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铝合金平面研磨精度及产生划痕的研究

文章出处:方达研磨责任编辑:方达小编人气:127发表时间:2020-08-26 01:36:42【

铝合金平面研磨精度及产生划痕的研究


研磨是一种重要的精密机械加工工艺,目前在我国的量具、仪器、机床、航空以及汽车零部件等各行业的制造、装配和修理工作中应用非常广泛。研磨时利用磨具和磨料的相对运动,从工件表面去掉一层极薄的金属,从而使金属表面达到较高的尺寸精度、较小的表面粗糙度和几何误差的加工方法。由于平面研磨具有加工成本低、表面质量好、加工效率高等优点,因而在批量生产中得到了推广和应用,成为生产加工中的一种重要方法。在平面研磨的过程中,磨料的特性、研磨液配比、磨盘平面度、旋转速度、顶盘压力以及现场环境等因素,对产品研磨表面质量都有影响。而研磨面的好坏直接影响着产品的质量、性能和成本。本文通过试验分析方法,从不同角度研究产生研磨划痕的原因和影响平面度达不到精度要求的因素。


1 平面研磨机的工作原理
行星式平面研磨运动是最常见的用于平面研磨机构中的方式,如图1所示。大多数情况下是研磨盘以设定的转速主动旋转,转速是已知的,工件由压头工装压向磨盘,压头限制了工件的移动,悬浮在磨盘的上表面,靠研磨切削力带动工件并随磨盘转动,从而得到所需表面质量的研磨产品。

行星轮的自转是通过工件中心与磨盘中心之间的距离随时间周期性变化的。这种研磨方式,工件转速不等于研磨盘转速,其值随研磨盘转速的增大而基本成线性增大,但其与磨盘转速之比却随磨盘转速的增大而下降。


2 研磨划痕与平面度精度问题分析及试验
在研磨铝合金工件时,被磨表面出现了很深的划痕(如图2所示),该划痕在合格产品验收中是不可接受的。同时,被研磨表面的平面度要素,也有很多超差及不稳定现象。如图3,通过三坐标测量出的零件被磨表面的平面度大部分离超差线(8μm)很近,并且有很多零件因平面度精度达不到要求直接导致报废。

为了解决以上问题,分别针对性地进行试验分析,试验磨料采用碳化硅研磨粉和水基悬浮剂。研磨液中粉、油、水的比例为1:1:10,并排除研磨液和其他因素的影响。

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2.1 研磨划痕产生的原因及试验分析

工件研磨后,出现了两类划痕:一类是轨迹规整平滑(图2中a处);另一类则是在个别样件中出现了杂乱无章的细碎划痕(图2中b处)。其中,第一类划痕是符合零件与磨盘相对运动的轨迹,且划痕宽度与深度均大于研磨液中研磨粉末的颗粒尺寸。所以,这种划痕不是由研磨液中研磨粉末造成的,而是由磨屑和杂质颗粒造成。这些磨屑在研磨时不易折断,研磨液也不能及时从工件表面上冲走,从而随研磨粉一起嵌入被磨表面,通过磨盘和零件的相对运动,在表面划出较深的沟痕。这种表面划伤,导致了工件需要返修或直接报废,生产的进度和节拍被严重滞后。所以,在生产中要尽量避免这种磨屑的混入,并保证在研磨过程中能够将其及时排除。而另一种是由于研磨粉敷散不均匀而导致的细碎划痕,对产品无严重影响。为分析磨屑对研磨面产生的影响大小,在保证其他条件不变时,通过固定转速和固定压力进行试验,如表1为转速压力试验及结果。


固定转速试验:当压力小时,磨屑划入工件的深度较浅,但不易排除,容易随研磨液附着在研磨表面,产生的划痕数量相对较多;当压力大时,磨屑划入工件的深度较深,大部分磨屑通过排屑槽被挤压排除,产生的划痕数量相对较少。所以,在压力较小的情况下,造成多而浅的划痕;而压力增大时,造成了少量但较深的划痕。


