高材料去除率的高硬度多孔砂轮

HEATS · 发表于 2010-9-12 11:12:52

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再结晶玻璃作为合成粘结剂可确保结构的一致性

最近开发的，用于氧化铝陶瓷砂轮的合成粘结剂，因结合剂用量少，而提高了砂轮的多孔性。该合成物的组成成分保证了结构的一致性和硬度。在应用时，特别是用在缓进给强力磨削渐开线齿形时，它具有较高的材料磨除率，进而缩短了加工时间。

在当前的齿轮磨削中，仍在使用由普通磨料，如标准磨料和二氧化铝陶瓷制成的削生产率已经大大提高。烧结陶瓷和单晶二氧化铝、合成粘结剂以及新的磨削技术的发展，对这种进步做出了贡献。

在最近10来年的时间里，人们越来越多地采用缓进给强力磨削方式加工渐开线齿形。与迄今常用的往复式磨削工艺相比，砂轮的接触面积要大得多，因此，所用砂轮必须能够承受较高的压力。只有在单个磨粒上施以足够高的压力时，磨粒才可能自锐。

磨料、孔隙和粘结剂的作用

在使用玻璃粘结剂的砂轮时，对特定不同的用途，磨料、孔隙以及粘结剂的正确组合，基本上能获得满意效果(图1)。但在选择磨料粒度时，必须使各种彼此矛盾的特性趋于和谐。例如：二氧化铝陶瓷需要对单个磨粒施加很高压力，才能实现自锐，但这只发生在较高材料去除率的情况下。在精磨过程中，压力往往不足，从而使磨粒变钝，接下来便导致烧伤。为此，人们往往选用含有10%～30%二氧化铝陶瓷的砂轮磨削齿轮。对普通二氧化铝磨料，应进行有效平衡，不同类型的二氧化铝的分裂性能也不一样，特别是影响砂轮的自锐性。制造商已经开发了高孔隙砂轮，能够承受作用于单个磨粒上的高的压力。由于这些磨粒彼此相隔较远，因此在磨削过程中，作用在单位面积上的压力Fd，只影响不多的几个磨粒，从而可以确保单个磨粒的自锐。

A.高孔隙结构 B.正常结构(40%孔隙，40%磨粒，20%粘结剂) C.硬结构
图1可能的磨粒、粘结剂和孔隙组合示意图

粘结剂将砂粒连结成一体，这样会因摩擦作用而产生不必要的热，因此制造商设法将粘结剂的比例控制在最低限度上。但同时，必须可靠地保证磨粒粘合力、总体耐用度以及砂轮抗断裂能力等。用于晶体和烧结刚玉砂轮的陶瓷粘结剂主要由黏土、高岭土、长石以及玻璃等原料组成。磨削性能可能有选择地受这些组成成分的影响。黏土会增大阻尼特性，而玻璃则会提高断裂性。由于用天然的原料不可能保证质量的一致性，因此用这种方式制成的砂轮的特性可能会在某些方面出现差异。

质量一致的玻璃粘结剂

为消除这些不利因素，WST Winterthur磨削技术股份公司开发了一种合成粘结系统。它带有再结晶玻璃碎片。这是在冷却阶段的低温下形成的，使“晶体链”增加，这些晶体链，象“晶格作业”一样，赋予粘结剂以超出常规粘结剂的强度(图2)。总的合成成分可以确保始终一致的结构和硬度。采用该结合比例，磨削齿轮用的砂轮中，粘结剂的比例可以减少10%，孔隙可以增多10%，同时不会降低砂轮的耐用度。因此，降低了磨削过程中温升，减少了烧伤的危险并提高了材料的去除率。

图2 冷却时的晶体

表1中所示，是采用玻璃粘结剂的砂轮磨削齿轮时的加工性能数据以及生产时间等情况。这些齿轮通常是大批量生产的，因此保证较高的材料去除率显得尤为重要，这样可最大限度地缩短加工时间。表1(右)所示是高成本驱动小齿轮的加工实例。在此，与以前所用砂轮相比，玻璃粘结砂轮可提供更高的磨除率，这就进一步降低了加工时间。两个实例表明，由于对粘结剂进行的选择性的改善，从而使由标准磨料和二氧化铝陶瓷制成的砂轮使用起来比较经济，而且在将来也还会继续如此。

表1磨削加工轿车齿轮箱齿轮(左)以及轧辊的驱动小齿轮(右)
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机床	Reishauer 352 A	Reishauer 362 A
模数(m_n)	2	5
齿宽 b	16.25 mm	86 mm
螺旋角 β	32°57′15″	10°
质量DIN 3863	3	3
磨削时间(每件)	42 s	7 min 35 s
磨削蜗杆	93S120 J18	93S120 J18
齿数	35	67
压力角	16°	20°
齿侧面允差	0.2 mm	0.3 mm
金属去除率	85 mm³/min	67 mm³/min

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