立方氮化硼磨头磨削38CrMoAlA转子槽实例



1 概述

CBN具有极高的硬度，仅次于金刚石。但它在耐热性和对铁元素呈化学惰性方面又优于金刚石，二者互补大大拓展了超硬磨料的应用领域。

由于CBN磨料具有性好、非亲铁性和高热稳定性强等优点，所以立方氮化硼磨头在难加工材料的磨削中能够长期保持锋利状态、因而磨削力小，发热量小，磨削温度低，磨削零件精度高，生产。电镀CBN砂轮制作方便，砂轮的跳动完全由砂轮基体决定。电镀CBN砂轮不需修整即可使用，而且在镀层磨粒得到大限度地利用之后，砂轮基体经修复可重新利用，因而既方便又经济。



图1所示转子是叶片泵/马达中的关键零件(一向视图)，材料为38CrMoAlA，转子槽表面氮化，12槽宽2.5H7(+0.010)mm,对轴心线的对称度为0.03mm,槽内侧面相互平行度为0.005mm,表面粗糙度Ra0.2um。因该零件尺寸精度，形位公差和表面粗糙度都要求高，槽窄而深，曾采用普通砂轮加工，均没有达到要求，基于CBN磨料具有其它普通磨料无法比拟的优点，我们选用了电镀CBN磨料砂轮，在数控加工中心上进行了大胆尝试，取得了可喜的进展。


2 工艺方案的提出

加工等分槽的一般方法是采用分度装置在机床上进行分度加工。用这种方法加工时，对称度除与机床主轴精度有关外，还与分度装置的精度、定位方法、找正方法等有关。如果机床主轴精度不高，又需经常修整砂轮，进刀时又要找正中心，则加工高对称度的槽是无法实现的。

我们曾在普通工具磨床上选用普通绿色碳化硅砂轮，采用双面进刀磨削法加工此转子槽，结果无法控制进给速度，砂轮修整后，不易对中工件中心，加之无法在线测量对称度，磨削质量很不稳定。

为了解决上述问题，必须选择具有主轴的机床。同时，要便于控制进给速度和进给量，又要选择便于在线测量的工艺方法。

CBN磨料具有高性、高硬度和高化学惰性，所以CBN在窄槽磨削中，能够长期保持锋利状态并控制发热量，磨削温度低，而且砂轮保持性好。由于电镀CBN磨料砂轮制作方便，砂轮跳动量完全由钢制砂轮基体决定，故电镀立方氮化硼磨头在磨削前和磨削过程中不需要修整。

基于上述原因，提出采用电镀立方氮化硼磨头，在数控加工中心上，单面切削磨削转子槽的工艺方案。


图2 砂轮工作示意图

3 电镀CBN砂轮的制作

图2所示为砂轮示意图。

电镀CBN砂轮的制作流程如下：45#钢→下料→调质处理→车削(粗车+细车+精车)→砂轮基体→表面防护处理并电镀CBN磨料→电镀CBN砂轮(磨料DL1,粒度150#、浓度200%、电镀金属结合剂)。

镀层经试验优选后，采用的Ni-Co-CBN的CECD复合镀方法，结合强度高。 



4 转子槽磨削工艺

机床选择
磨削转子槽的机床必须具有高的主轴精度，并满足以下要

a.  便于工件两端对**定位装夹及装分度装置，便于工件在线测量，使用数控机床较为理想。

b.  要求机床主轴有较高转速，且转速范围可以改变。

c.  机床工作必须平稳。

通过工艺试验选用ENSHU数控加工中心较为适宜。

2.  夹具选择

为了保证转子槽的形位公差，便于夹具安装及控制尺寸公差，减轻工人的劳动强度，提高生产效率，选用**分度头较为理想。

3.  砂轮选择

转子材料为38CrMoAlA,槽表面进行氮化，因转子槽窄而深，所以选择砂轮既要考虑具有化学惰性又具有高硬度，使用过程中不需要修整，故选用电镀CBN较为适宜。



4.  磨削用量

a.  粗磨

砂轮：CBN120#f110mm片状砂轮；

砂轮速度：Vc=15m/s;

磨削深度：ap=0.02mm;

进给速度：Vs=0.6mm/min。

b.  精磨

砂轮：CBN150#f110mm片状砂轮；

砂轮速度：Vc=17.5m.s;

磨削深度：ap=0.01mm;

进给速度：Vs=0.5mm/min。

5.  4.5 冷却液

在磨削高温下，CBN磨粒遇碱性水溶液会发生化学反应，反应结果将使磨粒晶形破坏。所以，立方氮化硼砂轮磨削时，只能选用油性冷却液，而不能用水基冷却液，本试验选用冷却油。

5 实施效果

通过生产实践证明，采用东巨电镀立方氮化硼磨头在数控加工中心上磨削转子槽是可行的。砂轮刚性大大提高，砂轮寿命比普通碳化硅砂轮提高10～20倍。CBN磨头的磨削比是常规砂轮的100倍以上，磨削表面无烧伤、裂纹，表面完整性符合要求。加工精度完全满足工艺要求。并且，CBN磨头不需要修整，从而节省了修整工具及停机时间，使生产率大大提高，取得了明显的技术经济效益。具有广泛的应用前景。