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熱噴涂涂層的磨削

2017-03-01 12:18:58 作者：本網整理來源：熱噴涂與再制造分享至：

    磨削主要適用于外圓、內圓、平面以及各種成形表面（齒輪、螺紋、花鍵等）的精加工。它可以用于加工難加工熱噴涂涂層，但比起磨削加工其他難加工的金屬材料，其生產效率較低。一般磨削精度可達IT6~IT5級，表面粗糙度Ra值可達0.80~0.20。

    一、影響砂輪切削性能的因素及其選用

    磨削加工所用的刀具是砂輪，目前可用于磨削難加工熱噴涂涂層的砂輪種類不多，只有綠色碳化硅、金剛石和立方碳化硼砂輪。

    1.磨料

    磨料在磨輪中擔負切削的材料，它和車刀材料一樣應具備高的硬度、高的耐磨性、足夠的抗彎強度與沖擊韌性、高的耐熱性等。目前，用于高硬度熱噴涂涂層磨削加工的磨料有綠色碳化硅、人造金剛石和立方碳化硼。大量的實驗表明人造金剛石砂輪的性能遠遠優于綠色碳化硅與白剛玉砂輪。

    表1是不同砂輪的磨削效率對比。

    立方氮化硼砂輪，從許多實際加工的例子以及一些與人造金剛石砂輪的磨削對比情況說明，它有更高的磨削效率和更好的磨削性能。例如，用立方氮化硼砂輪磨削鎳基噴熔層（粉102+50％WC）外圓，硬度HRC76～78。又如磨削鎳基噴熔層（粉102+35％WC）外圓，硬度HRC65，不但磨削效率高。且加工質量亦優于金剛石砂輪。因此，立方氮化硼砂輪是磨削加工高硬度熱噴涂涂層比較理想的砂輪。

表1 噴涂層的磨削效率（g/min）對比

QQ截圖20170301102350.jpg

    2.粒度

    粒度表示磨料顆粒的大小，一般用號數來表示。粒度主要依據表面粗糙度來選擇，在保證一定表面粗糙度的條件下，盡可能選用小粒度號數的粒度即磨料顆粒尺寸較大，這樣不但保證了加工表面質量，而且可以采用較大的切削用量，從而提高了生產效率。

    （1）綠色碳化硅砂輪的粒度選用范圍是：36#～80#。

    （2）人造金剛石砂輪的粒度選用范圍是：

    表面粗糙度為Ra1.25～2.5，粒度為46#～60#；

    表面粗糙度為Ra0.63～1.25，粒度為80#~100#；

    表面粗糙度為Ra0.32～0.63，粒度為120#～150#；

    表面粗糙度為Ra0.16～0.32，粒度為150#～240#。

    （3）立方氮化硼砂輪的粒度選用范圍是：

    表面粗糙度為Ra0.32～1.25，粒度為80#一100#；

    表面粗糙度為Ra0.16～0.63，粒度為100#～150#；

    表面粗糙度為Ra0.32～0.08，粒度為150#～240#；

    表面粗糙度為Ra0.16～0.02，粒度為280#～W40。

    3.砂輪硬度

    硬度是指磨粒受力后從砂輪脫落的難易程度。砂輪硬度影響砂輪的“自礪性”，這對于磨削熱噴涂涂層是很重要的。砂輪硬度的一般選用原則是，被加工材料硬度越高，砂輪硬度的級別越軟。這一原則也適合熱噴涂涂層的磨削。

    綠色碳化硅砂輪的硬度選用范圍是ZR—R（中軟一軟）。軟1（R1）、軟3（R3）有較高的磨削效率。

    人造金剛石砂輪的硬度級別有ZR、Z、ZY、Y，只有樹脂結合劑的人造金剛石砂輪才有硬度級別。一般選用ZR與Z級。

    4.濃度

    濃度是金剛石與立方氮化硼砂輪的一個性能指標，它是指在砂輪的工作層內單位體積金剛石或立方氮化硼的含量。規定lcm3體積中金剛石或立方氮化硼含有4.4克拉（0.88g）的砂輪，稱其濃度為100％。

