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熱噴涂涂層的磨削

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

    磨削主要適用于外圓、內(nèi)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(chǎn)效率較低。一般磨削精度可達(dá)IT6~IT5級，表面粗糙度Ra值可達(dá)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(dān)負(fù)切削的材料，它和車刀材料一樣應(yīng)具備高的硬度、高的耐磨性、足夠的抗彎強(qiáng)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(shí)驗(yàn)表明人造金剛石砂輪的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)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(shí)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(zhì)量亦優(yōu)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(shù)來表示。粒度主要依據(jù)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(shù)的粒度即磨料顆粒尺寸較大，這樣不但保證了加工表面質(zhì)量，而且可以采用較大的切削用量，從而提高了生產(chǎn)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(jié)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(biāo)，它是指在砂輪的工作層內(nèi)單位體積金剛石或立方氮化硼的含量。規(guī)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(yīng)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(qiáng)。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(zhì)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(yīng)盡量選用窄的砂輪（在砂輪強(qiáng)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(shù)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(shí)”，特別在磨內(nèi)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(yùn)動

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

    1.砂輪速度v

    試驗(yàn)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(shù)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(jìn)給量fa

    軸向進(jìn)給量增加，生產(chǎn)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(nèi)、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(chǎn)生振動。一般工件速度vo＝10～20m／min。

    4.徑向進(jìn)給量fr

    徑向進(jìn)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(nèi)孔，當(dāng)徑向進(jìn)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(chǎn)生明顯的振動，表面粗糙度變差。所以，磨削難加工噴涂層內(nèi)孔的徑向進(jìn)給量比磨削淬火鋼要小得多。

    徑向進(jìn)給量的選用原則是：當(dāng)加工要求越高、工藝系統(tǒng)剛性越小、熱噴涂涂層的硬度越高等，則徑向進(jìn)給量fr應(yīng)越小。

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

    內(nèi)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(chǎn)率低。特別是磨削難加工熱噴涂涂層，其徑向進(jìn)給量是很小的，若要完成一定厚度余量的磨削，其生產(chǎn)率自然是不能令人滿意的。

    另外，熱噴涂層內(nèi)孔的磨削要比磨外圓困難，但內(nèi)孔表面用等離子噴涂修復(fù)更具有特殊意義。因?yàn)閮?nèi)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(fù)，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(tǒng)堆焊修復(fù)方法所做不到的。因而，它對擴(kuò)大零件的修復(fù)范圍是很重要的，根據(jù)對某一工程機(jī)械要修復(fù)的零件表面進(jìn)行統(tǒng)計，內(nèi)孔表面占70％左右。內(nèi)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(chǎn)率，特別是提高磨削噴涂層內(nèi)孔的生產(chǎn)率是一個需要解決的重要問題。