國(guó)內(nèi)鋼球終加工工藝以前主要采用的是鑄鐵盤添加磨料進(jìn)行研磨, 但由于受鑄鐵盤質(zhì)量好壞、研磨劑添加不均勻、研磨劑不易保持清潔等因素的影響, 致使鋼球表面質(zhì)量不穩(wěn)定, 尤其是鋼球的振動(dòng)值不易降低。為此, 20 世紀(jì)90 年代末期, 我國(guó)開始從國(guó)外引進(jìn)樹脂砂輪, 并開始以磨代研加工高精密鋼球工藝的研究與應(yīng)用。
1、樹脂砂輪磨研鋼球的優(yōu)勢(shì)
樹脂砂輪的主要成分是磨料、樹脂、潤(rùn)濕劑等, 特點(diǎn)是粒度較細(xì), 硬度較高, 內(nèi)部組織均勻而致密, 且外觀規(guī)整, 尺寸精確。由于樹脂砂輪有彈性, 磨削過程中對(duì)鋼球產(chǎn)生的壓力較小, 在相似的研磨條件下, 采用樹脂砂輪以磨代研工藝加工的鋼球比鑄鐵盤研磨的鋼球精度高, 表面質(zhì)量好, 振動(dòng)值低, 軸承合套后的靜音效果好。另外, 樹脂砂輪磨削效率高, 其生產(chǎn)效率比鑄鐵盤提高1倍以上。雖然樹脂砂輪的價(jià)格高于鑄鐵盤, 但其加工效率高, 砂輪耐用度高, 其綜合成本比鑄鐵盤研磨成本還要低。同時(shí), 樹脂砂輪專用磨削液(油)比較環(huán)保, 加工后的鋼球表面易于清洗。
2 、樹脂砂輪磨研機(jī)床的選擇
國(guó)內(nèi)樹脂砂輪以磨代研工藝最初是在立式研球機(jī)上進(jìn)行, 由于立式機(jī)床的研磨板為水平放置,造成磨削過程中樹脂砂輪脫落的磨屑嵌在研磨溝槽內(nèi), 靠磨削液的沖洗很難排除。所以, 排屑困難成為立式機(jī)床樹脂砂輪以磨代研工藝的難點(diǎn)。
為此, 臥式機(jī)床就成為樹脂砂輪磨研鋼球的首選機(jī)床。3M77 系列鋼球研球機(jī)采用臥式布局,敞開式整體設(shè)計(jì), 床身和頭架體的設(shè)計(jì)采用了高低組合(低重心L 形結(jié)構(gòu))導(dǎo)軌的模塊化設(shè)計(jì), 提高了機(jī)床的強(qiáng)度與剛性。床身在加工中采用了特殊的工藝手段, 消除了潛在的變形, 充分保證了機(jī)床的同軸度與平行度。同時(shí)采用了特殊的主軸結(jié)構(gòu)和工藝手段, 并采用了進(jìn)口軸承和選配安裝, 使主軸的旋轉(zhuǎn)精度大為提高, 且長(zhǎng)期穩(wěn)定, 為樹脂砂輪以磨代研加工高精密鋼球提供了先決條件。主軸頭架的移動(dòng)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌定位, 機(jī)床的重復(fù)定位精度高, 克服了油缸定位造成兩盤平行度在機(jī)床加壓過程中不同位置時(shí)的變化。機(jī)床的加壓與滑動(dòng)機(jī)構(gòu)相分離的應(yīng)用, 大大提高了整機(jī)的剛性和穩(wěn)定性, 為批量加工G5 甚至G3 級(jí)低噪聲鋼球提供了保證。該系列機(jī)床的電、液系統(tǒng)采用先進(jìn)的變頻控制技術(shù)和電液比例調(diào)節(jié)技術(shù), 可以實(shí)現(xiàn)初壓、中壓、精壓三級(jí)程序控制轉(zhuǎn)換。按工藝路線預(yù)先設(shè)定壓力、時(shí)間等加工工藝參數(shù), 實(shí)現(xiàn)工作中的自動(dòng)轉(zhuǎn)換, 大大提高了生產(chǎn)效率。
3M77 系列臥式機(jī)床采用日本某公司配套樹脂砂輪, 尺寸800mm×420 mm , 660mm×420mm, 厚度30mm 和50mm, 常用粒度2000# 、3000# 、4000#，組織號(hào)為9，粘合劑為BZ(壽命長(zhǎng))和BZL3(切割性能好), 使用良好。
3 、樹脂砂輪的選用
樹脂砂輪磨研鋼球工藝雖然已得到使用, 但由于對(duì)樹脂砂輪了解不夠, 造成在樹脂砂輪牌號(hào)及組織結(jié)構(gòu)的選用上存在許多誤區(qū), 以致沒有達(dá)到理想的鋼球研磨加工效果。
