精密超薄套筒磨削工藝分析

葉春梅

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530007）

薄壁套類零件一般指孔壁厚度為孔徑的1/8~1/10，超過1/10的即可稱為超薄壁套類零件，此類零件應(yīng)用繁多，如精密襯套、鉆套、氣門軸套、內(nèi)圓磨具主軸套筒、坐標(biāo)鏜床主軸套筒等。在同等尺寸、同等精度要求下，此類零件的加工與外圓、平面磨削相比，難度更大，主要體現(xiàn)在：首先，內(nèi)圓砂輪是在零件內(nèi)部進(jìn)行磨削，操作者無法看清磨削情況；其次，砂輪和零件接觸的面積較外圓、平面大，且冷卻液較難進(jìn)入磨削區(qū)域進(jìn)行冷卻，零件很容易燒傷、熱變形等。因此合理選擇工藝路線和工藝參數(shù)就顯得尤為重要。下面以磨削精密超薄套筒（如圖1（a）零件圖）為例，講述如何在MM1420型磨床上進(jìn)行精密超薄套筒的磨削加工。

圖1 精密超薄套筒

1 零件的裝夾

套筒屬超薄零件，要達(dá)到高精度的要求就必須在加工過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)注意防止零件的變形。因此磨削內(nèi)圓時(shí)裝夾方法不能直接采用卡盤，而是采用專用夾具（如圖1（b）裝夾圖）間接裝在卡盤上。在裝夾之前，零件的端面與外圓均需經(jīng)磨削，保證端面的平面度和平行度誤差小于0.005mm，基準(zhǔn)面A須經(jīng)研磨，且壓緊螺母的內(nèi)端面要與機(jī)床的回轉(zhuǎn)軸線相垂直，以保證定位精度。外圓留磨余量0.2mm的情況下圓度和圓柱度小于0.005mm（專用夾具定位面的精度也應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的要求）；零件端面與外圓磨削后需經(jīng)人工時(shí)效處理，消除磨削產(chǎn)生的應(yīng)力，防止零件變形。裝夾時(shí)，首先把零件裝到專用夾具上，壓緊螺母的擰緊力不宜過大，以手的力量擰緊即可，其次把專用夾具裝到磨床卡盤上，先用少許力度擰緊卡盤，用百分表校正零件內(nèi)圓的跳動幅度＜0.05mm后擰緊卡盤。應(yīng)在零件一次安裝后完成粗磨與精磨的磨削。

2 砂輪的選擇、修整和砂輪接長桿的選擇

（1）砂輪的選擇。粗磨為了能夠快速把大部分的磨削余量去除，砂輪磨料選白剛玉（WA），粒度可選36?！?0＃，硬度為軟（R1），結(jié)合劑為陶瓷，尺寸選外徑×寬度×內(nèi)徑=70×40×20（mm）。精磨時(shí)為了保證磨削質(zhì)量，砂輪磨料選鉻剛玉（PA），粒度可選80?！?00＃，硬度為超軟（CR），為加強(qiáng)砂輪對零件的拋光作用，結(jié)合劑選樹脂，尺寸選80×32×20（mm）。

（2）砂輪的修整。精密磨削中最常使用單顆金剛石筆修整，金剛石筆應(yīng)具有70°～80°的銳角。在修整時(shí)，金剛石筆安裝在低于砂輪中心0.5~1.5mm處，筆尖順砂輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜10°～15°。砂輪的修整用量有砂輪線速度、修整速度、修整深度、修整次數(shù)和光修次數(shù)等，修整用量的選擇如表1所示。

表1 砂輪修整用量

在粗磨時(shí)，砂輪進(jìn)行粗修、精修兩次修整，在精磨時(shí)砂輪進(jìn)行粗修、半精修、精修三次修整，粗修時(shí)修整速度、深度和次數(shù)選大值，精修選小值。

（3）砂輪接長桿的選擇。接長桿的剛性不足時(shí)，容易產(chǎn)生彎曲變形和振動，對加工精度和表面質(zhì)量都有很大影響，因此，應(yīng)盡量選擇最短的接長桿。根據(jù)砂輪寬度40mm、壓緊螺母厚度30mm、砂輪越程長度15mm、桿左端面在工作臺行程最右邊時(shí)距離壓緊螺母左端面10mm（見圖2），算出接長桿的最短尺寸L桿=10+30+72+15=127mm。

