国产人造孔隙砂轮的实践和应用

汪建平

（杭州前进齿轮箱集团股份有限公司，杭州311203）

国产人造孔隙砂轮的实践和应用

汪建平

（杭州前进齿轮箱集团股份有限公司，杭州311203）

通过对磨齿砂轮—单晶刚玉砂轮的研究，提出用人造孔隙砂轮改进单晶刚玉砂轮，并且试制了样品，提高了磨齿的加工效益。

人造孔隙砂轮；齿形；自尖锐

0 引言

2008年开始，我公司的蜗杆砂轮磨床YK7250在磨削齿轮时，经常发生啃刀（砂轮不锋利，胶合在工件上）现象，基本只能加工小模数、小直径的零件，而且磨出的零件偶尔还会有磨削裂纹，因此三台YK7250蜗杆砂轮磨床效率较低。2008年我们了解到 WINTERTHUR SCHLEIFTECHNI公司（人造孔隙砂轮制造的先驱）已全面大批量地生产人造孔隙砂轮，于是通过与南昌精艺料磨具有限公司合作，对砂轮的结构和磨削过程进行全方面的分析探讨，共同研发人造孔隙砂轮。砂轮主要由磨料、烧结剂和气孔组成，其结构特性主要由气孔决定。气孔对磨削过程有着极为重要的作用，气孔作为容纳排屑的空间，能有效地改善磨削过程中的冷却效率。

1 试验参数及试验过程

由于目前使用普通单晶刚玉砂轮在蜗杆磨上经常发生啃刀，所以我们首先从蜗杆磨砂轮着手，经双方共同分析后，由南昌精艺料磨具有限公司开发了M5、φ400的蜗杆磨大气孔砂轮。结果发现比之前使用PA80J砂轮效果更好，使得YK7250磨削齿轮的磨削性能大大改善，效率提高20%左右，经探伤检测，未发现磨削裂纹，产品质量明显提高，同时齿轮的齿形精度也有较好改善，如图1所示。

通过以上对蜗杆砂轮试验后取得的成效，我们决定在成型磨齿机上开发使用人造孔隙砂轮。

图1 砂轮改进前后齿形对比

图2 缓慢进给与往复进给时接触面积Ak的比较

我们知道成型磨齿机砂轮是垂直于加工工件表面径向进给的。成型砂轮的形状由最终齿形的形状决定，但齿槽在未加工前，形状比较窄（因为留有磨削余量），根据齿轮成型原理，当砂轮靠近齿轮时，砂轮会和齿轮上压力角较小的位置先接触，而不是和原先设计的压力角位置重合。所以在初磨时，齿轮分度圆以上的部分要晚于分度圆以下部分与砂轮接触。随着砂轮的径向进给，齿轮下端磨削量减少，上端的磨削量增大，这样在相同径向进给量的前提下，就形成了不同的金属去除量。成型磨齿多为双面磨削，即砂轮对一个齿槽的左右齿面同时进行切削，冲程进给比较缓慢，一般粗磨为3 000 mm/min，但是进给量较大。由于是连续磨削，极不利于散热和冷却液的进入，所以成型磨齿机容易对齿面造成表层回火和二次淬火，从而引起齿面烧伤。但人造孔隙砂轮的结构对磨削烧伤可以起到一定的抑制作用：1）人造孔隙砂轮在快速磨削时能提供排屑的间隙；2）当摩擦力减少时，人造孔隙砂轮能给切削刃提供更多的冷却液；3）人造孔隙砂轮能优化磨削过程中砂轮的自尖锐。

如果缺少自尖锐，工件会热失效。在缓慢进给磨削中，接触面积AK很大，如果使用标准结构的砂轮，会有太多的磨粒在磨削压力作用下进入给定的接触面AK内，导致磨粒的平均压力不足，结构断裂，阻止了砂轮自尖锐的形成。而人造孔隙砂轮带动磨粒从接触面离开，从而改善了砂轮的自尖锐形成，这样做的优点：1）最后的砂轮中不会残留任何微量的化学物质；2）磨削时砂轮不会膨胀（砂轮中无有害应力）；3）磨料混合良好（最终产品平衡性好）；4）有利于气孔间的互连，改善磨削冷却液的传送（冷却磨削）。

