超硬微小半球偶件的磨削加工方法
2023-05-22 06:29:21 4
專利名稱：超硬微小半球偶件的磨削加工方法
技術領域：
本發明涉及一種偶件的磨削加工方法，具體涉及一種超硬微小半球偶件的磨削加工方法，屬於磨削加工技術領域。
背景技術：
用於動壓軸承的微小半球偶件採用一種新型輕質硬質合金材料，它具有極高的硬度(其HRC達到92 93)，並且對偶件的形狀精度和尺寸精度要求極高。目前，傳統的加工方法仍局限於採用粗磨、精磨、研磨及拋光等工藝過程的生產階段，但該方法往往在研拋時的尺寸精度和表面粗糙度難以兩全，尺寸一致性差，互換性不好，技術水平低，工藝不穩定。 再加上生產裝備落後，生產困難，周期長。因此儘管動壓軸承球形偶件有著無可比擬的功能性優勢，卻因受制於缺乏確定性、高精度的製造技術，嚴重製約著動壓軸承球形偶件的推廣應用。
發明內容
本發明為了解決現有的微小半球偶件的加工方法存在研拋工序繁瑣、尺寸精度和表面粗糙度無法同時滿足、工件加工效率低的問題，進而提供了一種超硬微小半球偶件的磨削加工方法。本發明所述的「微小半球偶件」是指半球偶件凸球面的外徑小於10 15mm。本發明為解決上述技術問題採取的技術方案是所述方法是按照以下步驟實現的步驟A、成形砂輪磨削先採用成型磨削法對用於高精度動壓氣浮軸承上的半球偶件的凸球面和凹球面進行粗加工；步驟Al、半球偶件凸球面磨削設計用於磨削半球偶件凸球面的凹球成形砂輪所述凹球成形砂輪選用電鍍砂輪，砂輪粒度為325# ；根據工件形狀、目標加工尺寸、磨削效率和砂輪磨損情況設計凹球成形砂輪的埠直徑、圓弧直徑以及圓弧長度，凹球成形砂輪的埠直徑為工件(半球偶件凸球面)目標加工尺寸半徑的1. 6 1. 8倍，凹球成形砂輪的圓弧直徑比工件(半球偶件凸球面)成形目標加工直徑大50 μ m，凹球成形砂輪的圓弧長度為30° 40°圓心角所對應的圓弧長度；凹球成形砂輪凹球面的球面度在20 μ m以內；在磨削過程中要保證半球偶件凸球面的整個半球面都能被磨削到且工件(半球偶件凸球面)兩側受力均勻，使凹球成形砂輪的軸線與工件(半球偶件凸球面)的軸線之間的夾角為25° 40° ；在對半球偶件凸球面進行磨削時，磨削工藝參數為磨削深度為0. Ιμπι/s、工件轉速為60r/min、凹球成形砂輪的砂輪轉速為45000r/min ；步驟A2、半球偶件凹球面磨削設計用於磨削半球偶件凹球面的凸球成形砂輪所述凸球成形砂輪選用電鍍砂輪，砂輪粒度為325# ；根據工件形狀、目標加工尺寸、磨削效率和砂輪磨損情況設計凸球成形砂輪的球面直徑以及圓弧長度，凸球成形砂輪的球面直徑比工件(半球偶件凹球面)成形目標加工直徑小50μπι，圓弧長度為觀0° 310°圓心角所對應的圓弧長度；凸球成形砂輪的圓弧長度大於半球偶件凹球面的圓弧長度以保證整個球面都能被磨削到且工件 (半球偶件凹球面)在磨削時在圓周方向上受力均勻；使凹球成形砂輪的軸線與工件(半球偶件凹球面)的軸線之間的夾角為25° 40° ；在對半球偶件凹球面進行磨削時，磨削工藝參數為磨削深度為0. Ιμπι/s、工件轉速為60r/min、凸球成形砂輪的砂輪轉速為45000r/min ；步驟B、直角砂輪範成精密磨削待所述半球偶件的凸球面和凹球面的餘量在 50 μ m時再用經過精密修整的直角砂輪精密磨削步驟Bi、採用型號為SD2000#的圓柱形樹脂砂輪作為精密磨削過程中的直角砂輪，在對半球偶件的凸球面和凹球面進行精磨磨削之前先對所述直角砂輪進行在機整形和修銳；步驟B2、在對半球偶件的凸球面和凹球面進行磨削時，磨削工藝參數為所述直角砂輪的砂輪轉速為40000r/min，半球偶件的凸球面和凹球面的工件轉速為200r/min，所述直角砂輪的進給速度為lmm/min ；先將所述直角砂輪的橫向進給量控制在3 μ m/pass以進行半精加工，然後再控制在0. 