砂轮传统加工方法的缺点以及切削砂轮工艺

　　1.砂轮的传统加工方法有哪些缺点?

　　砂轮经过焙烧和固化等工序后，其尺寸、形状和各表面相互位置精度，均达不到使用的技术要求，必须经过车削、研搓和磨削。使用砂轮的单位也因生产急需和砂轮的规格与使用要求不符，也须车削。由于客观技术原因，国内外大都采用传统的刀碗来车削。在用它加工的过程中，砂轮以较高的线速度(300～400m/min)带动淬火的45号钢薄壁刀碗旋转，并进行走刀，将砂轮的多余量去除。由于被加工的砂轮与刀碗高速旋转，造成加工中的粉尘和噪声很大，切削深度和进给量很小，故加工效率低和综合成本高，操作者劳动强度大。如采用大颗粒金刚石刀具，价格昂贵，而且由于金刚石的抗弯强度低，切削中易损坏，造成用它切削砂轮时的切削深度和进给量很小，一般只在精加工时采用。

　　2.采用人造聚晶金刚石复合片刀具切削砂轮有哪些特点?

　　人造聚晶金刚石复合片(PCD)，是20世纪70年代研制成的一种超硬刀具材料。用它制成的刀具，被用来切削各种有色金属和非金属，而且可以用来切削砂轮。在用它切削砂轮时，有以下特点：

　　(1)有很高的硬度和耐磨性：聚晶金刚石层的硬度一般在HV7000～9000，而且各方向一致，是一般砂轮磨料硬度的2～4倍。用它切削砂轮的耐用度很高，其体积磨耗比可达1/1300万。

　　(2)有很高的抗弯强度：金刚石的抗弯强度为210～490MPa，而PCD刀片的聚晶层下面有较厚的抗弯强度较高的硬质合金支承，其复合抗弯强度可达1500 MPa，所以在切削过程中，不产生崩刃或断裂。

　　(3)砂轮在切入切出时易崩边：用较大主偏角的刀具切削砂轮时，切入切出处易崩边。为了解决这一问题，采用圆形刀片，改变了主偏角，使切入切出平稳。在进给量为1～1.5mm的情况下，未发生崩边现象。

　　(4)切屑呈粉末状：切削砂轮的切屑呈粉末状，刀具磨损的形式是后刀面磨损，主要承受砂轮磨料的磨损。

　　(5)切削力和切削温度较低：金刚石有高的导热系数，为硬质合金的1.5～9倍，为铜的2～6倍，使切削区的温度很快传出。因此，用PCD刀具切削树脂结合剂或陶瓷结合剂砂轮的温度，比切削金属低许多倍。

　　3.怎样用PCD刀具切削砂轮?

　　用PCD刀具来切削硬度达HV2000～4000的砂轮，如同用刀切豆腐一样容易，这说明PCD刀具用来切削砂轮比较合适。

　　(1)刀具：利用PCD刀片制作成如图15-1和图15-2所示的机械夹固车刀，用来车外圆、内孔和端面。它的纵向和横向前角为-10°，后角为10°。一律采用圆形刀片，使切入切出平稳，砂轮不崩边。

　　(2)切削用量：通过实践，PCD刀具车削砂轮的切削用量，一般采用νc= 25～40m/min，ap=4～5mm，f=1～1.5mm/r。

　　(3)除尘：用刀具车削砂轮时的粉尘不可避免。用PCD刀具切削砂轮时的粉尘，远远低于传统的刀碗挤压。为了防止粉尘飞扬，可以采用喷水雾的办法。

　　在20世纪80年代初，开始用PCD刀具车削砂轮，采用上述的刀具与切削用量，就成功地车完了内孔小于150mm、厚度120mm的50片砂轮。这时的PCD刀头一边磨损不到0.5mm，反映出这种刀具用来切削砂轮的耐用度很高。

　　4.用人造聚晶金刚石复合刀片修整砂轮有哪些特点?

