CN108789156B - 一种无心磨砂轮的在线修整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无心磨砂轮的在线修整方法。该在线修整方法包括以下步骤：以修整砂轮为工件，用无心磨砂轮对修整砂轮进行无心磨削，无心磨削时在磨削部位引入游离磨料。本发明的无心磨砂轮的在线修整方法，主要是以修整砂轮和游离磨料对无心磨砂轮进行在线修整。修整过程中，修整砂轮在外部径向磨削压力作用下能够很好的嵌入无心磨砂轮的结合剂中，使结合剂破碎，从而释放嵌入无心磨砂轮结合剂内部的磨料，在磨削部位引入的游离磨料在挤压力的作用下，利用自身滚动和外力趋势滑动的作用，使破碎的结合剂和磨平的金刚石颗粒脱落，实现无心磨砂轮的在线修整。

Description

一种无心磨砂轮的在线修整方法
技术领域
本发明属于砂轮的修整领域，具体涉及一种无心磨砂轮的在线修整方法。
背景技术
无心磨削是一种高生产率的精密加工方法，可以对陶瓷、不锈钢、硬质合金等材料进行外圆加工，其特点是加工效率高、外圆同心度好、表面质量优异。如图1所示的无心磨削过程中，工件3置于无心磨砂轮1和导轮2之间，靠托板4支承，工件被磨削的外圆面作定位面。由于不用顶尖支撑，所以称为无心磨削，是工件中心不固定的磨削。
砂轮在使用一段时间后，磨粒逐渐变钝，而且发生不均匀的磨损，导致磨削后工件的加工质量变坏，对砂轮的有效修整是保证高质量加工的前提。目前，无心磨砂轮的修整主要采用以下方法：1、金刚笔修整法。该方法需要专门在无心磨床上设置进给底座，进给底座上设置砂轮修整架，砂轮架修整架上安装金刚笔，当需要修整砂轮时，需要调整进给底座和底座的相对位置，以及砂轮修整架与进给底座的相对位置，调整相对复杂，且修整效果不稳定，通用性较差。2、采用中软级别的绿碳化硅或者白刚玉砂轮进行对磨修整，该方法在修整时，需要卸掉无心磨砂轮，重新安装在外圆磨或者特殊的修整机器上进行修整，不能在线修整，由于无心磨砂轮重量尺寸都较大，装卸过程极其不便，费时费力，且修整时非常浪费绿碳化硅或者白刚玉砂轮。综合来看，现有无心磨砂轮的修整过程繁琐，而且不能实现在线修整。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无心磨砂轮的在线修整方法，从而解决无心磨砂轮的修整过程繁琐，不能实现在线修整的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种无心磨砂轮的在线修整方法，包括以下步骤：以修整砂轮为工件，用无心磨砂轮对修整砂轮进行无心磨削，无心磨削时在磨削部位引入游离磨料。
本发明的无心磨砂轮的在线修整方法，主要是以修整砂轮和游离磨料对无心磨砂轮进行在线修整。修整过程中，修整砂轮磨粒在外部径向磨削压力作用下能够很好的嵌入无心磨砂轮的结合剂中，使结合剂破碎，从而释放嵌入无心磨砂轮结合剂内部的磨料(如金刚石)，在磨削部位引入的游离磨料在挤压力的作用下，利用自身滚动和外力趋势滑动的作用，使破碎的结合剂和磨平的金刚石颗粒脱落，实现无心磨砂轮的在线修整。该方法在实现在线修整的基础上，还具有较高的修整效率，可简单、快捷地完成无心磨砂轮的修整。
修整砂轮的磨粒硬度低于无心磨砂轮的磨粒硬度，这样有利于破开无心磨砂轮的结合剂，并避免对无心磨砂轮中的磨粒造成物理机械损伤。以树脂结合剂无心磨金刚石砂轮为例，可选择金属结合剂CBN砂轮作为修整砂轮，CBN的硬度仅次于金刚石硬度，但高于树脂结合剂的硬度，因而可以实现前述过程。修整砂轮与无心磨砂轮的硬度差别不易过大，否则会降低修整效率，造成修整砂轮的耗费严重。
