頻率磨具變形情況。當(dāng)磨具以臨界旋轉(zhuǎn)時(shí)，磨具基體受到應(yīng)力最大，應(yīng)變最大，到達(dá)“臨界”狀態(tài)時(shí)，磨具強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致磨具壽命下降，甚至破壞磨具［２］。磨具臨界轉(zhuǎn)速和頻率關(guān)系為：ｎ＝６０×ｆ。ｎ為轉(zhuǎn)速（ｒｐｍ），ｆ為頻率（Ｈｚ）。可將磨具頻率轉(zhuǎn)化為臨界轉(zhuǎn)速，見(jiàn)表１。磨具的工作轉(zhuǎn)速為４０００ｒｐｍ。由表（１）可以看出，磨具的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于臨界轉(zhuǎn)速。
　　　　
　　磨具在這些頻率下，變形量都很小，不會(huì)導(dǎo)致磨具在工作時(shí)損壞，能夠正常工作。
　　　　
　　４結(jié)論
　　　　
　　在保證磨具制作工藝條件下，按上述設(shè)計(jì)磨具對(duì)機(jī)床損害少，磨具壽命高，加工精度也能得到保證。