5 μ m/pass以進行精加工；步驟C、最後得到凸球面和凹球面的面型尺寸為目標加工尺寸的半球偶件。本發明的有益效果是本發明方法技術要點在於將成形砂輪磨削加工和精密砂輪範成磨削加工集成一體用於磨削動壓軸承上的微小半球偶件，本發明方法避免了研拋的繁瑣和尺寸不精確性， 不僅能加工出滿足面形精度的尺寸要求，保證較好的表層、亞表層質量，還能在很大程度上提高工件的加工效率，降低生產成本。採用成形磨削和直角砂輪範成磨削相結合的方法，一方面可以大大縮短製造周期，將原來需要五天加工一個工件的時間縮短到兩天，提高加工效率，同時減少了砂輪損耗，節省製造成本；另一方面可以有效地保證零件的尺寸精度、面形精度以及較小的表層和壓表層損傷，提高工件的利用率和互換性。在以上磨削條件下，可以達到滿足要求的磨削效果表面粗糙度在15nm以內，半徑尺寸偏差在5 μ m以內，形狀精度峰谷值在0. 2 μ m以內。 因此，本發明方法可有效應用於航空、航天等高精尖領域中微小半球偶件的磨削加工(參見圖5 8)。
圖1是本發明所述方法中的用於動壓軸承球形半球偶件的凸球面，圖2是本發明所述方法中的用於動壓軸承球形半球偶件的凹球面，圖3是凸球面工件的成形磨削示意圖(圖中1-凸球面工件，3-凹球成形砂輪)，圖4是凹球面工件的成形磨削示意圖(圖中2-凹球面工件，4-凸球成形砂輪)；圖5是採用R)rm Talysurf PGI1240型輪廓儀測量用本發明方法磨削後的工件(凹球面)表面粗糙度及PV值檢測結果圖(從圖5中可看出表面粗糙度在15nm以內，形狀精度峰谷值(PV值)在0. 2 μ m以內)，圖6是採用R)rm TalysurfPGI 1240型輪廓儀測量用本發明方法磨削後的工件(凸球面)球面半徑檢測結果
5圖(理論半徑7. 5mm ；從圖6中可看出半徑尺寸偏差在5 μ m以內)；圖7是用本發明所述方法磨削後的半球偶件凸球面的加工效果圖，圖8是用本發明所述方法磨削後的半球偶件凹球面的加工效果圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1 4所示，本實施方式所述的超硬微小半球偶件的磨削加工方法是按照以下步驟實現的步驟A、成形砂輪磨削先採用成型磨削法對用於高精度動壓氣浮軸承上的半球偶件的凸球面和凹球面進行粗加工；步驟Al、半球偶件凸球面磨削設計用於磨削半球偶件凸球面的凹球成形砂輪所述凹球成形砂輪選用電鍍砂輪，砂輪粒度為325# ；根據工件形狀、目標加工尺寸、磨削效率和砂輪磨損情況設計凹球成形砂輪的埠直徑W1、圓弧直徑Dl以及圓弧長度Li，凹球成形砂輪的埠直徑Wl為工件 (半球偶件凸球面)目標加工尺寸半徑的1. 6 1. 