高精度、低粗糙度外圓防磨削掉砂技術研究

鐘立堅，羅平華，楊若

（中國航發中傳機械有限公司，湖南 長沙 410200）

某零件（見圖1）兩外圓是直接跑道，精度高，硬度高，表面粗糙度低（Ra0.15）。

磨削時，砂輪的細小掉砂容易在零件表面造成周向弧長約0.5 ～4mm，深度約0.001 ～0.01mm 的劃傷缺陷（俗稱掉砂），造成重大質量問題。掉砂原因較為復雜，涉及砂輪組織的性能、工件材質、砂輪修整情況、砂輪線速度和工件轉速、切削深度、進給量等因素，需逐一進行相關技術研究。

1 技術難點

1.1 砂輪磨削加工的特點

砂輪是由細小的磨粒用結合劑或黏接劑將其黏接成固結或非固結狀態對工件進行切削加工，一般是由磨粒、結合劑和氣孔組成，其中磨粒具有較高的硬度和適當的脆性，在磨削過程中起切削作用。

眾所周知，砂輪在磨削零件過程中舊磨粒會脫落而露出新磨粒形成自礪，也可以通過它礪（用砂輪修整器修整砂輪）使砂輪鋒利保持良好的切削性能。

1.2 零件劃傷主要原因

（1）修整砂輪后，砂輪表面有一些不穩定的砂粒或在砂輪氣孔中黏附著砂粒，在磨削時易脫落而劃傷零件。

（2）在磨削零件過程中，砂輪消耗后的脫粒未被切削液及時沖走，黏附在零件上被砂輪擠壓形成劃傷。

（3）由于過濾不徹底，切削液槽中的砂粒或雜質被冷卻泵帶到零件上劃傷零件表面。

1.3 解決掉砂問題存在的難點

（1）“掉砂”劃傷零件表面是光磨時由于磨粒脫落或切削液中的砂粒、塵埃等原因出現表面劃傷，具有隨機性。

（2）要防止或減少掉砂，就要采用相對較硬的硬砂輪、磨粒不易脫落，精磨時控制砂輪修整次數以減少砂粒產生的機會；但該零件外圓是直接跑道，硬度高，表面粗糙度低（Ra0.15），防止零件燒傷是第一大技術要求，而防止燒傷的主要措施就是要求采用中軟偏軟、砂輪自銳性好、粒度粗的砂輪加工，并且要勤修砂輪保持砂輪鋒利，減少切削熱。

由此可見，防止掉砂和防止燒傷具有一定的矛盾性，需通過工藝試驗，利用現有砂輪，調整工藝參數使加工表面達到完整性要求：即零件表面既不燒傷也無掉砂劃傷，零件合格率達到95%以上。

2 技術方案及具體實施方式

該零件精度高、粗糙度低，需要在高精度及切削液過濾精度高的機床上進行工藝試驗。

2.1 普通高精度外圓磨床MGA1432A

（1）加工前，對機床冷卻液箱進行清洗并更換新液,接通經過濾閥，切削液開關開啟最大，確保冷卻液干凈無雜質，冷卻效果良好。

（2）加工外磨工序時，必須分粗磨、精磨兩次裝夾加工，采用切入法加工，并采用試切法進行粗磨。即對零件進行“試切——測量——調整——再試切”，反復進行直到精磨所需余量。

（3）砂輪需勤修整，要時刻保證砂輪尖銳，但必須確保砂輪表面不能有明顯凸粒。

（4）在精磨前，需對砂輪進行檢查，如果砂輪外圓有凸粒，需要用金相紙輕輕擦軾砂輪表面，去除不穩定的凸粒，避免掉砂現象發生。

（5）精磨前，需找正零件外圓，避免因裝夾造成外圓跳動過大，變形，在精磨時產生燒傷。

（6）為了有效防止零件燒傷，可選擇單晶剛玉砂輪。（7）根據防止燒傷要求，線速度宜控制在15 ～20m/s為佳。

（8）根據實踐操作試驗，要保證Ra0.15 的粗糙度，精磨修整速度需進行控制在約10 ～60mm/min。

（9）砂輪修整后，用金相砂紙輕輕將砂輪表面擦拭，將不穩定砂粒去除，然后，用剪短的毛刷刷去砂輪表層氣孔塵粒。

2.2 數控高精度外圓磨床S41

（1）加工前，對機床冷卻液進行更換，采用進口過濾紙確保冷卻液干凈無雜質，冷卻效果良好。

（2）冷卻液流量選擇30l/min，大的冷卻水流量可以沖走黏附在零件上的砂粒防止劃傷零件，同時，也是防止燒傷的重要措施。

（3）加工該工序時，必須分粗、精磨，并采用試切法進行粗磨（只針對試驗批，后續批次加工可根據試驗批得出的最理想修整速度和修整量，修整砂輪直接加工零件），即對零件進行“試切——測量——調整切削參數——再試切”，反復進行直到精磨所需余量（0.02）。

（4）為了有效防止零件燒傷，可以選擇單晶剛玉SA60JV、棕剛玉A80H8、白剛玉WA F60 K6 三種砂輪，每種砂輪需分別摸索其線速度、進給量、砂輪修整頻次。

（5）砂輪修整速度：150mm/min。結合多次試驗，該速度能較好的保證Ra0.15，速度過高，則粗糙度高，達不到要求；速度低則粗糙度低，效率低且掉砂易“顯形”。

（6）因為要一次裝夾完成粗、精磨，為了加工過程持續穩定，避免變速帶來沖擊，粗精磨可采用統一速度，經過試驗，該速度能較好地保證兩外圓精度，而過高則粗糙度高且易掉砂，過低則效率低、易燒傷。

3 結語

運用前述技術方案，通過試加工，高精度、低粗糙度外圓磨削掉砂得到了有效防控，粗糙度滿足要求，表面無燒傷，達到了預期目的。本文通過探索、研究、試驗摸索，確定了在普通和數控磨床外圓磨削防掉砂的加工方法和控制手段，具有極佳的應用推廣價值。