鋼球研磨專用樹脂砂輪的選擇要根據(jù)鋼球材質(zhì)、磨削方式、磨削參數(shù)和加工精度以及生產(chǎn)效率去決定。首先選擇合適的樹脂砂輪標(biāo)號(hào), 包括磨料、粒度、結(jié)合度、粘接劑、組織以及砂輪的尺寸。在選用樹脂砂輪時(shí)既要考慮它的磨削能力又要考慮工件磨削精度, 樹脂砂輪既要有適中的耐用度,又要保證微量的消耗, 且始終保持良好的自銳性。然后根據(jù)所選砂輪標(biāo)號(hào)制訂合理的加工工藝, 保證磨削壓力的均勻一致。
在鋼球的加工中, 初始工序一般選用陶瓷砂輪(WA/C 180Z ～ 320Z), 中間工序選用樹脂砂輪(WA500Z ～ 2000Z), 最終工序選用樹脂砂輪(WA3000Z ～ 6000Z)。
4 、磨削液及過濾系統(tǒng)的選用
選擇合適的磨削液, 嚴(yán)格控制磨削液(油)的溫度, 配制合適的過濾系統(tǒng), 在樹脂砂輪磨研過程中顯得非常關(guān)鍵。由于樹脂砂輪粒度較細(xì), 加工中產(chǎn)生的磨屑、磨粒、結(jié)合劑等常會(huì)鑲嵌在砂輪磨粒之間的空隙中, 使砂輪喪失切削能力。一般情況下, 采用軟磨球進(jìn)行串溝來消除砂輪溝槽的疲勞層。所以在選用磨削液時(shí)既要考慮它的切削性, 又要考慮它的冷卻、潤(rùn)滑、清洗性。其次, 磨削液的過濾清潔度問題也尤為關(guān)鍵, 樹脂砂輪磨研鋼球加工中可能產(chǎn)生的雜質(zhì)有:砂輪磨料的脫落;鋼球磨削下的鐵屑;切削液流經(jīng)通道中的雜物、粉塵、油漆等。目前的樹脂砂輪主要由日本進(jìn)口, 以2000# 、3000# 、4000# 、6000#居多, 相當(dāng)于我國(guó)砂輪微粉粒度W10 、W7 、W5 、W2.5 。這就要求過濾精度基本要達(dá)到10～2μm 左右, 國(guó)內(nèi)所提供的過濾系統(tǒng)還需要完善, 尤其是樹脂砂輪砂粒脫落造成的系統(tǒng)過濾問題, 目前還是影響鋼球質(zhì)量進(jìn)一步提高的關(guān)鍵因素。與鑄鐵盤研磨相比切削液化學(xué)性能發(fā)生了很大的變化, 切削液中物理雜質(zhì)的含量、顆粒的大小都不盡相同;由此對(duì)鋼球表面以及振動(dòng)值所造成的影響相對(duì)來講更大更直接, 因此選擇一種理想的過濾系統(tǒng)十分重要。另外磨削液(油)的溫控也相當(dāng)重要。據(jù)日本某公司介紹,國(guó)外在樹脂砂輪磨削精密鋼球中對(duì)磨削液(油)的溫控很嚴(yán)格, 一般在25 ℃左右。
5 、樹脂砂輪的粘結(jié)、安裝和修整
樹脂砂輪粘結(jié)時(shí), 首先要將砂輪清洗干凈, 再用膠粘結(jié), 否則很難粘結(jié)牢固。
轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪盤的修整靠砂輪修整器來完成。砂輪修整器為液壓驅(qū)動(dòng), 使金剛石修整器作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)以完成對(duì)砂輪的修整。調(diào)節(jié)金剛石修整塊使其平齊, 以保證修出的砂輪表面平整。固定砂輪盤的修整需要從機(jī)床上拆下來進(jìn)行。
6 、結(jié)束語
目前, 樹脂砂輪研磨鋼球已得到較為廣泛的應(yīng)用, 在3M77 系列臥式鋼球研球機(jī)上應(yīng)用樹脂砂輪“以磨代研” 工藝成功地加工出了G10 ～ G5級(jí)低噪聲軸承用鋼球。
樹脂砂輪磨研鋼球工藝雖然取得了可喜的成績(jī), 但不盡完善, 還存在不少的問題。比如怎樣在機(jī)床上很好地實(shí)現(xiàn)固定砂輪盤的修整和盤的自動(dòng)車溝;如何根據(jù)砂輪的粒度、磨削液的成分去配置合適的過濾系統(tǒng)來提高磨削液的過濾精度；如何在機(jī)床設(shè)計(jì)中體現(xiàn)人性化、健康、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念;如何在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)減振、降噪、隔離振源，這將是今后研究的方向。