2009年6月，我们跟山东鲁信高新技术产业股份有限公司合作开发用于成型磨齿机的微气孔砂轮，同时，他们也察看了目前我们公司使用的进口的BK砂轮在ZP12磨齿机上的磨削过程和齿轮磨削烧伤的酸洗检验过程。经过多次技术交流与沟通，山东鲁信高新技术产业股份有限公司终于成功试制出用于成型磨的微气孔单晶刚玉砂轮和含钴类微气孔砂轮。我公司立即对该新试制的微气孔砂轮进行试磨。

首先，我们使用微气孔单晶刚玉砂轮对行星轮（m= 11mm，Z=30，α=20°，β=0°）进行试磨，先将磨削速度提升5%，即：粗磨时磨削速度由3 000 mm/min增至3 150 mm/min，进刀量0.05 mm；半精磨时磨削速度由2 500 mm/min增至2 625 mm/min，进刀量0.03 mm；精磨时磨削速度由2 200 mm/min增至2 360 mm/min，进刀量0.015 mm。磨削完成后经过磨削烧伤检测显示均匀灰色，FA无回火，硬度为58～62HRC。接着我们再把磨削速度提升10%，即粗磨时磨削速度3 300 mm/min，进刀量0.05 mm；半精磨时磨削速度2 750 mm/min，进刀量0.03 mm；精磨时磨削速度2 420 mm/min，进刀量0.015 mm。磨削完成后再次经过磨削烧伤检测显示为较窄的浅色，FB轻度回火，硬度为57～59HRC。磨削速度提升至15%后，零件经烧伤检测显示部分黑色，已磨削烧伤，硬度为50～52HRC。而改用含钴类微气孔单晶刚玉砂轮进行同样试验后得到的效果基本一致，但齿形精度有所提高，更适合国标四级精度齿轮磨削。

与此同时，我们使用国内SG磨料砂轮与国外BK砂轮分别对上述行星轮进行了试磨。这两种磨料价格分别是微气孔单晶刚玉砂轮的4倍和6倍。在不产生烧伤的前提下，试磨结果如下：1）使用SG磨料磨削行星轮时粗磨时最高磨削速度为3 600 mm/min，进刀量0.05 mm；半精磨时最高磨削速度为3 000 mm/min，进刀量0.03 mm；精磨时最高磨削速度为2 640 mm/min，进刀量0.015 mm，磨削效率比普通单晶刚玉砂轮提高了20%。2）使用国外的BK砂轮，磨削行星轮的粗磨时最高磨削速度为3850mm/min，进刀量0.05 mm；半精磨时最高磨削速度为3 000 mm/min，进刀量0.03 mm；精磨时最高磨削速度为2 700 mm/min，进刀量0.015 mm；效率比普通单晶刚玉砂轮增加速度25%左右。虽然使用SG磨料砂轮和BK磨料砂轮加工效率比我们使用微气孔砂轮的加工效率有所提高，但其价格昂贵，致使齿轮加工成本大大提高。所以微气孔单晶刚玉砂轮的使用，加工效率虽略低于SG和BK磨料，但加工质量可以保证，总的性价比较高。

2 结语

在实践中发现，在相同的磨削工艺情况下，不同的砂轮在磨削过程中会产生不同的效果。因此在砂轮的选择上，应该在保证齿面粗糙度的前提下，尽可能选择较软的砂轮。由于磨削原理的不同，成型磨齿机的砂轮硬度要稍高于展成磨齿机的砂轮硬度。针对各类磨削方式所开发的人造孔隙砂轮，在快速磨削的同时能提供排屑的间隙；而当摩擦力减小时，能给切削刃提供更多的冷却液；另外可以优化磨削过程中砂轮的自尖锐，时刻保持砂轮锋利，不会产生“钝刀劈材”现象。目前该砂轮以其优良的性价比，已开始在国内齿轮制造行业推广使用。

［1］ 鲍中美.成型砂轮磨齿工艺中磨削烧伤缺陷的研究与防止对策［J］.机械设计与制造，2007（8）：98-99.

［2］ 汪军，丁英辉，范乃则，等.齿轮磨齿烧伤的分析与防止［J］.机械传动，2009（1）：89-92.

（编辑：黄 荻）

TG 732

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1002－2333（2014）04－0269－02

汪建平（1966—），男，工程师，主要从事机械加工工艺工作。

2014-02-11