CN103991040A - 一种发动机气门成型cbn砂轮的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，包括砂轮基体准备、砂轮基体半精加工、砂轮基体精加工、CBN磨料电镀等步骤；CBN作为一种超硬材料，本身的特性使得磨削过程中的损耗很小，能保持锋利性，加工过程中不需要修整，加工效率和使用寿命比成型铣刀轮提高一倍以上，比普通刚玉砂轮提高两倍以上，批量加工时首件和末件的偏差可控制在0.005mm以内，本发明通过高精度数控车床来加工砂轮基体的外圆轮廓，可以方便高效的在不同的型线轮廓间转换，大幅降低了生产成本，缩短了生产周期。
Description
技术领域
本发明涉及磨料磨具行业中超硬磨具的加工技术，具体涉及一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法。
背景技术
气门是发动机的重要部件，气门的加工精度直接影响到发动机工作的可靠性和效率。目前常用的加工方法有：数控精车法和成型磨削法。成型磨削砂轮包括普通刚玉砂轮和新型的电镀CBN砂轮。
成型电镀CBN砂轮以立方氮化硼为磨料，此磨料是硬度仅次于金刚石的超硬材料，它不但具有金刚石的许多优良特性，而且有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性,可有效降低被加工工件在磨削过程中的疲劳度，增加工件使用寿命，且自锐性好，磨削锋利，不易堵塞和烧伤工件，适合高速磨削。CBN磨料通过电镀法固结在经过精密加工成型的钢基体上，可对钢件或铸铁件进行硬磨削加工，而且可以很好的保持形状精度。由于以上特性，采用成型电镀CBN砂轮磨削气门锁夹槽﹑外圆锥面盘端部等关键部位，可以有效保证气门的精度和一致性，大幅提高加工效率，相比传统方法具有明显优势和广阔前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定性好、磨削精度高的发动机气门成型CBN砂轮的加工方法。
本发明的技术方案：一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，包括以下步骤：
a、砂轮基体准备：采用金属锻造件，胚料粗加工，调质硬度为HRC28～32，时效处理后经过探伤确保无裂纹和砂眼等缺陷；
b、砂轮基体半精加工：锻造件半精车后在两端面上均匀加工出沉孔，磨床 加工出两端面和内孔，待用；
c、砂轮基体精加工：将磨削加工后的砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm，然后精车外圆轮廓，两端面各精车出≥3mm的台阶，和外圆轮廓一次装夹加工完成，用三坐标检测仪来检测基体外圆轮廓和形位公差；
d、镀层：采用电镀金属原理通过金属结合剂在砂轮基体表面的沉积，将CBN磨料均匀固结在砂轮基体外圆轮廓上；
e、电镀后的砂轮在数控车床上装夹校正，高转速磨削仿形样块，用三坐标检测仪来检测样块轮廓，如有偏差则需对砂轮局部抛光修整；
f、修整好的砂轮做动平衡达到G0.4标准，即得成品。
进一步的，所述步骤a中砂轮基体采用45钢﹑40Cr﹑35CrMo等材料制备。
进一步的，所述步骤b中砂轮两端面平行度要求≤0.005mm，粗糙度Ra值≤0.8μm，内孔的圆度要求≤0.002mm，粗糙度Ra值≤0.8μm。
进一步的，所述步骤c中精磨砂轮基体轮廓度要求≤0.005mm，粗磨砂轮基体轮廓度要求≤0.02mm。
进一步的，所述步骤d中金属结合剂采用镍合金。
进一步的，所述步骤d中CBN颗粒的埋入率控制在30～50％之间。
进一步的，所述步骤e中砂轮以＞3000r/min的速率磨削仿形样块。
本发明还提供一种利用上述方法制备的发动机气门成型CBN砂轮,包括砂轮本体，所述砂轮本体外圆周端面设置有与气门盘锥面、气门颈部及气门杆部外形匹配的第一磨面，所述砂轮本体侧面设置有可磨削气门盘端部的第二磨面。
作为优选，所述砂轮本体侧面还设置有可磨削气门盘端部倒角的斜磨面。
作为进一步优选，所述砂轮本体侧面设置有环槽，所述砂轮本体侧面圆周设置有连通环槽的直槽。
作为进一步优选，所述砂轮本体侧面外缘设置斜角X，所述斜角X角度为3～10°。
本发明的有益效果：
(1)CBN作为一种超硬材料，本身的特性使得磨削过程中的损耗很小，能保持锋利性，加工过程中不需要修整，加工效率和使用寿命比成型铣刀轮提高一倍以上，比普通刚玉砂轮提高两倍以上，批量加工时首件和末件的偏差可控 制在0.005mm以内。
(2)成型CBN砂轮采用高强度的钢基体，最高线速度可达150m/s，电镀金属结合剂对磨料的把持力也十分牢固，适合高速磨削，转速越高，磨削质量和效率越高，工件的表面粗糙度Ra值可达到0.4μm，磨削量＜1mm的情况下，普通砂轮大约需要15s以上，而电镀成型CBN砂轮仅需2～5s。
