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根據(jù)當(dāng)前加工窄深槽現(xiàn)狀和難題，介紹了一種新型的加工窄深槽磨具的基體設(shè)計(jì)，并用有限元對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析，得出了磨具振動(dòng)的頻率。
【關(guān)鍵詞】ＣＢＮ磨具
【中圖分類號(hào)】 ＴＧ74＋9 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 Ａ 【文章編號(hào)】 1003－ 773Ｘ（2008）03－ 0114－ 02
0 引 言
高精度窄深槽一直是機(jī)械machine/加工的難題。以前，對(duì)普通材料零件上的寬度＞2 ｍｍ的窄深槽， 通常是用切口銑刀預(yù)先銑槽， 經(jīng)熱處理后再用較薄的樹(shù)脂或陶瓷結(jié)合劑砂輪磨削加工。這種工藝加工效率低、砂輪強(qiáng)度低、剛性差、壽命短， 較難達(dá)到高加工精度。采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削工藝， 通過(guò)一次磨削熱處理后的工件時(shí)可加工出較高精度的窄深槽。對(duì)于寬度＜2 ｍｍ的窄深槽，銑削加工時(shí)，成本高，精度低；采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削時(shí)，砂輪工作部位的厚度很薄，修整量大，磨削和修整時(shí)極易破碎，加工成本很高。近年來(lái)，電鍍超硬磨料砂輪廣泛用于高精度槽的緩進(jìn)給磨削。國(guó)外已用電鍍ＣＢＮ砂輪在硬度ＨＲＣ42的4340 鋼件上緩進(jìn)給磨削出寬1．52ｍｍ、深6．35 ｍｍ、帶有 Ｒ為0．38 ｍｍ 圓角的窄深槽。國(guó)內(nèi)也用電鍍ＣＢＮ砂輪在普通鋼材上緩進(jìn)給磨削出寬1．5 ｍｍ的窄深槽。許多由難加工材料制造的航空零件， 有各種各樣高精度的型槽，特別是飛機(jī)渦輪葉片根部高精度齒槽和窄深直槽的加工， 一直是國(guó)內(nèi)葉片加工的難點(diǎn)。本文將介紹電鍍 ＣＢＮ 砂輪緩進(jìn)給磨削窄深槽的磨具基體設(shè)計(jì)。
1 磨具基體的半徑設(shè)計(jì)
磨具速度增加，磨削表面粗糙度值減小，這是由于增大砂輪速度會(huì)使單顆磨粒未變形、磨屑厚度減小的緣故。高速度磨削可以提高金屬切除率，降低磨削
力、減少功率消耗，可以提高磨削效率。提高ＣＢＮ磨具速度，可使工件表面粗糙度改善；磨具速度越高，工件表面粗糙度越好，切向和法向磨削力下降，這樣就減小了單個(gè)磨粒上承受的力， 因而磨具磨損減小、磨削熱可降低。但是磨具速度的增加使磨粒的最大切深減小， 切屑截面面積減小， 同時(shí)切削次數(shù)和磨削熱增加，這兩個(gè)因素均使堵塞量增加［1］。根據(jù)工藝要求磨具的線速度要到30 ｍｐｓ以上時(shí)，機(jī)床轉(zhuǎn)速要能達(dá)到6000ｒｐｍ；為了防止機(jī)床振動(dòng)帶來(lái)不利影響，我們一般選取4000ｒｐｍ。這時(shí)，磨具邊緣的線速度ｖ＝πｄｎ。ｄ為磨具直徑，ｎ為機(jī)床轉(zhuǎn)速。我們選ｄ＝200 ｍｍ，計(jì)算得ｖ＝41．9ｍｐｓ，符合加工工藝的速度要求。
2 磨具基體的厚度選擇
磨具總厚度為2 ｍｍ，考慮到鍍層和底鎳的厚度，設(shè)計(jì)的基體厚度 δ＝2－ 2ｄ1－ 2ｄ2。ｄ1為電鍍磨料粒徑，ｄ2為底鎳厚度。一般，底鎳厚度3￣5μｍ，取 4μｍ。磨料粒度的選擇主要考慮磨削效率和工件表面粗糙度的要求。綜合兩方因素我們選擇100￣120粒度的ＣＢＮ，按照ＧＢ6408－ 98標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)尺寸為120￣150μｍ，可取最大值150μｍ，算得厚度δ＝1．692 ｍｍ。但是考慮到砂粒的熱膨脹，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)熱膨脹大概為5μｍ，因此最后的厚度定為δ＝1．687 ｍｍ。