固定压力实验:当转速低时,划痕多;转速高时,划痕少。这是因为转速低时,零件与研磨盘相对运动速度较慢,零件对研磨液中的磨屑颗粒冲击相对小一些,磨屑较易附着于研磨表面,且不易脱落;转速提高后,零件与研磨盘相对速度高,零件对磨屑颗粒的冲击也随之增大,磨屑容易脱落,因而划痕相对少一些。通过研磨试验及其效果的对比,其转速和表面压力对研磨表面产生划痕有一定影响,但不是产生划痕的根本原因,调节转速和压力无法从根本上解决划痕问题。其根本原因是:研磨过程中产生的磨屑颗粒对研磨表面的划伤,但磨屑颗粒在研磨过程中又是一个无法避免的问题。只能从它产生的根源处进行预防,以及在研磨过程中及时地将产生的杂质颗粒进行排除,从而获取质量较高的研磨表面。其磨屑颗粒主要来源于零件自身磨削脱落、零件表面黏附、研磨液中混入以及外界环境混入等方面,除了零件自身磨削脱落外,其他因素在生产中都可尽量避免。而维护设备,及时将排屑槽清理干净,使盘面保证一个较好平坦度会有助于磨盘排屑。


2.2 影响平面精度的主要因素及修盘工艺
被研磨表面的面形精度的好坏,直接决定着产品的品质,对装配和使用影响极大,而研磨工艺中平面度的不可控,直接影响到量产质量,对产能来说,是致命硬伤。通过实际的生产经验和测量跟踪结果显示(如表2),工件的平面度变化直接受到研磨盘平面度变化影响,是决定工件表面精度的重要因素。因为研磨盘经过一段时间研磨后,由于磨损强度不均匀会导致磨盘不平整,就造成同批次的产品,在研磨后平面度的质量参数不一致。
因此,需要对研磨盘进行相应的修整,让磨盘表面保持在较平整的水平进行研磨加工。而盘面平面度变化无法通过人的肉眼观察,需要操作者定期通过平面度仪,对盘面的平面度进行一个比较测量,来评价掌握磨盘表面的质量好坏。而当盘面平面度变化到一定程度时,就必须对磨盘进行修盘,否则,研磨出的产品平面度数值就会如图3那样不可控。修盘时,磨盘的直径越大,盘面修平的困难度就越大。所以,磨盘的大小选择,应在保证产能的情况下,尽可能小,从而方便修盘。修盘可通过调整设备机构挡架,来调节挡环的重心位置,对磨盘修盘。通过修盘经验的总结,平面度仪测量出的盘面为凸时,将挡环重心靠近磨盘回转中心,内移修盘;当盘面为凹时,将挡环重心远离磨盘回转中心,外移修盘。由于在批量生产中,研磨零件数量多,盘面的平面度变化很快。因而在修盘时,既要保证质量,还要尽量减少修盘的时间耗费。根据生产经验,主要从以下两个方面着手:一是生产保持磨盘的均匀磨损;二是加压修盘(如图4)可大幅减少修盘时间。保证每次研磨产品前,磨盘的平面度稳定在一个较好的水平,确保加工质量。

生产完毕后,通过制定科学的修盘工艺,维持研磨盘的平面度在一定的水平(平面度在5μm左右)进行生产,对现场批量生产的质量非常重要。当盘面受控时,被磨表面的平面度数据也表现得非常好,如图5所示。

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3 均匀磨损理论
据Preston方程,磨具的磨损量与接触区压强、工件和磨具的相对运动速度以及加工时间有关,即:
式中:△V为磨具磨损量,α为磨具和工件材料、研磨工艺参数等有关的比例系数;p为零件与磨具表面的接触区压强;v为磨具与工件间的相对运动速度;T为加工时间。因此,根据Preston方程,磨盘与工件间接触区的压强分布和相对运动速度是影响磨盘均匀磨损以及保证磨盘和工件面形精度的主要因素。
通过对磨盘结构参数的调整、加工时增大偏心距或对称分布研磨,保证零件与磨盘接触区域的压强均匀分布。使磨盘面与被磨表面稳定接触并保持平行,使参与研磨的每个工件在不同时刻所承担的载荷均匀,有利于磨盘的均匀磨损。而且,两接触面之间的相对运动速度与磨盘的转速有关。在研磨过程中,磨盘以已知的转速主动旋转,工件浮在它的上面,靠研磨切削力带动并随磨盘转动,转速是未知的。在研磨的过程中,磨料和磨屑会在旋转过程中随研磨液一起甩出,新的研磨液作为补充又不断注入。所以,可以通过适当增加研磨压力和转速来提高加工效率。具体的工艺参数,需要针对特定的产品,在生产过程中按照科学的方法进行摸索总结,是长期的经验累积,与工艺条件和操作者的技艺有着密切关系。

此文关键字:研磨,平面研磨机