游离磨料的选择没有特殊限制，从成本、硬度等方面综合考虑，所述游离磨料为碳化硅、刚玉、碳化硼中的至少一种。碳化硅可选择绿碳化硅等品种，刚玉可选择白刚玉等品种。修整砂轮的磨料粒度与游离磨料的粒度依据无心磨砂轮的粒度而定，一般情况下，无心磨砂轮的直径为200mm-500mm，长度为50mm-200mm。修整砂轮的磨料粒度为80#～140#，游离磨料的粒度为60#～600#。修整砂轮的直径为10-50mm，长度为20-60mm。为了保证修整效率，在修整轮和游离磨料的机械挤压作用下，使无心磨砂轮的结合剂很快的破碎，露出新的刃口，一般修整砂轮的粒度比无心磨粒度粗1-3个粒度等级，游离磨料粒度与无心磨粒度相同或者粗1个粒度等级。
无心磨砂轮与工件(修整砂轮)磨削时，在磨削部位的上游形成无心磨砂轮与修整砂轮围成的楔形区域，在该楔形区域内加入游离磨料，来实现引入游离磨料的目的。游离磨料能够在磨削部位均匀密集分布即可，一般情况下，可以用无心磨砂轮的直径来预估游离磨料的加入质量，针对直径为d0mm的无心磨砂轮，游离磨料的加入量为1.5d0-3d0g。
无心磨砂轮的纵向长度一般大于上述修整砂轮(如金属结合剂CBN砂轮)的纵向长度，为提高修整效率，可以3-6个修整砂轮为一组，按照通过式磨削方式(贯穿磨削法)实现快速、连续修整。每组修整砂轮在对无心磨砂轮进行修整时，可以在一组砂轮中的首个砂轮开始磨削时，在上述楔形区域内连续加入游离磨料，这时游离磨料在挤压力的作用下可均匀粘附在无心磨砂轮整个表面，后续砂轮依次通过时，可以根据需要选择在相应的楔形区域内加入或不加入游离磨料。当然，也可采用多组修整砂轮完成相应次数的修整循环，来实现更好的修整效果。
为使修整过程平稳、高效的进行，优选的，修整时，无心磨砂轮的线速度为25-45m/s，导轮的线速度为10-20m/s。无心磨砂轮的进给速度为0.3-0.9mm/min。
为进一步提高修整砂轮对无心磨砂轮结合剂的破开效果，优选的，修整时采用pH值为5.5-7.0的酸性溶液为冷却液。
使用上述弱酸性冷却液，能够使无心磨砂轮所使用的树脂结合剂的强度降低、脆性增加，有利于修整砂轮的磨粒(如CBN)嵌入，并加速树脂结合剂自身的破碎，利于修整的进行，使无心磨砂轮的磨粒产生新的刃口。为更好的去除修整磨屑和实现冷却，优选的，冷却液的喷射速度为2.5-6.5m/s。喷嘴采用偏平喷嘴，喷嘴长度50-150mm，宽度10-20mm，喷嘴位置位于无心磨砂轮的最高母线上方。向左或右倾斜45°。
为了进一步对未能修整到的树脂结合剂和破碎的嵌入结合剂的金刚石平头磨料进行去除，优选的，修整砂轮与无心磨砂轮的磨削结束后，完成粗修过程，粗修后进行精修，所述精修是以橡胶轮为工件，利用粗修后的无心磨砂轮对橡胶轮进行无心磨削，无心磨削时在磨削部位引入游离磨料。
精修时，以橡胶轮配合游离磨料作为工件进行磨削，可对粗修过程未能修整掉的结合剂继续破碎且使埋藏较深的金刚石露出刃口。橡胶轮具有一定的弹性，在无心磨砂轮和导轮的共同挤压下，发生弹性形变，此弹性形变反作用于游离磨料，能够推动游离磨料在一定的作用力下对无心磨砂轮的结合剂进行破碎，从而使修整的一致性更好。即粗修过程破碎的结合剂可能凸凹不平，精修过程能够使突出的结合剂发生破碎，达到金刚石出刃高度一致性。精修过程所用游离磨料可参考粗修过程，优选以碳化硼为游离磨料。
橡胶轮可采用丁苯橡胶、天然橡胶、丁晴橡胶等。一般情况下，橡胶轮的直径为10-50mm，长度为30-90mm。与粗修过程类似的，精修时，可以2-4个橡胶轮为一组进行通过式修整，可循环进行多组来完善精修过程。精修时，无心磨砂轮的线速度为35-45m/s，导轮的线速度为15-25m/s，无心磨砂轮的进给速度为0-0.6mm/min。进一步优选的，无心磨砂轮的进给速度为0.2-0.6mm/min。