3 磨具基體的建摸和有限元分析
1） 磨具建模和磨具網(wǎng)格劃分后的單元模型
2）進(jìn)行有限元分析，查看3階固有頻率。
＊＊ ＩＮＤＥＸ ＯＦ ＤＡＴＡ ＳＥＴＳ
ＯＮ ＲＥＳＵＬＴＳ ＦＩＬＥ ＊＊ＳＥＴ ＴＩＭＥ／ＦＲＥＱ ＬＯＡＤ ＳＴＥＰ ＳＵＢＳＴＥＰ ＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ
1 2 477．2 1 1 1
2 7 661．8 1 2 2
3 7 696．3 1 3 3
（3）各階固有頻率磨具變形情況。當(dāng)磨具以臨界旋轉(zhuǎn)時(shí)，磨具基體受到應(yīng)力最大，應(yīng)變最大，到達(dá)“臨界”狀態(tài)時(shí)，磨具強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致磨具壽命下降，甚至破壞磨具［2］。磨具臨界轉(zhuǎn)速和頻率關(guān)系為： ｎ＝60×ｆ。ｎ為轉(zhuǎn)速（ｒｐｍ）， ｆ 為頻率（Ｈｚ）?？蓪⒛ゾ哳l率轉(zhuǎn)化為臨界轉(zhuǎn)速， 見(jiàn)表1。磨具的工作轉(zhuǎn)速為4 000 ｒｐｍ。由表（1）可以看出， 磨具的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于臨界轉(zhuǎn)速。
磨具在這些頻率下，變形量都很小，不會(huì)導(dǎo)致磨具在工作時(shí)損壞，能夠正常工作。
4 結(jié) 論
在保證磨具制作工藝條件下，按上述設(shè)計(jì)磨具對(duì)機(jī)床損害少，磨具壽命高， 加工精度也能得到保證。
參考文獻(xiàn)
［1］ 朱山民， 陳已珊．金剛石磨具制造［Ｍ］．北京：機(jī)械machine工業(yè)出版社，2005．
［2］ 《電鍍用材料和設(shè)備手冊(cè)》編寫(xiě)組．電鍍用材料和設(shè)備手冊(cè)［Ｍ］．北京： 國(guó)防工業(yè)出版社， 1989．
【關(guān)鍵詞】ＣＢＮ磨具
【中圖分類號(hào)】 ＴＧ74＋9 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 Ａ 【文章編號(hào)】 1003－ 773Ｘ（2008）03－ 0114－ 02
0 引 言
高精度窄深槽一直是機(jī)械machine/加工的難題。以前，對(duì)普通材料零件上的寬度＞2 ｍｍ的窄深槽， 通常是用切口銑刀預(yù)先銑槽， 經(jīng)熱處理后再用較薄的樹(shù)脂或陶瓷結(jié)合劑砂輪磨削加工。這種工藝加工效率低、砂輪強(qiáng)度低、剛性差、壽命短， 較難達(dá)到高加工精度。采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削工藝， 通過(guò)一次磨削熱處理后的工件時(shí)可加工出較高精度的窄深槽。對(duì)于寬度＜2 ｍｍ的窄深槽，銑削加工時(shí)，成本高，精度低；采用普通砂輪緩進(jìn)給磨削時(shí)，砂輪工作部位的厚度很薄，修整量大，磨削和修整時(shí)極易破碎，加工成本很高。近年來(lái)，電鍍超硬磨料砂輪廣泛用于高精度槽的緩進(jìn)給磨削。國(guó)外已用電鍍ＣＢＮ砂輪在硬度ＨＲＣ42的4340 鋼件上緩進(jìn)給磨削出寬1．52ｍｍ、深6．35 ｍｍ、帶有 Ｒ為0．38 ｍｍ 圓角的窄深槽。國(guó)內(nèi)也用電鍍ＣＢＮ砂輪在普通鋼材上緩進(jìn)給磨削出寬1．5 ｍｍ的窄深槽。許多由難加工材料制造的航空零件， 有各種各樣高精度的型槽，特別是飛機(jī)渦輪葉片根部高精度齒槽和窄深直槽的加工， 一直是國(guó)內(nèi)葉片加工的難點(diǎn)。本文將介紹電鍍 ＣＢＮ 砂輪緩進(jìn)給磨削窄深槽的磨具基體設(shè)計(jì)。