8倍，凹球成形砂輪的圓弧直徑Dl比工件(半球偶件凸球面)成形目標加工直徑大50 μ m，凹球成形砂輪的圓弧長度Ll為30° 40°圓心角Al所對應的圓弧長度；凹球成形砂輪凹球面的球面度在20 μ m以內；在磨削過程中要保證半球偶件凸球面的整個半球面都能被磨削到且工件(半球偶件凸球面)兩側受力儘量均勻，使凹球成形砂輪的軸線與工件(半球偶件凸球面)的軸線之間的夾角α為25° 40° ；在對半球偶件凸球面進行磨削時，磨削工藝參數為磨削深度為0. Ιμπι/s、工件轉速為60r/min、凹球成形砂輪的砂輪轉速為45000r/min ；步驟A2、半球偶件凹球面磨削設計用於磨削半球偶件凹球面的凸球成形砂輪所述凸球成形砂輪選用電鍍砂輪，砂輪粒度為325# ；根據工件形狀、目標加工尺寸、磨削效率和砂輪磨損情況設計凸球成形砂輪的球面直徑D2以及圓弧長度L2，凸球成形砂輪的球面直徑D2比工件(半球偶件凹球面)成形目標加工直徑小50 μ m,圓弧長度L2為觀0° 310°圓心角A2所對應的圓弧長度；凸球成形砂輪的圓弧長度大於半球偶件凹球面的圓弧長度以保證整個球面都能被磨削到且工件(半球偶件凹球面)在磨削時在圓周方向上受力均勻；使凹球成形砂輪的軸線與工件(半球偶件凹球面)的軸線之間的夾角β為 25° 40° ；在對半球偶件凹球面進行磨削時，磨削工藝參數為磨削深度為0. Ιμπι/s、工件轉速為60r/min、凸球成形砂輪的砂輪轉速為45000r/min ；步驟B、直角砂輪範成精密磨削待所述半球偶件的凸球面和凹球面的餘量在 50 μ m左右時再用經過精密修整的直角砂輪精密磨削步驟Bi、採用型號為SD2000#的圓柱形樹脂砂輪作為精密磨削過程中的直角砂輪，在對半球偶件的凸球面和凹球面進行精磨磨削之前先對所述直角砂輪進行在機整形和修銳；步驟B2、在對半球偶件的凸球面和凹球面進行磨削時，磨削工藝參數為所述直角砂輪的砂輪轉速為40000r/min，半球偶件的凸球面和凹球面的工件轉速為200r/min，所述直角砂輪的進給速度為lmm/min ；先將所述直角砂輪的橫向進給量控制在3 μ m/pass以進行半精加工，然後再控制在0. 5 μ m/pass以進行精加工；步驟C、最後得到凸球面和凹球面的面型尺寸為目標加工尺寸的半球偶件。
具體實施方式
二 如圖1 4所示，本實施方式在步驟Bl中，對所述直角砂輪進行在機整形和修銳的具體修整參數為所述直角砂輪的修整方式分為軸向和徑向軸向修整時，採用的修整輪是粒度為800#的AL2O3修整輪，修整輪的修整深度為 3 μ m/pass，修整輪的進給速度為lOmm/min，所述直角砂輪的砂輪轉速為45000r/min，修整輪轉速為200r/min ；徑向修整時，採用的修整輪是粒度為800#的AL2O3修整輪，修整輪的修整深度為 2 μ m/pass,修整輪的進給速度為8mm/min，所述直角砂輪的砂輪轉速為45000r/min，修整輪轉速為200r/min。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1 4所示，本實施方式中在對直角砂輪進行軸向修整時和徑向修整時，採用的修整液是型號為Are-M的水基磨削液。其它步驟與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四如圖1 4所示，本實施方式中在步驟Al和A2中，在對半球偶件的凸球面和凹球面進行磨削時，採用的磨削液是型號為AFG-M的水基磨削液。其它步驟與具體實施方式
