非圆零件高度精密磨削加工的工艺特点-南通第二机床有限公司
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非圆零件高度精密磨削加工的工艺特点

发布时间:2018-7-30
  许多零件都有非圆截面轮廓存在。例如,内燃机活塞轮廓、抽水泵的轴、冲模、凸轮轴、凸轮、非圆轴承内轮等。尽管这些零件均可以通过仿形加工、磨削加工的工艺方法获取零件轮廓。但是,随着平面磨床产品市场的全球化,企业面临着越来越大的产品竞争压力,这就需要产品生产企业不但要生产出高质量产品,而且产品的更新换代时间、设计制造周期也要进一步缩短,以快速响应市场的变化,满足客户需求,并且还需要大大提高其生产效率。所以,为了适应这种科学技术的进步以满足企业参与竞争的要求,对非圆界面零件加工不但需要实现生产制造的高精度,而且还需要实现生产制造的高效率,从而对非圆截面零件的加工工艺也提出了更高要求。
  (1)工艺差大部分非圆零件均属细长轴类零件,本身刚性较差,磨削时容易产生弯曲变形,并产生磨削振动,影响加工零件的尺寸一致性和磨削表面的质量,加工工艺性较差。
  (2)轮廓型面复杂
  非圆零件轮廓型面一般具有多段高次曲线型面,它的升程转角与砂轮半径之间存在非线性关系,如图7—27所示,如汽车凸轮轴是由基圆段1、缓冲段2、加(减)速段3(4)、顶圆段5等部分组成。在基圆段,其磨削条件与普通外圆磨削基本相同,但在其他区段,磨削时的情况与普通外圆磨削就有很大差异。由于凸轮轮廓曲线形状的特殊性,它在磨削时各磨削点移动速度有很大变化,尤其是在加(减)速段,磨削速度可达到磨削基圆时的几倍,甚至几十倍。随着汽车对废气排放要求的提高,出现了一些轮廓更特殊的凸轮轴,如带有二次升程的凸轮轴和在外凸轮廓中带一小段内凹轮廓的凸轮轴,都出现在新近开发的汽车发动机中。这种异形轮廓对传统机床提出了极大挑战,促使人们去研究、开发高柔性的数控凸轮轴磨床。
   (3)表面不同的曲线段一般硬度分布不一致
  目前大量轿车发动机凸轮轴采用合金冷激铸铁材质。合金冷激铸铁凸轮轴由于在铸坯时已采取了局部冷激工艺,因此,凸轮型面各段已具有各不相同的硬质层,不再需要热处理就能达到零件表面所需的硬度与强度。一般来说,在凸轮顶端,要求的硬度最高;在挺杆上升段与下降段,硬度次之;在基圆段,硬度要求较低。这种硬度结构改善了凸轮轴综合力学性能,有效地降低了凸轮轴与挺杆之间的摩擦因数。但是,这种非均质的硬度结构也给磨床磨削工艺带来了一定难度。
  (4)表面容易产生波纹
  由于凸轮轴属细长轴类零件,变化的磨削力容易引起磨削振动,加上凸轮轴本身刚性差则会使这种情况愈加严重,其后果则是在磨削表面产生直线纹理,甚至达到肉眼可以发现的程度。
  (5)加工精度要求越来越高
  随着汽车工业的迅速发展,节能和环保日益成为人们关注的焦点,新的凸轮轴设计标准对加工设备提出了更高要求,凸轮轴加工精度的高低直接影响发动机的质量、寿命、废气排放和节能。因而,对发动机的关键零件凸轮轴的制造精度要求也越来越高,如解放牌汽车凸轮轴的轮廓精度要求为±0.1,改进后的解放牌汽车凸轮轴提高到±0.05,而目前引进的汽车发动机凸轮轴精度为±0.03,国内很多凸轮轴生产厂家甚至要求产品轮廓精度达到土0.02,其几何精度提高几倍。同时,对磨削表面粗糙度,原先要求Ra为0.63~0.8弘m,然后采用砂轮带抛光,而现在很多生产线直接要求磨至Ra为0.2~o.4肚m,省略抛光工艺。
  (6)加工节拍和效率高
  汽车发动机生产中为提高加工效率,减少生产线上机床数量,在工艺上将多道程序进行组合,采用高速、超高速磨削取代传统的材料粗加工方法,如车、铣等,实现以磨代车、以磨代铣,从而在加工工艺上实现突破,将多道工序实现成一道工序,以提高生产效率。对单台机床来说,用超高速磨床比普通磨床可提高功效3倍以上,这一点在汽车凸轮生产线上得到充分体现,砂轮线速度为140m /s的凸轮轴磨床加工一根6缸汽车发动机凸轮轴,生产节拍仅lmin20s,而用普通机床加工,节拍时间在6min以上。
  (7)容易发生磨削烧伤
  磨床磨削加工时大部分磨粒是以负前角方式进行磨削,对材料的挤压作用明显,随着磨削速度的提高,磨削表面层会有很高的温升,磨削区的瞬时温度有时可达1000。以上,从而产生磨削烧伤。在凸轮轴磨削时,由于两侧加(减)速段磨削速度提高,材料硬度又最硬且由于该区段加工时凸轮轮廓形状原因导致磨削液不容易进入磨削区,因此最容易发生磨削烧伤,轻微的磨削烧伤经探伤可发现细微裂纹,严重的肉眼就能发现表面颜色变化和产生的开裂现象等,严重影响了零件质量。