精修时采用精修冷却液，所述精修冷却液由包括以下步骤的方法制得：升温配制过饱和氯化钠溶液，降温至室温即可。过饱和氯化钠溶液的质量浓度可控制为25％-40％。优选的，精修用冷却液的喷射速度为10-25m/s。精修冷却液含有一定量的氯化钠颗粒，氯化钠颗粒能够作为一种机械游离传动媒介，在喷嘴压力条件下，能够在一定速度的冲击下，很好的去除修整磨屑，且能够使发生堆积的游离磨料更加均匀。
经历粗修和精修后，砂轮表面可能仍会残留一部分游离磨料和游离的破碎后的结合剂，为进一步优化砂轮的修整效果，优选的，所述精修结束后，进行光修，所述光修是以合金棒材为工件，利用精修后的无心磨砂轮对合金棒材进行光磨。
光修过程一方面可以去除上述残留的游离磨料和碎裂结合剂，另一方面能够利用合金棒材对精修后的砂轮进行试磨削，去除粗修和精修过程脱落的或者即将脱落的砂轮磨粒(如金刚石等)，以防后续再应用于实际磨削时，这些砂轮磨粒在没有结合剂把持或把持力很小的情况下脱落，对工件造成划痕。经过上述粗修、精修及光修过程，可以使砂轮磨粒的出刃高度趋向于一致，既便是修整难度大的无心磨砂轮，最终也能达到完美的修锐效果。
合金棒材可选择钛铌合金、钨钼合金、铝镁合金等。合金棒材的直径可在30-90mm之间选择。为进一步提高光修效果，优选的，光修时，无心磨砂轮的线速度为15-20m/s，导轮的线速度为5-10m/s。光修时，无进给，光刀磨削，光修用冷却液采用水即可。
附图说明
图1为无心磨砂轮的磨削示意图；
图2为本发明的无心磨砂轮在线修整的示意图；
图中，1-无心磨砂轮，2-导轮，3-工件，4-托板，5-游离磨料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。本发明的修整方法的主要过程的示意图如图2所示，其是通过在工件上方或无心磨砂轮与工件形成的楔形区域内加入游离磨料5，从而在磨削部位引入游离磨料，然后利用砂轮与工件和游离磨料的磨削实现在线修整。
实施例1
本实施例的无心磨砂轮的在线修整方法，采用以下步骤：
1)粗修：以青铜结合剂CBN砂轮为工件，磨削时在无心磨砂轮与工件围成的楔形区域内加入绿碳化硅(GC)游离磨料，以将绿碳化硅游离磨料引入磨削部位，青铜结合剂CBN砂轮和绿碳化硅的规格参数如表1所示：
表1青铜结合剂CBN砂轮和绿碳化硅的规格参数
CBN粒度 直径 浓度(体积百分数) 个数/组 GC粒度 质量(克)
100# 10mm 15 3 120# 1.5倍砂轮直径(mm)
粗修时使用pH＝5.5-7的酸性溶液(浓度为45％的硫酸铵的水溶液)。粗修时的砂轮线速度、导轮线速度、砂轮进给速度、冷却液流速如表2所示，粗修共进行3个修整循环，即3组青铜结合剂CBN砂轮按通过式磨削方式进行修整。
表2粗修工艺参数
砂轮线速速 导轮线速度 砂轮进给速度 冷却液流速 冷却液pH值 修整循环次数
25m/s 10m/s 0.3mm/min 10m/s 5.5 3
2)精修：精修以丁苯橡胶轮为工件，在丁苯橡胶轮的上方加入碳化硼游离磨料，磨削时碳化硼游离磨料被引入磨削部位，丁苯橡胶轮和碳化硼游离磨料的技术参数如表3所示。精修利用丁苯橡胶轮的回弹性，挤压游离的碳化硼磨料对树脂无心磨砂轮进行较好的修整。
表3丁苯橡胶轮和碳化硼游离磨料的技术参数
橡胶轮直径 橡胶轮长度 个数/组 碳化硼粒度 碳化硼质量(g)
20mm 50mm 3 140# 1.7倍砂轮直径(mm)
精修所用冷却液由NaCl过饱和溶液冷却制得，精修工艺参数如表4所示。
表4精修工艺参数
砂轮线速度 导轮线速度 砂轮进给速度 冷却液流速 修整循环次数
35m/s 15m/s 0.2mm/min 10m/s 3