一相同。針對本發明所述方法再進行如下闡述(1)成形磨削成形法即是將砂輪修整成與工件型面完全吻合的相反型面，再用砂輪去磨削工件。相比於點接觸磨削，成形磨削屬於面接觸磨削，可以在很大程度上提高砂輪的磨削速度。然而成形磨削時，對砂輪的要求很高，砂輪的形狀會在磨削過程中複印到工件上來，對砂輪的精度要求很高。限於現在的製造技術，一般採用成形磨削進行粗加工，以達到短時間內去除大餘量，提高磨削效率。磨削時砂輪軸和工件軸在同一水平面上，並成一定的角度，如圖2所示。磨削時砂輪和工件自轉的同時，工件軸沿著軸向進給，通過工件圓弧與砂輪弧面間的對磨實現材料的去除。成形砂輪磨削主要包括成形砂輪的設計和磨削工藝參數的選擇。半球偶件凸球面磨削。根據工件形狀、目標加工尺寸、磨削效率和砂輪磨損情況設計成形砂輪埠半徑、圓弧半徑以及圓弧長度。在磨削過程中要保證整個半球面都能被磨削到，且工件兩側受力儘量均勻。如圖3所示，砂輪軸線相對於工件軸線的角度決定著砂輪埠半徑的大小，凹球成形砂輪的埠半徑為工件半徑的1.6 1.8倍，成形砂輪圓弧直徑比工件成形目標加工直徑大50 μ m，考慮到砂輪圓弧製作的難易程度以及有效磨削區域，球面度在20 μ m以內。半球偶件凹球面磨削。同樣需要根據工件形狀、目標加工尺寸、磨削效率和砂輪磨損情況設計成形砂球面半徑以及圓弧長度。如圖4所示，成形砂輪的球面直徑要根據被加工件的尺寸來定，一般比目標加工尺寸小50 μ m。為了使工件在磨削時在圓周方向上受力均勻，因此設計的球面圓弧要大一些，以保證整個球面都能被磨削到。磨削參數根據工件硬度、砂輪類型和工具機性能來定。對於超硬合金，由於材料非常硬，對砂輪的磨損非常大，大進給量時磨削力較大，對砂輪和工具機都會造成不利影響，必須
7進行小進給。另外成形粗加工一般選用電鍍砂輪，以增大耐用度。經多次實驗確定磨削加工參數如表1所示。表1磨削參數表
權利要求
1.一種超硬微小半球偶件的磨削加工方法，其特徵在於所述方法是按照以下步驟實現的步驟A、成形砂輪磨削先採用成型磨削法對用於高精度動壓氣浮軸承上的半球偶件的凸球面和凹球面進行粗加工； 步驟Al、半球偶件凸球面磨削設計用於磨削半球偶件凸球面的凹球成形砂輪所述凹球成形砂輪選用電鍍砂輪，砂輪粒度為325# ；根據工件形狀、目標加工尺寸、磨削效率和砂輪磨損情況設計凹球成形砂輪的埠直徑(Wl)、圓弧直徑(Dl)以及圓弧長度(Li)，凹球成形砂輪的埠直徑(Wl)為工件目標加工尺寸半徑的1.6 1.8倍，凹球成形砂輪的圓弧直徑(Dl)比工件成形目標加工直徑大50 μ m，凹球成形砂輪的圓弧長度(Li)為30° 40°圓心角(Al)所對應的圓弧長度；凹球成形砂輪凹球面的球面度在20 μ m以內；在磨削過程中要保證半球偶件凸球面的整個半球面都能被磨削到且工件兩側受力均勻，使凹球成形砂輪的軸線與工件的軸線之間的夾角(α)為25° 40° ；在對半球偶件凸球面進行磨削時，磨削工藝參數為磨削深度為0. lym/s、工件轉速為60r/min、凹球成形砂輪的砂輪轉速為45000r/min ； 步驟A2、半球偶件凹球面磨削設計用於磨削半球偶件凹球面的凸球成形砂輪所述凸球成形砂輪選用電鍍砂輪，砂輪粒度為325# ；根據工件形狀、目標加工尺寸、磨削效率和砂輪磨損情況設計凸球成形砂輪的球面直徑(擬)以及圓弧長度(L2)，凸球成形砂輪的球面直徑(擬)比工件成形目標加工直徑小50 μ m，圓弧長度(L2)為280° 310°圓心角(A2)所對應的圓弧長度；凸球成形砂輪的圓弧長度大於半球偶件凹球面的圓弧長度以保證整個球面都能被磨削到且工件在磨削時在圓周方向上受力均勻；使凹球成形砂輪的軸線與工件的軸線之間的夾角(β)為25° 40° ； 在對半球偶件凹球面進行磨削時，磨削工藝參數為磨削深度為0. lym/s、工件轉速為60r/min、凸球成形砂輪的砂輪轉速為45000r/min ；步驟B、直角砂輪範成精密磨削待所述半球偶件的凸球面和凹球面的餘量在50μπι時再用經過精密修整的直角砂輪精密磨削步驟Bi、採用型號為SD2000#的圓柱形樹脂砂輪作為精密磨削過程中的直角砂輪， 在對半球偶件的凸球面和凹球面進行精磨磨削之前先對所述直角砂輪進行在機整形和修銳；步驟B2、在對半球偶件的凸球面和凹球面進行磨削時，磨削工藝參數為所述直角砂輪的砂輪轉速為40000r/min，半球偶件的凸球面和凹球面的工件轉速為200r/min，所述直角砂輪的進給速度為lmm/min ；先將所述直角砂輪的橫向進給量控制在3 μ m/pass以進行半精加工，然後再控制在0. 5 μ m/pass以進行精加工；步驟C、最後得到凸球面和凹球面的面型尺寸為目標加工尺寸的半球偶件。
2.根據權利要求1所述的超硬微小半球偶件的磨削加工方法，其特徵在於；在步驟Bl 中，對所述直角砂輪進行在機整形和修銳的具體修整參數為所述直角砂輪的修整方式分為軸向和徑向軸向修整時，採用的修整輪是粒度為800#的AL2O3修整輪，修整輪的修整深度為3 μ m/pass，修整輪的進給速度為lOmm/min，所述直角砂輪的砂輪轉速為45000r/min，修整輪轉速為 200r/min ；徑向修整時，採用的修整輪是粒度為800#的AL2O3修整輪，修整輪的修整深度為2 μ m/ pass，修整輪的進給速度為8mm/min，所述直角砂輪的砂輪轉速為45000r/min，修整輪轉速為 200r/min。
3.根據權利要求2所述的超硬微小半球偶件的磨削加工方法，其特徵在於在對直角砂輪進行軸向修整時和徑向修整時，採用的修整液是型號為AFG-M的水基磨削液。
4.根據權利要求1所述的超硬微小半球偶件的磨削加工方法，其特徵在於在步驟Al 和A2中，在對半球偶件的凸球面和凹球面進行磨削時，採用的磨削液是型號為AFG-M的水基磨削液。
全文摘要
超硬微小半球偶件的磨削加工方法，它涉及一種偶件的磨削加工方法。為了解決現有的微小半球偶件的加工方法存在研拋工序繁瑣、尺寸精度和表面粗糙度無法同時滿足、工件加工效率低的問題。本發明方法的主要步驟步驟A、成形砂輪磨削先採用成型磨削法對用於高精度動壓氣浮軸承上的半球偶件的凸球面和凹球面進行粗加工；步驟B、直角砂輪範成精密磨削待所述半球偶件的凸球面和凹球面的餘量在50μm左右時再用經過精密修整的直角砂輪精密磨削。本發明方法避免了研拋的繁瑣和尺寸不精確性，不僅能加工出滿足面形精度的尺寸要求，保證較好的表層、亞表層質量，還能在很大程度上提高工件的加工效率，降低生產成本。
文檔編號B24B11/06GK102152193SQ20111004637
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者李洪亮, 趙清亮, 陳俊雲, 黃海濤 申請人:上海工具機廠有限公司, 哈爾濱工業大學