盧海燕，曹碩生，申其芳，伍麗峰

(1.廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西柳州545006;2.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧530004)

0 前言

CBN 的硬度僅次于金剛石，除了高硬度、高耐磨性、低摩擦因數(shù)等性質(zhì)外，還具有比金剛石優(yōu)越的耐熱性和對鐵族金屬材料的化學(xué)惰性。由于CBN 具有上述優(yōu)異的特性，用其制成的CBN 磨具特別適合于各類鐵族金屬材料的磨削加工［1-3］。CBN 的需求量每年以15%左右的速度遞增［4］。對CBN 砂輪的研究和推廣應(yīng)用，已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。

CBN 的應(yīng)用在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)處于成熟階段，而CBN 在我國的應(yīng)用與發(fā)達(dá)國家相比差距甚遠(yuǎn)，CBN磨削技術(shù)與應(yīng)用已成為我國磨削界研究的一項重要課題［5］。作者通過一系列的磨削試驗，研究國產(chǎn)陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨削45 淬硬鋼工件過程中磨削參數(shù)對CBN 砂輪磨損與磨削比的影響規(guī)律及冷卻液流量對磨損與磨削比的影響規(guī)律。試驗和討論結(jié)果將為國產(chǎn)陶瓷CBN 砂輪逐步推廣應(yīng)用提供重要的參考依據(jù)。

1 試驗條件

磨床:MS1320 高速外圓磨床

砂輪:80/100#125% P 400 ×10 ×127

工件:45 淬硬鋼(HRC50～55)，直徑DW=(55～99)mm，工件寬度B=8 mm

砂輪修整:采用片狀金剛石修整器修整，修整深度td=10～15 μm/單程，修整進(jìn)給量fd=0.3 m/min。

磨削液:100%煤油

磨削方式為:定進(jìn)給量外圓切入磨削。

2 用正交試驗研究磨削參數(shù)對陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨損與磨削比的影響

用L9(34)安排試驗，由于砂輪開刃后磨損只有幾微米，即砂輪表面形狀保持性好，故砂輪修整并開刃后，測量初始磨損量，每次試驗前不再修整，每次試驗的磨損量都減去了初始磨損量及前面所有試驗的累積磨損量，試驗順序是5，4，6，7，8，9，1，2，3，每次試驗約磨除2.8 ×105mm3的金屬體積。試驗因素和水平見表1，試驗安排、試驗結(jié)果以及磨削比的極差見表2，磨削比的方差分析［6］見表3。

表1 試驗因素和水平因素

表2 試驗安排、試驗結(jié)果與計算

表3 對磨削比的方差分析

從表2 極差Rj的大小排列因素的顯著性，據(jù)此可知砂輪線速度對磨削比影響最大，其次是進(jìn)給量，再次是工件轉(zhuǎn)速，最優(yōu)水平為A3B3C1，即砂輪線速度越高，工件轉(zhuǎn)速越高，砂輪進(jìn)給速度越小，則磨削比越高。

從表3 的方差分析的F值可知(顯著性用“☆”的多少來表示)，砂輪速度對磨削比有顯著的影響，進(jìn)給速度次之，工件轉(zhuǎn)速影響不顯著。

由于整個過程中砂輪沒有修整，從試驗結(jié)果還可以看出，在以煤油作為冷卻液的情況下，該砂輪的磨削性能非常優(yōu)越，尤其是砂輪速度較高時，砂輪幾乎不磨損，整個試驗?zāi)コ斯布s2.52 ×106mm3的金屬體積，都不見砂輪有磨鈍的現(xiàn)象，工件表面粗糙度一直保持在Ra1.2 μm 左右。

對考察指標(biāo)磨削比與磨損進(jìn)行非線性回歸分析［7］，可得如下經(jīng)驗公式:

上述經(jīng)驗公式可以用來指導(dǎo)生產(chǎn)一線的工人在磨削時能合理的選擇磨削參數(shù)。

3 用單因素法研究砂輪進(jìn)給速度vf 對陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨損與磨削比的影響