(3)本发明通过高精度数控车床来加工砂轮基体的外圆轮廓，可以方便高效的在不同的型线轮廓间转换，大幅降低了生产成本，缩短了生产周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明局部结构示意图；
图2为发明砂轮磨削气门局部部位的结构示意图；
图3为发明砂轮磨削气门局部部位的结构示意图；
图中：1-砂轮本体、2-直槽、3-环槽、4-斜磨面、51-气门盘锥面、52-气门颈部、53-气门杆部、54-气门盘端部、55-气门盘端部倒角。
具体实施方式
为使本领域技术人员详细了解本发明的方法和技术效果，下面以具体实施例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。
实施例1
一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，包括以下步骤：
a、砂轮基体准备：砂轮基体采用45钢锻造件，调质硬度为HRC28～32，时效处理后经过探伤确保无裂纹和砂眼等缺陷；
b、砂轮基体半精加工：锻造件半精车后根据实际生产情况，在两端面上均匀加工出通孔，磨床加工出两端面和内孔，待用，砂轮两端面平行度要求≤0.005mm，粗糙度Ra值≤0.8μm，内孔的圆度要求≤0.002mm，粗糙度Ra值≤ 0.8μm；
c、砂轮基体精加工：将磨削加工后的砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm，然后精车外圆轮廓，精磨砂轮基体轮廓度要求≤0.005mm，粗磨砂轮基体轮廓度要求≤0.02mm，两端面各精车出≥3mm的台阶，和外圆轮廓一次装夹加工完成，用三坐标检测仪来检测基体外圆轮廓和形位公差；
d、镀层：采用电镀金属原理通过金属结合剂在砂轮基体表面的沉积，将CBN磨料均匀固结在砂轮基体外圆轮廓上，CBN颗粒的埋入率控制在35～40％之间；
e、电镀后的砂轮在数控车床上装夹校正，以＞3000r/min的速率磨削仿形样块，用三坐标检测仪来检测样块轮廓，如有偏差则需对砂轮局部抛光修整；
f、修整好的砂轮做动平衡达到G0.4标准，即得成品。
实施例2
一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，包括以下步骤：
a、砂轮基体准备：砂轮基体采用40Cr锻造件，调质硬度为HRC28～32，时效处理后经过探伤确保无裂纹和砂眼等缺陷；
b、砂轮基体半精加工：锻造件半精车后根据实际生产情况，在两端面上均匀加工出通孔，磨床加工出两端面和内孔，待用，砂轮两端面平行度要求≤0.005mm，粗糙度Ra值≤0.8μm，内孔的圆度要求≤0.002mm，粗糙度Ra值≤0.8μm；
c、砂轮基体精加工：将磨削加工后的砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm，然后精车外圆轮廓，精磨砂轮基体轮廓度要求≤0.005mm，粗磨砂轮基体轮廓度要求≤0.02mm，两端面各精车出≥3mm的台阶，和外圆轮廓一次装夹加工完成，用三坐标检测仪来检测基体外圆轮廓和形位公差；
d、镀层：采用电镀金属原理通过金属结合剂在砂轮基体表面的沉积，将CBN磨料均匀固结在砂轮基体外圆轮廓上，CBN颗粒的埋入率控制在45～50％之间；
e、电镀后的砂轮在数控车床上装夹校正，以＞3000r/min的速率磨削仿形样块，用三坐标检测仪来检测样块轮廓，如有偏差则需对砂轮局部抛光修整；
f、修整好的砂轮做动平衡达到G0.4标准，即得成品。
实施例3
一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，包括以下步骤：
a、砂轮基体准备：砂轮基体采用35CrMo锻造件，调质硬度为HRC28～32，时效处理后经过探伤确保无裂纹和砂眼等缺陷；
b、砂轮基体半精加工：锻造件半精车后根据实际生产情况，在两端面上均匀加工出通孔，磨床加工出两端面和内孔，待用，砂轮两端面平行度要求≤0.005mm，粗糙度Ra值≤0.8μm，内孔的圆度要求≤0.002mm，粗糙度Ra值≤0.8μm；
c、砂轮基体精加工：将磨削加工后的砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm，然后精车外圆轮廓，精磨砂轮基体轮廓度要求≤0.005mm，粗磨砂轮基体轮廓度要求≤0.02mm两端面各精车出≥3mm的台阶，和外圆轮廓一次装夹加工完成，用三坐标检测仪来检测基体外圆轮廓和形位公差；
d、镀层：采用电镀金属原理通过金属结合剂在砂轮基体表面的沉积，将CBN磨料均匀固结在砂轮基体外圆轮廓上，CBN颗粒的埋入率控制在40～45％之间；