3)光修：以钛铌合金棒(铌65钛35)为工件，去离子水为冷却液，具体工艺参数如表5所示。
表5光修工艺参数
砂轮线速度 导轮线速度 合金棒长度 砂轮进给速度 冷却液 修整循环次数
10m/s 5m/s ＞砂轮总厚度 0mm/min 去离子水 2
光修去除前两个步骤修整残留的游离磨料和砂轮本身脱落的金刚石和破碎的树脂结合剂，最终达到完美的修锐要求。
实施例2
本实施例的无心磨砂轮的在线修整方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：
步骤1)粗修时，CBN砂轮的直径为30mm，CBN的粒度为120#，以2个CBN砂轮为一组，共进行4个修整循环，游离磨料选用粒度为200#的白刚玉，砂轮线速度为30m/s，导轮线速度为15m/s，砂轮进给速度为0.5mm/min，冷却液的pH值为6.0，流速为15m/s。
步骤2)精修时，游离磨料为碳化硼，粒度为200#，用量为砂轮直径的2倍，砂轮线速度为40m/s，导轮线速度为20m/s，砂轮进给速度为0.2mm/min，冷却液的流速为12m/s。
步骤3)光修时，砂轮线速度为20m/s，导轮线速度为10m/s。
试验例
本试验例检测实施例1和实施例2的修整后的无心磨砂轮的性能指标，结果如表6所示。
表6修整后的无心磨砂轮的性能指标
Figure BDA0001670440610000061
(注：砂轮耐用度为两次修整间隔砂轮磨削的工件数量或者砂轮持续磨削时间。)
由表6的检测结果可知，与现有金刚笔和绿碳化硅修整方法相比，本发明的方法能够很好的实现无心磨砂轮的在线修整，具有修整效率高、消耗小，修整后出刃高度一致性好，修整均匀，简单有效的特点。
在本发明的无心磨砂轮的在线修整方法的其他实施例中，粗修、精修、光修过程的砂轮线速度、导轮线速度、砂轮进给速度、冷却液流速等工艺参数可以根据实际情况进行调整；在砂轮修整精度要求不高的场合，也可仅利用实施例1步骤1)的粗修过程完成砂轮的主要修整，然后利用与工件的试磨削，完成整个修整过程。

Claims (7)

1.一种无心磨砂轮的在线修整方法，其特征在于，包括以下步骤：以修整砂轮为工件，用无心磨砂轮对修整砂轮进行无心磨削，无心磨削时在磨削部位引入游离磨料；所述引入游离磨料是在磨削部位的上游形成的无心磨砂轮与修整砂轮围成的楔形区域内加入游离磨料；
修整砂轮与无心磨砂轮的磨削结束后，完成粗修过程，粗修后进行精修，所述精修是以橡胶轮为工件，利用粗修后的无心磨砂轮对橡胶轮进行无心磨削，无心磨削时在磨削部位引入游离磨料；
所述精修结束后，进行光修，所述光修是以合金棒材为工件，利用精修后的无心磨砂轮对合金棒材进行光磨。
2.如权利要求1所述的无心磨砂轮的在线修整方法，其特征在于，修整砂轮的磨粒硬度低于无心磨砂轮的磨粒硬度。
3.如权利要求1所述的无心磨砂轮的在线修整方法，其特征在于，所述游离磨料为碳化硅、刚玉、碳化硼中的至少一种。
4.如权利要求1所述的无心磨砂轮的在线修整方法，其特征在于，修整时采用pH值为5.5-7.0的酸性溶液为冷却液。
5.如权利要求1-4中任一项所述的无心磨砂轮的在线修整方法，其特征在于，修整时，无心磨砂轮的线速度为25-45m/s，导轮的线速度为10-20m/s。
6.如权利要求1所述的无心磨砂轮的在线修整方法，其特征在于，精修时，无心磨砂轮的线速度为35-45m/s，导轮的线速度为15-25m/s。
7.如权利要求1所述的无心磨砂轮的在线修整方法，其特征在于，光修时，无心磨砂轮的线速度为15-20m/s，导轮的线速度为5-10m/s。
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