國內鋼球終加工工藝以前主要采用的是鑄鐵盤添加磨料進行研磨, 但由于受鑄鐵盤質量好壞、研磨劑添加不均勻、研磨劑不易保持清潔等因素的影響, 致使鋼球表面質量不穩定, 尤其是鋼球的振動值不易降低。為此, 20 世紀90 年代末期, 我國開始從國外引進樹脂砂輪, 并開始以磨代研加工高精密鋼球工藝的研究與應用。
1、樹脂砂輪磨研鋼球的優勢
樹脂砂輪的主要成分是磨料、樹脂、潤濕劑等, 特點是粒度較細, 硬度較高, 內部組織均勻而致密, 且外觀規整, 尺寸精確。由于樹脂砂輪有彈性, 磨削過程中對鋼球產生的壓力較小, 在相似的研磨條件下, 采用樹脂砂輪以磨代研工藝加工的鋼球比鑄鐵盤研磨的鋼球精度高, 表面質量好, 振動值低, 軸承合套后的靜音效果好。另外, 樹脂砂輪磨削效率高, 其生產效率比鑄鐵盤提高1倍以上。雖然樹脂砂輪的價格高于鑄鐵盤, 但其加工效率高, 砂輪耐用度高, 其綜合成本比鑄鐵盤研磨成本還要低。同時, 樹脂砂輪專用磨削液(油)比較環保, 加工后的鋼球表面易于清洗。
2 、樹脂砂輪磨研機床的選擇
國內樹脂砂輪以磨代研工藝最初是在立式研球機上進行, 由于立式機床的研磨板為水平放置,造成磨削過程中樹脂砂輪脫落的磨屑嵌在研磨溝槽內, 靠磨削液的沖洗很難排除。所以, 排屑困難成為立式機床樹脂砂輪以磨代研工藝的難點。
為此, 臥式機床就成為樹脂砂輪磨研鋼球的首選機床。3M77 系列鋼球研球機采用臥式布局,敞開式整體設計, 床身和頭架體的設計采用了高低組合(低重心L 形結構)導軌的模塊化設計, 提高了機床的強度與剛性。床身在加工中采用了特殊的工藝手段, 消除了潛在的變形, 充分保證了機床的同軸度與平行度。同時采用了特殊的主軸結構和工藝手段, 并采用了進口軸承和選配安裝, 使主軸的旋轉精度大為提高, 且長期穩定, 為樹脂砂輪以磨代研加工高精密鋼球提供了先決條件。主軸頭架的移動采用滾動直線導軌定位, 機床的重復定位精度高, 克服了油缸定位造成兩盤平行度在機床加壓過程中不同位置時的變化。機床的加壓與滑動機構相分離的應用, 大大提高了整機的剛性和穩定性, 為批量加工G5 甚至G3 級低噪聲鋼球提供了保證。該系列機床的電、液系統采用先進的變頻控制技術和電液比例調節技術, 可以實現初壓、中壓、精壓三級程序控制轉換。按工藝路線預先設定壓力、時間等加工工藝參數, 實現工作中的自動轉換, 大大提高了生產效率。
3M77 系列臥式機床采用日本某公司配套樹脂砂輪, 尺寸800mm×420 mm , 660mm×420mm, 厚度30mm 和50mm, 常用粒度2000# 、3000# 、4000#，組織號為9，粘合劑為BZ(壽命長)和BZL3(切割性能好), 使用良好。
3 、樹脂砂輪的選用
樹脂砂輪磨研鋼球工藝雖然已得到使用, 但由于對樹脂砂輪了解不夠, 造成在樹脂砂輪牌號及組織結構的選用上存在許多誤區, 以致沒有達到理想的鋼球研磨加工效果。
鋼球研磨專用樹脂砂輪的選擇要根據鋼球材質、磨削方式、磨削參數和加工精度以及生產效率去決定。首先選擇合適的樹脂砂輪標號, 包括磨料、粒度、結合度、粘接劑、組織以及砂輪的尺寸。在選用樹脂砂輪時既要考慮它的磨削能力又要考慮工件磨削精度, 樹脂砂輪既要有適中的耐用度,又要保證微量的消耗, 且始終保持良好的自銳性。然后根據所選砂輪標號制訂合理的加工工藝, 保證磨削壓力的均勻一致。
在鋼球的加工中, 初始工序一般選用陶瓷砂輪(WA/C 180Z ～ 320Z), 中間工序選用樹脂砂輪(WA500Z ～ 2000Z), 最終工序選用樹脂砂輪(WA3000Z ～ 6000Z)。
4 、磨削液及過濾系統的選用
選擇合適的磨削液, 嚴格控制磨削液(油)的溫度, 配制合適的過濾系統, 在樹脂砂輪磨研過程中顯得非常關鍵。由于樹脂砂輪粒度較細, 加工中產生的磨屑、磨粒、結合劑等常會鑲嵌在砂輪磨粒之間的空隙中, 使砂輪喪失切削能力。一般情況下, 采用軟磨球進行串溝來消除砂輪溝槽的疲勞層。所以在選用磨削液時既要考慮它的切削性, 又要考慮它的冷卻、潤滑、清洗性。其次, 磨削液的過濾清潔度問題也尤為關鍵, 樹脂砂輪磨研鋼球加工中可能產生的雜質有:砂輪磨料的脫落;鋼球磨削下的鐵屑;切削液流經通道中的雜物、粉塵、油漆等。目前的樹脂砂輪主要由日本進口, 以2000# 、3000# 、4000# 、6000#居多, 相當于我國砂輪微粉粒度W10 、W7 、W5 、W2.5 。這就要求過濾精度基本要達到10～2μm 左右, 國內所提供的過濾系統還需要完善, 尤其是樹脂砂輪砂粒脫落造成的系統過濾問題, 目前還是影響鋼球質量進一步提高的關鍵因素。與鑄鐵盤研磨相比切削液化學性能發生了很大的變化, 切削液中物理雜質的含量、顆粒的大小都不盡相同;由此對鋼球表面以及振動值所造成的影響相對來講更大更直接, 因此選擇一種理想的過濾系統十分重要。另外磨削液(油)的溫控也相當重要。據日本某公司介紹,國外在樹脂砂輪磨削精密鋼球中對磨削液(油)的溫控很嚴格, 一般在25 ℃左右。
5 、樹脂砂輪的粘結、安裝和修整
樹脂砂輪粘結時, 首先要將砂輪清洗干凈, 再用膠粘結, 否則很難粘結牢固。
轉動砂輪盤的修整靠砂輪修整器來完成。砂輪修整器為液壓驅動, 使金剛石修整器作直線往復運動以完成對砂輪的修整。調節金剛石修整塊使其平齊, 以保證修出的砂輪表面平整。固定砂輪盤的修整需要從機床上拆下來進行。
6 、結束語
目前, 樹脂砂輪研磨鋼球已得到較為廣泛的應用, 在3M77 系列臥式鋼球研球機上應用樹脂砂輪“以磨代研” 工藝成功地加工出了G10 ～ G5級低噪聲軸承用鋼球。
樹脂砂輪磨研鋼球工藝雖然取得了可喜的成績, 但不盡完善, 還存在不少的問題。比如怎樣在機床上很好地實現固定砂輪盤的修整和盤的自動車溝;如何根據砂輪的粒度、磨削液的成分去配置合適的過濾系統來提高磨削液的過濾精度；如何在機床設計中體現人性化、健康、環保的設計理念;如何在機床上實現減振、降噪、隔離振源，這將是今后研究的方向。