　　将人造聚晶金刚石复合刀片(PCD)做成如图15-3所示的工具，用来修整磨刀机上的砂轮，显示出比其他修整工具突出的特点。

　　(1)刀片耐磨使用寿命长：由于PCD刀片硬度很高，耐磨性非常好，用它来代替传统的齿形片砂轮修整工具和金刚石笔来修整砂轮，一般的情况下，一个机加工车间用一个PCD刀片来修整磨刀机上的砂轮，可以使用一年以上，而修整的成本只有原来的1/10。

　　(2)修整后的质量好：用此工具修整好的砂轮十分平整，径向跳动很小。用它修整好一个砂轮，只需一分钟左右，其效率是齿形片修整工具的5倍以上。

　　(3)节约砂轮：此工具修整时，只修整去跳动和不平处的高点，对低点修整去的很少，可以节约砂轮。

　　(4)使用方法：用手握住工具柄，将手柄前端的定位平面靠在砂轮机磨刀托板上，略微松开前部的紧固螺钉，用手旋转后部的调整螺钉，使刀片接触旋转的砂轮后，再视情况吃刀，然后将工具左右移动(走刀)，这样反复几次后，即将砂轮修好。

　　5.硬质合金有哪些切削特点?

　　硬质合金在人们头脑里的概念是它非常硬而脆，用来作刀具材料、模具等耐磨零件，加工它的方法，只能采用磨削。由于超硬刀具的出现，硬质合金也可用刀具来切削，其特点如下：

　　(1)硬度高、脆性大：硬质合金的硬度为HRA85～92.5(HRC67～81)，比一般淬火钢的硬度高出HRC20，所以切削时极为困难。它没有塑性，而且脆性很大，受切削力和刀具的挤压，切入切出处极易崩边。

　　(2)切屑呈粉末状：由于硬质合金脆性很大，所以切屑全呈粉末状，根本不产生积屑瘤，已加工表面粗糙度容易达到。

　　(3)导热系数较高，切削温度较低：硬质合金的导热系数为17～88 W/(m·K)，平均比淬火钢高15倍，所以切削温度比淬火钢低得多。

　　(4)切屑与刀面接触很短：切削硬质合金时，切削力集中在刃口附近，容易造成刀具崩刃。刀具磨损的主要形式是后刀面磨损。

　　6.怎样用PCD刀具车削硬质合金?

　　硬质合金的加工，一般采用绿碳化硅、碳化硼砂轮和金刚石磨轮来磨削加工，也可采用PCD刀具进行切削加工。

　　切削时的刀具几何参数是：γo=-5°～0°，αo=8°～10°，kr=30°～45°，k′r=8°～10°，rε=0.8～1.5mm。

　　用PCD刀具切削硬质合金时的切削用量是：νc=25～35m/min，ap=0.1～0.5mm，f=0.1～0.15mm/r。切削YG15或YG20时取大值。

　　切削时为了防止因硬质合金脆性大而崩边，在切入切出处要适当减小进给量或先在此处倒一个角，并要使刀刃锋利。在切削过程中，可选煤油作切削液。

　　7.用PCD刀具加工模具用硬质合金有哪些优越性?

　　(1) 改善冲模的强度特性和使用性能：用PCD刀具切削钨钴类(YG15、YG20)硬质合金冲模时，加工表面产生较大的残余压应力，可改善模具的强度特性和使用性能。如用绿碳化硅砂轮磨削，磨削时产生的高温，使工件表面产生退火层、微裂纹和残余拉应力，影响磨具的使用性能。

　　(2)提高加工效率：如用美国通用公司生产的PCD刀具，它的纵、横向前角均为-5°，后角为5°，车削硬度为HV1204的钨钴硬质合金，在νc=28～56m/min、ap=0.5mm、f=0.25～0.35mm/r、采用乳化液的情况下，金属切除量为3.5～8cm³/min，其切削效率高于现在使用的其他加工方法。

　　(3)有较高的刀具耐用度：用日本住友电器公司生产的DA200、DA150和DA100的PCD刀片车削YG15硬质合金，在νc=15 m/min、ap=0.5mm、f=0.1mm/r的情况下，用DA100这种粗晶粒和细晶粒混合组织的刀片，耐用度为30min，后刀面只磨损了0.2mm。

　　8.用CBN刀具切削硬质合金的实例有哪些?

　　采用CBN刀具切削硬质合金(YG15、YG20、YG25)，可以代替电物理加工、金刚石刀具切削和金刚石磨轮磨削。

　　(1)镗孔：在硬质合金衬套上镗孔，精度为IT6～IT8，表面粗糙度Ra为1.6～0.8μm。切削用量是：νc=15m/min，ap=0.2～0.5mm，f=0.1～0.15mm/r。刀具几何参数是：γo=-5°，αo=6°～8°，κr=45°，κ′r=15°，rε=0.5mm。用CBN刀具镗孔的效率比用金刚石磨轮磨削高10倍左右。

　　(2)车外圆：用CBN刀具在φ40mm、长100mm的硬质合金冲头上，切去3.5 mm余量，只需25min，如用金刚石磨轮磨削，则需要215min。

　　(3)断续车削：CBN刀具不仅可以连续车削硬质合金，而且可以进行断续车削。如断续车削YG20、YG25的硬质合金套筒时，νc=30m/min，ap=0.35mm，f=0.034mm/r。刀具的几何参数是：γo=-6°，αo=8°，κr=45°，刀具的耐用度为6.5min。

　　用PCD和CBN刀具切削加工精度特别高的零件是困难的，还是要用金刚石磨轮磨削。这是因为切削硬质合金时的径向分力FP 很大，导致刀具发生退让。当νc=10m/min、ap=0.5mm、f=0.1mm/r、后刀面磨损0.05mm时，FP为400N左右;VB=0.1mm时，FP=700N;VB=0.2mm时，FP=1300 N。因此，用超硬刀具切削硬质合金，必须选用工艺系统刚性好的工艺条件，而且也只能加工精度为IT6左右、粗糙度大于0.8μm的零件。

　　9.怎样对磁钢进行磨削?

　　磁钢是磁合金的总称，是现代最重要的永磁材料。它具有良好的磁性，在机电工业中得到广泛的应用。常用的磁钢有Al—Ni—C05和Al—Ni—C08两种，通称为五类磁钢和八类磁钢。

　　(1) 磁钢的磨削特点：它具有硬脆的性能，在磨削过程中易产生碎裂、烧伤和崩边等现象，特别是在砂轮行出工件时最易产生。五类磁钢比八类磁钢的加工性稍好一些，而八类磁钢的磨加工性就十分困难。八类磁钢的晶格有明显的方向性和定向导热性，在磨削过程中所产生的缺陷与结晶方向有密切关系。当磨削方向与柱状结晶组织方向一致时，磁钢平面的锐边，几乎不产生崩边现象，即使有也相当小。当磨削方向与柱状结晶组织方向相垂直时，在砂轮出口处就会崩边，严重时会造成片状剥落。所以磨削磁钢与磨削其他材料不一样，磨削时必须注意。

　　(2)磁钢的磨削：应选用绿色碳化硅或氧化铝为磨料，粒度为46号～60号，硬度为软2和中软1的大气孔砂轮。另外，还可以采用在碳化硅砂轮开槽的间断磨削(参考本书基础知识第72和73题)。在磨削时应采用微量进给，加大冷却液冲洗。为了防止在砂轮行出时工件崩边，可在工件两端接合两块普通钢的防护板，如图15-4所示。在磨削过程中，必须保持砂轮锋利，使砂轮与工件接触时发出“ 沙沙”的声音。当砂轮与工件接触时发出“嗡”声时，就必须修整砂轮，否则会因砂轮变钝，而产生烧伤等缺陷。砂轮大于工件覆盖面时，必须加大冷却液的冲洗，加速散热，并减少工件的进给量，防止砂轮对工件的瞬间冲击以提高了工件表面质量。