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树脂砂轮在磨研钢球中的应用

2017年09月28日10:23
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  摘要:对我国树脂砂轮磨研钢球的现状进行了分析, 并阐述了树脂砂轮磨研钢球的优势。介绍了树脂砂轮及其磨削液和过滤系统的选用原则, 同时对树脂砂轮磨研机床的特点进行了分析, 最后, 指出了用树脂砂轮磨研钢球所存在的不足。
  
  关键词:滚动轴承;树脂砂轮;磨研;钢球
  
  国内钢球终加工工艺以前主要采用的是铸铁盘添加磨料进行研磨, 但由于受铸铁盘质量好坏、研磨剂添加不均匀、研磨剂不易保持清洁等因素的影响, 致使钢球表面质量不稳定, 尤其是钢球的振动值不易降低。为此, 20 世纪90 年代末期, 我国开始从国外引进树脂砂轮, 并开始以磨代研加工高精密钢球工艺的研究与应用。
  
  1、树脂砂轮磨研钢球的优势
  
  树脂砂轮的主要成分是磨料、树脂、润湿剂等, 特点是粒度较细, 硬度较高, 内部组织均匀而致密, 且外观规整, 尺寸精确。由于树脂砂轮有弹性, 磨削过程中对钢球产生的压力较小, 在相似的研磨条件下, 采用树脂砂轮以磨代研工艺加工的钢球比铸铁盘研磨的钢球精度高, 表面质量好, 振动值低, 轴承合套后的静音效果好。另外, 树脂砂轮磨削效率高, 其生产效率比铸铁盘提高1倍以上。虽然树脂砂轮的价格高于铸铁盘, 但其加工效率高, 砂轮耐用度高, 其综合成本比铸铁盘研磨成本还要低。同时, 树脂砂轮专用磨削液(油)比较环保, 加工后的钢球表面易于清洗。
  
  2 、树脂砂轮磨研机床的选择
  
  国内树脂砂轮以磨代研工艺最初是在立式研球机上进行, 由于立式机床的研磨板为水平放置,造成磨削过程中树脂砂轮脱落的磨屑嵌在研磨沟槽内, 靠磨削液的冲洗很难排除。所以, 排屑困难成为立式机床树脂砂轮以磨代研工艺的难点。
  
  为此, 卧式机床就成为树脂砂轮磨研钢球的首选机床。3M77 系列钢球研球机采用卧式布局,敞开式整体设计, 床身和头架体的设计采用了高低组合(低重心L 形结构)导轨的模块化设计, 提高了机床的强度与刚性。床身在加工中采用了特殊的工艺手段, 消除了潜在的变形, 充分保证了机床的同轴度与平行度。同时采用了特殊的主轴结构和工艺手段, 并采用了进口轴承和选配安装, 使主轴的旋转精度大为提高, 且长期稳定, 为树脂砂轮以磨代研加工高精密钢球提供了先决条件。主轴头架的移动采用滚动直线导轨定位, 机床的重复定位精度高, 克服了油缸定位造成两盘平行度在机床加压过程中不同位置时的变化。机床的加压与滑动机构相分离的应用, 大大提高了整机的刚性和稳定性, 为批量加工G5 甚至G3 级低噪声钢球提供了保证。该系列机床的电、液系统采用先进的变频控制技术和电液比例调节技术, 可以实现初压、中压、精压三级程序控制转换。按工艺路线预先设定压力、时间等加工工艺参数, 实现工作中的自动转换, 大大提高了生产效率。
  
  3M77 系列卧式机床采用日本某公司配套树脂砂轮, 尺寸800mm×420 mm , 660mm×420mm, 厚度30mm 和50mm, 常用粒度2000# 、3000# 、4000#,组织号为9,粘合剂为BZ(寿命长)和BZL3(切割性能好), 使用良好。
  