圖2 接長桿計(jì)算圖

3 冷卻液的選擇

冷卻液在精密磨削加工中可以起到以下作用：

（1）帶走大量磨削產(chǎn)生的切削熱，避免燒傷、有效減少零件熱變形。

（2）沖走磨屑，避免拉傷零件表面。

（3）減少砂輪和零件間的摩擦，提高零件表面質(zhì)量。

（4）抑制積屑瘤的產(chǎn)生，從而提高零件表面質(zhì)量。

（5）砂輪和零件間的摩擦減少，還可以減緩砂輪磨損，提高磨削效率。

因此，合理使用冷卻液對零件表面品質(zhì)、磨削效率和砂輪使用壽命等有著舉足輕重的影響。在粗磨時(shí)，因?yàn)槟ハ饔嗔枯^大，單位時(shí)間去除的磨屑較多，產(chǎn)生的磨削熱也較多，為了達(dá)到較好的冷卻效果，冷卻液比例為：5%的乳化油+95%的水；在精磨時(shí)，磨削余量較小，產(chǎn)生的磨削熱較少，為了提高冷卻液的潤滑效果，使零件表面品質(zhì)得到較大提高，冷卻液比例為：10%乳化油+90%水。在使用過程中還應(yīng)保證冷卻系統(tǒng)及冷卻液的清潔，設(shè)置良好的過濾系統(tǒng)裝置。

4 磨削用量的選擇

在以上“硬件”滿足要求的情況下，如何選擇“軟件”（即磨削用量）就顯得尤為重要。磨削用量主要有砂輪轉(zhuǎn)速、工件圓周速度、工作臺速度、單次磨削深度、走刀次數(shù)和無火花磨削次數(shù)等，應(yīng)根據(jù)粗磨和精磨不同的精度要求來選擇，具體選擇的參數(shù)如表2所示。

表2 磨削用量的選擇

在磨削加工過程中，磨削用量還應(yīng)根據(jù)實(shí)際磨削情況作微調(diào)，這就需要操作者本人有靈活應(yīng)變的能力和分析問題、解決問題的能力，以適應(yīng)不同的磨削情況，最終加工出符合精度要求的零件。

此外，在操作過程中還要注意以下操作要領(lǐng)：

（1）因砂輪在零件內(nèi)部進(jìn)行磨削，操作者無法看清磨削情況，在對刀過程中往往不加注冷卻液，粗磨時(shí)可通過觀察火花來確定對刀情況；精磨時(shí)，因磨削余量很少，可在零件靠右側(cè)的孔壁處涂一層薄而均的紅丹油，讓砂輪緩慢地接近磨削表面，直到紅丹油被磨去再加注冷卻液，然后便可進(jìn)刀磨削。

（2）磨削過程中因澆注冷卻液，無法觀察火花出現(xiàn)的情況，只能靠仔細(xì)聽磨削的聲音來辨別磨削情況是否正常，如出現(xiàn)聲音突然增大應(yīng)立即把砂輪退出磨削面，并分析原因，排除故障后再重新對刀磨削。

（3）因接長桿的剛性有限，內(nèi)圓磨削比外圓、平面磨削更容易出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，因此，當(dāng)精磨余量還剩0.01mm時(shí)，不要進(jìn)刀，光磨10～15次后測量尺寸，如果還大再考慮進(jìn)刀磨削，直到符合精度要求。

精密超薄套筒的磨削加工，各方面要求都很高，一旦某個(gè)方面沒達(dá)到要求，工件很容易出現(xiàn)喇叭口、鼓形、燒傷、表面拉毛劃傷等表面缺陷，出現(xiàn)問題時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以分析，找出問題的根源從而消除這些缺陷。

5 結(jié)束語

精密超薄套筒的磨削加工，從零件的裝夾、砂輪的選擇、磨削用量的選擇和操作技術(shù)等各方面要求都很高，一旦某個(gè)方面沒達(dá)到要求，工件很容易出現(xiàn)喇叭口、鼓形、燒傷、表面拉毛劃傷等表面缺陷，因此要考慮各方面的不利因素，利用技術(shù)手段加以分析解決，從而保證加工出來的零件能達(dá)到圖紙的技術(shù)要求。

[1]吳國梁.磨工實(shí)用技術(shù)手冊[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

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