e、电镀后的砂轮在数控车床上装夹校正，以＞3000r/min的速率磨削仿形样块，用三坐标检测仪来检测样块轮廓，如有偏差则需对砂轮局部抛光修整；
f、修整好的砂轮做动平衡达到G0.4标准，即得成品。
实施例4
根据实施例1～3所述方法制备的一种发动机气门成型CBN砂轮，如图1～3所示，包括砂轮本体1，所述砂轮本体1外圆周端面设置有与气门盘锥面51、气门颈部52及气门杆部53外形匹配的第一磨面，所述砂轮本体1侧面设置有可磨削气门盘端部54的第二磨面。
作为本实施例的优选方案，所述砂轮本体1侧面还可以设有可磨削气门盘端部倒角55的斜磨面4。
作为本实施例进一步优选方案，所述砂轮本体1侧面可增设环槽3，所述砂轮本体1侧面圆周可增设连通环槽3的直槽2。所述环槽的深度和宽度均为2～4mm；所述直槽的深度为2～4mm，宽度为4～8mm。环槽和直槽的设计，可以有效排出大量碎屑，大大降低砂轮堵塞的几率，提高了砂轮寿命，又可以把磨削液输送到位，真正起到润滑﹑冷却的作用，避免气门的烧伤，保证了磨削质量。
作为本实施例进一步的优选方案，所述砂轮本体1侧面外缘还可设置斜角X。气门盘端部的直径一般为∮30～80mm，由于气门和砂轮同时作回转运动，砂轮的侧面磨削区环宽须大于其半径尺寸，才能将端面磨削到位。磨削过程是纵向一次进给完成的，砂轮侧面容易被气门盘端部撞击，造成磨料层脱落，由于磨料和气门盘端部大面积接触，磨削液很难渗透到磨削部位，易造成砂轮的堵塞和工件烧伤等情况，本实施例在砂轮的侧面外缘部分加工出一个X斜角过渡，斜角再与砂轮外圆圆弧连接，解决了砂轮被撞击的问题，使得磨削过程平顺进行。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、砂轮基体准备：采用金属锻造件，胚料粗加工，调质硬度为HRC28～32，时效处理后经过探伤确保无裂纹和砂眼等缺陷；
b、砂轮基体半精加工：基体胚料半精车后在两端面上均匀加工出沉孔，磨床加工出两端面和内孔，待用；
c、砂轮基体精加工：将磨削加工后的砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm，然后精车外圆轮廓，两端面各精车出≥3mm的台阶，和外圆轮廓一次装夹加工完成，用三坐标检测仪来检测基体外圆轮廓和形位公差；
d、镀层：采用电镀金属原理通过金属结合剂在砂轮基体表面的沉积，将CBN磨料均匀固结在砂轮基体外圆轮廓上；
e、电镀后的砂轮在数控车床上装夹校正，以＞3000r/min的转速磨削仿形样块，用三坐标检测仪来检测样块轮廓，如有偏差则需对砂轮局部抛光修整；
f、修整好的砂轮做动平衡达到G0.4标准，即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，其特征在于：所述步骤a中砂轮基体采用45钢﹑40Cr或35CrMo材料制备。
3.根据权利要求1所述的一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，其特征在于：所述步骤b中砂轮两端面平行度要求≤0.005mm，粗糙度Ra值≤0.8μm，内孔的圆度要求≤0.002mm，粗糙度Ra值≤0.8μm。
4.根据权利要求1所述的一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，其特征在于：所述步骤c中精磨砂轮基体轮廓度要求≤0.005mm，粗磨砂轮基体轮廓度要求≤0.02mm。
5.根据权利要求1所述的一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，其特征在于：所述步骤d中金属结合剂采用镍合金。
6.根据权利要求1所述的一种发动机气门成型CBN砂轮的加工方法，其特征在于：所述步骤d中CBN颗粒的埋入率控制在30～50％之间。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的加工方法制备的发动机气门成型CBN砂轮，包括砂轮本体(1)，所述砂轮本体(1)外圆周端面设置有与气门盘锥面(51)、气门颈部(52)及气门杆部(53)外形匹配的第一磨面，其特征在于：所述砂轮本体(1)侧面设置有可磨削气门盘端部(54)的第二磨面。
8.根据权利要求7所述的发动机气门成型CBN砂轮，其特征在于：所述砂轮本体(1)侧面设置有可磨削气门盘端部倒角(55)的斜磨面(4)。
9.根据权利要求7所述的一种发动机气门成型砂轮，其特征在于：所述砂轮本体(1)侧面设置有环槽(3)，所述砂轮本体(1)侧面圆周设置有连通环槽(3)的直槽(2)。
10.根据权利要求7所述的一种发动机气门成型CBN砂轮，其特征在于：所述砂轮本体(1)侧面外缘设置斜角X，所述斜角X角度为3～10°。
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