一种新型的电镀磨具基体设计丝印台
时间：2022/08/03 11:51:10 编辑：
一种新型的电镀ＣＢＮ磨具基体设计
【摘要】根据当前加工窄深槽现状和难题，介绍了一种新型的加工窄深槽磨具的基体设计，并用有限元对其进行了模态分析，得出了磨具振动的频率。
【关键词】ＣＢＮ磨具；磨粒粒度；固有频率
【中图分类号】ＴＧ７４＋９【文献标识码】Ａ【文章编号】１００３－７７３Ｘ（２００８）０３－０１１４－０２
０引言
高精度窄深槽一直是机械加工的难题。以前，对普通材料零件上的宽度＞２ｍｍ的窄深槽，通常是用切口铣刀预先铣槽，经热处理后再用较薄的树脂或陶瓷结合剂砂轮磨削加工。这种工艺加工效率低、砂轮强度低、刚性差、寿命短，较难达到高加工精度。采用普通砂轮缓进给磨削工艺，通过一次磨削热处理后的工件时可加工出较高精度的窄深槽。对于宽度＜２ｍｍ的窄深槽，铣削加工时，成本高，精度低；采用普通砂轮缓进给磨削时，砂轮工作部位的厚度很薄，修整量大，磨削和修整时极易破碎，加工成本很高。近年来，电镀超硬磨料砂轮广泛用于高精度槽的缓进给磨削。国外已用电镀ＣＢＮ砂轮在硬度ＨＲＣ４２的４３４０钢件上缓进给磨削出宽１．５２ｍｍ、深６．３５ｍｍ、带有Ｒ为０．３８ｍｍ圆角的窄深槽。国内也用电镀ＣＢＮ砂轮在普通钢材上缓进给磨削出宽１．５ｍｍ的窄深槽。许多由难加工材料制造的航空零件，有各种各样高精度的型槽，特别是飞机涡轮叶片根部高精度齿槽和窄深直槽的加工，一直是国内叶片加工的难点。本文将介绍电镀ＣＢＮ砂轮缓进给磨削窄深槽的磨具基体设计。
１磨具基体的半径设计
磨具速度增加，磨削表面粗糙度值减小，这是由于增大砂轮速度会使单颗磨粒未变形、磨屑厚度减小的缘故。高速度磨削可以提高金属切除率，降低磨削
力、减少功率消耗，可以提高磨削效率。提高ＣＢＮ磨具速度，可使工件表面粗糙度改善；磨具速度越高，工件表面粗糙度越好，切向和法向磨削力下降，这样就减小了单个磨粒上承受的力，因而磨具磨损减小、磨削热可降低。但是磨具速度的增加使磨粒的最大切深减小，切屑截面面积减小，同时切削次数和磨削热增加，这两个因素均使堵塞量增加［１］。根据工艺要求磨具的线速度要到３０ｍｐｓ以上时，机床转速要能达到６０００ｒｐｍ；为了防止机床振动带来不利影响，我们一般选取４０００ｒｐｍ。这时，磨具边缘的线速度ｖ＝πｄｎ。ｄ为磨具直径，ｎ为机床转速。我们选ｄ＝２００ｍｍ，计算得ｖ＝４１．９ｍｐｓ，符合加工工艺的速度要求。
２磨具基体的厚度选择
磨具总厚度为２ｍｍ，考虑到镀层和底镍的厚度，设计的基体厚度δ＝２－２ｄ１－２ｄ２。ｄ１为电镀磨料粒径，ｄ２为底镍厚度。一般，底镍厚度３￣５μｍ，取４μｍ。磨料粒度的选择主要考虑磨削效率和工件表面粗糙度的要求。综合两方因素我们选择１００￣１２０粒度的ＣＢＮ，按照ＧＢ６４０８－９８标准，相应尺寸为１２０￣１５０μｍ，可取最大值１５０μｍ，算得厚度δ＝１．６９２ｍｍ。但是考虑到砂粒的热膨胀，根据经验热膨胀大概为５μｍ，因此最后的厚度定为δ＝１．６８７ｍｍ。
３磨具基体的建摸和有限元分析
１）磨具建模和磨具网格划分后的单元模型
２）进行有限元分析，查看３阶固有频率。
＊＊ＩＮＤＥＸＯＦＤＡＴＡＳＥＴＳ
ＯＮＲＥＳＵＬＴＳＦＩＬＥ＊＊ＳＥＴＴＩＭＥ／ＦＲＥＱＬＯＡＤＳＴＥＰＳＵＢＳＴＥＰＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ
１２４７７．２１１１
２７６６１．８１２２
３７６９６．３１３３
（３）各阶固有频率磨具变形情况。当磨具以临界旋转时，磨具基体受到应力最大，应变最大，到达“临界”状态时，磨具强烈振动，导致磨具寿命下降，甚至破坏磨具［２］。磨具临界转速和频率关系为：ｎ＝６０×ｆ。ｎ为转速（ｒｐｍ），ｆ为频率（Ｈｚ）。可将磨具频率转化为临界转速，见表１。磨具的工作转速为４０００ｒｐｍ。由表（１）可以看出，磨具的工作转速远低于临界转速。
磨具在这些频率下，变形量都很小，不会导致磨具在工作时损坏，能够正常工作。
４结论
在保证磨具制作工艺条件下，按上述设计磨具对机床损害少，磨具寿命高，加工精度也能得到保证。
参考文献
［１］朱山民，陈已珊．金刚石磨具制造［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５．
［２］《电镀用材料和设备手册》编写组．电镀用材料和设备手册［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９８９．
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