此試驗采用的砂輪:140/170#150%R350 ×10 ×127，其余條件與前面同。

磨削參數(shù):砂輪速度vs=55 m/s，工件轉(zhuǎn)速nw=168 r/min

(1)vf=5 μm/s 時試驗結(jié)果見表4

表4 vf=5 μm/s 時試驗結(jié)果

(2)vf=10 μm/s，vf=15 μm/s 時試驗結(jié)果見表5。(當(dāng)vf=10 μm/s 時的試驗前重新修整了砂輪，但在以vf=15 μm/s 進(jìn)行試驗時沒有再修整砂輪)

表5 vf=15 μm/s 時試驗結(jié)果

從圖1 及表3—6 可以看出在較小的進(jìn)給量情況下，即使磨除了大約9 ×105mm3的金屬體積，砂輪還能繼續(xù)磨削，工件表面粗糙度還沒有惡化的趨勢，說明細(xì)粒度CBN 砂輪在小用量下非常耐磨，而且工件表面質(zhì)量一直保持良好(Ra=0.5～0.6 μm)。圖3 為磨削了大量金屬體積后，雖然有些磨粒上有較大磨損平面，但大部分磨粒只有一小平面磨損平面，說明磨削過程還可大大延續(xù)。

圖1 磨削過程中砂輪的磨損

圖2 磨削過程中CBN砂輪的磨削比

4 冷卻液流量對陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨損與磨削比的影響

此試驗采用的砂輪:80/100#125% P 400 ×10 ×127

磨削參數(shù):砂輪速度vs=60 m/s，工件轉(zhuǎn)速nw=168 r/min，vf=20 μm/s

實驗結(jié)果見表6。

表6 不同冷卻液流量的磨損與磨削比

從圖3 及圖4 可以看出，冷卻液流量對砂輪磨損影響很大，流量越小，砂輪磨損越大，而磨削比就越小，所以，在條件許可的條件下，應(yīng)盡量加大冷卻液流量，以減少砂輪磨損。

圖3 冷卻液流量對砂輪磨損的影響

圖4 冷卻液流量對砂輪磨削比的影響

5 結(jié)論

(1)砂輪線速度對磨削比影響最大，其次是進(jìn)給量，再次是工件轉(zhuǎn)速，最優(yōu)水平為A3B3C1，即砂輪線速度越高，工件轉(zhuǎn)速越高，砂輪進(jìn)給速度越小，則磨削比越高。

(2)砂輪線速度對陶瓷結(jié)合劑CBN 砂輪磨削比有顯著影響，進(jìn)給速度的影響程度次之，工件轉(zhuǎn)速對磨削比無顯著影響。因此，要提高砂輪的磨削比，主要應(yīng)提高砂輪的線速度。

(3)冷卻液流量對砂輪磨損影響很大，流量越小，砂輪磨損越大，所以，在條件許可的條件下，應(yīng)盡量加大冷卻液流量，以減少砂輪磨損。

(4)對正交試驗進(jìn)行非線性回歸分析，可得磨削比與磨損的經(jīng)驗公式如下:

［1］HERBERT S.A New Approach to I［J］.D·Gxinding·Industrial Diamond Review，1984(1):30-33.

［2］周德生.CBN 砂輪磨削技術(shù)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.金剛石與磨料磨具工程，1996，2(92):17-20.

［3］葉偉昌.CBN 砂輪的新進(jìn)展［J］.新技術(shù)新工藝，2000(11):13-15.

［4］徐載熊.CBN 磨削的發(fā)展動向［J］.磨料磨具與磨削，1989，50(2):20-23.

［5］羅偉文.砂輪進(jìn)給速度對CBN 砂輪磨損影響的試驗研究［J］.汽車工藝與材料，2005，(9):6-7.

［6］汪鑫.數(shù)理統(tǒng)計［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1986.

［7］馮成志.社會科學(xué)統(tǒng)計軟件SPSS 教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2009.