  3 、树脂砂轮的选用
  
  树脂砂轮磨研钢球工艺虽然已得到使用, 但由于对树脂砂轮了解不够, 造成在树脂砂轮牌号及组织结构的选用上存在许多误区, 以致没有达到理想的钢球研磨加工效果。
  
  钢球研磨专用树脂砂轮的选择要根据钢球材质、磨削方式、磨削参数和加工精度以及生产效率去决定。首先选择合适的树脂砂轮标号, 包括磨料、粒度、结合度、粘接剂、组织以及砂轮的尺寸。在选用树脂砂轮时既要考虑它的磨削能力又要考虑工件磨削精度, 树脂砂轮既要有适中的耐用度,又要保证微量的消耗, 且始终保持良好的自锐性。然后根据所选砂轮标号制订合理的加工工艺, 保证磨削压力的均匀一致。
  
  在钢球的加工中, 初始工序一般选用陶瓷砂轮(WA/C 180Z ~ 320Z), 中间工序选用树脂砂轮(WA500Z ~ 2000Z), 最终工序选用树脂砂轮(WA3000Z ~ 6000Z)。
  
  4 、磨削液及过滤系统的选用
  
  选择合适的磨削液, 严格控制磨削液(油)的温度, 配制合适的过滤系统, 在树脂砂轮磨研过程中显得非常关键。由于树脂砂轮粒度较细, 加工中产生的磨屑、磨粒、结合剂等常会镶嵌在砂轮磨粒之间的空隙中, 使砂轮丧失切削能力。一般情况下, 采用软磨球进行串沟来消除砂轮沟槽的疲劳层。所以在选用磨削液时既要考虑它的切削性, 又要考虑它的冷却、润滑、清洗性。其次, 磨削液的过滤清洁度问题也尤为关键, 树脂砂轮磨研钢球加工中可能产生的杂质有:砂轮磨料的脱落;钢球磨削下的铁屑;切削液流经通道中的杂物、粉尘、油漆等。目前的树脂砂轮主要由日本进口, 以2000# 、3000# 、4000# 、6000#居多, 相当于我国砂轮微粉粒度W10 、W7 、W5 、W2.5 。这就要求过滤精度基本要达到10~2μm 左右, 国内所提供的过滤系统还需要完善, 尤其是树脂砂轮砂粒脱落造成的系统过滤问题, 目前还是影响钢球质量进一步提高的关键因素。与铸铁盘研磨相比切削液化学性能发生了很大的变化, 切削液中物理杂质的含量、颗粒的大小都不尽相同;由此对钢球表面以及振动值所造成的影响相对来讲更大更直接, 因此选择一种理想的过滤系统十分重要。另外磨削液(油)的温控也相当重要。据日本某公司介绍,国外在树脂砂轮磨削精密钢球中对磨削液(油)的温控很严格, 一般在25 ℃左右。
  
  5 、树脂砂轮的粘结、安装和修整
  
  树脂砂轮粘结时, 首先要将砂轮清洗干净, 再用胶粘结, 否则很难粘结牢固。
  
  转动砂轮盘的修整靠砂轮修整器来完成。砂轮修整器为液压驱动, 使金刚石修整器作直线往复运动以完成对砂轮的修整。调节金刚石修整块使其平齐, 以保证修出的砂轮表面平整。固定砂轮盘的修整需要从机床上拆下来进行。
  
  6 、结束语
  
  目前, 树脂砂轮研磨钢球已得到较为广泛的应用, 在3M77 系列卧式钢球研球机上应用树脂砂轮“以磨代研” 工艺成功地加工出了G10 ~ G5级低噪声轴承用钢球。
  
  树脂砂轮磨研钢球工艺虽然取得了可喜的成绩, 但不尽完善, 还存在不少的问题。比如怎样在机床上很好地实现固定砂轮盘的修整和盘的自动车沟;如何根据砂轮的粒度、磨削液的成分去配置合适的过滤系统来提高磨削液的过滤精度;如何在机床设计中体现人性化、健康、环保的设计理念;如何在机床上实现减振、降噪、隔离振源,这将是今后研究的方向。
 
 
 
 
 

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