    濃度共分5種，見表2。

    濃度的選用。粗磨時應選濃度高的砂輪，因單位面積上有較多的磨粒，切削能力較強。半精和精磨，一般選用中等濃度（75％左右）的砂輪。

表2 金剛石砂輪濃度
QQ截圖20170301102415.jpg

    5.砂輪寬度

    砂輪寬度對磨削的徑向分力影響較大，徑向分力Fy容易引起振動，這對于加工質量與砂輪的耐用度都是不利的。所以，在磨削難加工熱噴涂涂層時，應盡量選用窄的砂輪（在砂輪強度允許的條件下），其寬度約為砂輪直徑的10％左右為宜。

    6.組織

    砂輪的組織反映容納切屑空間的大小，它可分為緊密、中等、疏松三類，號數為0~12。一般采用中等組織的砂輪。磨削難加工熱噴涂涂層時，為了避免砂輪被“塞實”，特別在磨內圓時，可采用疏松組織（10~12號）的砂輪或采用大氣孔砂輪。

    二、磨削用量的選擇

    圖1　磨削運動

    磨時的運動如圖1所示，其磨削用量有：砂輪速度v、軸向進給量fa、工件速度vo、徑向進給量fr。

    1.砂輪速度v

    試驗表明，砂輪速度過低，砂輪的磨耗會增大，加工表面粗糙度變差。但砂輪的速度過高，砂輪的磨耗也會增大，對加工表面粗糙度的改善并不明顯。因此，砂輪速度在一定的加工條件下，有一合理的數值。一般，綠色碳化硅砂輪速度v=20～25m／s；

    人造金剛石砂輪速度v=15~25m／s；

    立方氮化硼砂輪速度v=25～35m／s。

    2.軸向進給量fa

    軸向進給量增加，生產率隨之增大，但砂輪的磨耗亦增大，加工表面粗糙度變差。一般內、外圓磨削fa＝0.5～lm／min；平面磨削fa＝10～15m／min。

    3.工件速度vo

    工件速度過高，容易產生振動。一般工件速度vo＝10～20m／min。

    4.徑向進給量fr

    徑向進給量亦稱磨削深度，它對磨削表面的尺寸精度、表面租糙度，砂輪耐用度以及磨削效率等影響較大。用綠色碳化硅砂輪磨削Ni04噴涂層內孔，當徑向進給量等于0.006mm／雙行程時，磨削效率、砂輪耐用度均已大大下降，并且產生明顯的振動，表面粗糙度變差。所以，磨削難加工噴涂層內孔的徑向進給量比磨削淬火鋼要小得多。

    徑向進給量的選用原則是：當加工要求越高、工藝系統剛性越小、熱噴涂涂層的硬度越高等，則徑向進給量fr應越小。

    一般，外圓磨fr=0.005～0.015mm／dst（mm／雙行程）

    內圓磨fr=0.002～0.01mm／dst

    平面磨fr=0.005～0.02mm／d3t

    磨削加工方法，在保證尺寸精度和表面粗糙度的高要求是好的，但存在的主要問題是生產率低。特別是磨削難加工熱噴涂涂層，其徑向進給量是很小的，若要完成一定厚度余量的磨削，其生產率自然是不能令人滿意的。

    另外，熱噴涂層內孔的磨削要比磨外圓困難，但內孔表面用等離子噴涂修復更具有特殊意義。因為內孔表面多是薄壁盤類零件上的一部分，采用等離子噴涂修復，除了獲得高耐磨性的表面外，不致引起整個零件的熱變形，這是用傳統堆焊修復方法所做不到的。因而，它對擴大零件的修復范圍是很重要的，根據對某一工程機械要修復的零件表面進行統計，內孔表面占70％左右。內孔磨削加工的問題顯得突出。

    因此，提高磨削熱噴涂涂層的生產率，特別是提高磨削噴涂層內孔的生產率是一個需要解決的重要問題。