1 磨具基體的半徑設(shè)計(jì)
磨具速度增加，磨削表面粗糙度值減小，這是由于增大砂輪速度會(huì)使單顆磨粒未變形、磨屑厚度減小的緣故。高速度磨削可以提高金屬切除率，降低磨削
力、減少功率消耗，可以提高磨削效率。提高ＣＢＮ磨具速度，可使工件表面粗糙度改善；磨具速度越高，工件表面粗糙度越好，切向和法向磨削力下降，這樣就減小了單個(gè)磨粒上承受的力， 因而磨具磨損減小、磨削熱可降低。但是磨具速度的增加使磨粒的最大切深減小， 切屑截面面積減小， 同時(shí)切削次數(shù)和磨削熱增加，這兩個(gè)因素均使堵塞量增加［1］。根據(jù)工藝要求磨具的線速度要到30 ｍｐｓ以上時(shí)，機(jī)床轉(zhuǎn)速要能達(dá)到6000ｒｐｍ；為了防止機(jī)床振動(dòng)帶來(lái)不利影響，我們一般選取4000ｒｐｍ。這時(shí)，磨具邊緣的線速度ｖ＝πｄｎ。ｄ為磨具直徑，ｎ為機(jī)床轉(zhuǎn)速。我們選ｄ＝200 ｍｍ，計(jì)算得ｖ＝41．9ｍｐｓ，符合加工工藝的速度要求。
2 磨具基體的厚度選擇
磨具總厚度為2 ｍｍ，考慮到鍍層和底鎳的厚度，設(shè)計(jì)的基體厚度 δ＝2－ 2ｄ1－ 2ｄ2。ｄ1為電鍍磨料粒徑，ｄ2為底鎳厚度。一般，底鎳厚度3￣5μｍ，取 4μｍ。磨料粒度的選擇主要考慮磨削效率和工件表面粗糙度的要求。綜合兩方因素我們選擇100￣120粒度的ＣＢＮ，按照ＧＢ6408－ 98標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)尺寸為120￣150μｍ，可取最大值150μｍ，算得厚度δ＝1．692 ｍｍ。但是考慮到砂粒的熱膨脹，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)熱膨脹大概為5μｍ，因此最后的厚度定為δ＝1．687 ｍｍ。
3 磨具基體的建摸和有限元分析
1） 磨具建模和磨具網(wǎng)格劃分后的單元模型
2）進(jìn)行有限元分析，查看3階固有頻率。
＊＊ ＩＮＤＥＸ ＯＦ ＤＡＴＡ ＳＥＴＳ
ＯＮ ＲＥＳＵＬＴＳ ＦＩＬＥ ＊＊ＳＥＴ ＴＩＭＥ／ＦＲＥＱ ＬＯＡＤ ＳＴＥＰ ＳＵＢＳＴＥＰ ＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ
1 2 477．2 1 1 1
2 7 661．8 1 2 2
3 7 696．3 1 3 3
（3）各階固有頻率磨具變形情況。當(dāng)磨具以臨界旋轉(zhuǎn)時(shí)，磨具基體受到應(yīng)力最大，應(yīng)變最大，到達(dá)“臨界”狀態(tài)時(shí)，磨具強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致磨具壽命下降，甚至破壞磨具［2］。磨具臨界轉(zhuǎn)速和頻率關(guān)系為： ｎ＝60×ｆ。ｎ為轉(zhuǎn)速（ｒｐｍ）， ｆ 為頻率（Ｈｚ）?？蓪⒛ゾ哳l率轉(zhuǎn)化為臨界轉(zhuǎn)速， 見(jiàn)表1。磨具的工作轉(zhuǎn)速為4 000 ｒｐｍ。由表（1）可以看出， 磨具的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于臨界轉(zhuǎn)速。
磨具在這些頻率下，變形量都很小，不會(huì)導(dǎo)致磨具在工作時(shí)損壞，能夠正常工作。
4 結(jié) 論
在保證磨具制作工藝條件下，按上述設(shè)計(jì)磨具對(duì)機(jī)床損害少，磨具壽命高， 加工精度也能得到保證。
參考文獻(xiàn)
［1］ 朱山民， 陳已珊．金剛石磨具制造［Ｍ］．北京：機(jī)械machine工業(yè)出版社，2005．
［2］ 《電鍍用材料和設(shè)備手冊(cè)》編寫(xiě)組．電鍍用材料和設(shè)備手冊(cè)［Ｍ］．北京： 國(guó)防工業(yè)出版社， 1989．
