[CBN砂轮在凸轮轴加工中的应用]铸铁凸轮轴适合什么砂轮

　　【摘要】CBN砂轮由于其硬度高、导热率高、锋利度高等特点，广泛应用于凸轮轴的磨削加工中。依据实验的研究结果和相关的技术文献，文章指出在凸轮轴的加工中，采用CBN砂轮磨削可以有效的提高凸轮的轮廓精度及其加工效率，解决了传统凸轮轴磨削加工中的缺陷。
　　【关键词】CBN 凸轮轴 轮廓精度
　　【中图分类号】TB4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）06-0004-01
　　引言：凸轮轴是发动机配气机构的重要零部件，其加工精度和质量的好坏直接影响着发动机动力系统的运动稳定性。同时，由于其工作环境的要求，需要凸轮轴具有较高的轮廓精度和良好的耐磨性能，加工难度较大。目前，国内许多凸轮轴的生产企业仍然采用传统的机械靠模凸轮轴磨床进行仿形磨削，由于凸轮表面的轮廓曲线受到砂轮直径大小的影响，所以导致凸轮的轮廓精度较低，而且凸轮表面易产生烧伤、裂纹等缺陷，难以提高其生产效率。CBN磨削技术的应用，有效的解决了传统凸轮轴磨削过程中的缺陷，取得了良好的经济效益。
　　一、CBN砂轮
　　CBN砂轮是以立方氮化硼磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制造而成的刀具。
　　CBN砂轮的特点：
　　(1)耐高温，热稳定性好。CBN砂轮可以承受1250℃-1350℃的高温，同时仍能保持其优良的磨削性能。对于淬火钢、高钒高速钢、铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料是最理想的砂轮。
　　(2)惰性强，一般不与过渡金属发生化学反应，因而在研磨或切削铁质材料时不会出现像金刚石那样的粘屑现象。故适于磨削各种高速钢、工具钢、高合金淬硬钢、铬钢、镍合金、粉末冶金钢和高温合金等高温硬度高、热传导率低的材料。
　　(3)硬度高，耐磨性好，耐用度高。CBN砂轮的磨削比可达3500-5500，耐用度是普通刚玉类砂轮的30-100百倍，比金刚石砂轮高3-5倍。
　　(4)磨削效率高。CBN砂轮磨削锋利、磨削力小，使用中形状保持性好，无需经常更换砂轮和修整砂轮，提高了生产率。
　　(5)可获得较好的工件表面质量。由于CBN砂轮磨削时切削锋利，磨削力小，加工表面不易产生裂纹和烧伤，残余应力小，提高了工件的抗压抗疲劳强度，工件的耐用度因此提高10%-30%，同时能获得较高的尺寸精度与较低的表面粗糙度。
　　(6)加工成本低。虽然CBN砂轮比普通材质砂轮价格略高，但具有加工效率高、表面质量好、寿命长、容易控制尺寸精度、辅助工时少、废品率低等优点，所以综合成本十分低廉。
　　(7)CBN砂轮不宜磨削硬质合金及非金属硬材料。在磨削高温下，CBN磨粒遇碱性水溶液会发生化学反应，反应结果将使磨粒晶形破坏。所以，CBN砂轮磨削时，只能选用油基性切削液，而不能用水基性切削液。[1]
　　二、凸轮轴的磨削加工
　　在传统工艺中采用单靠模仿形，普通磨削(v =35m/s)，存在的主要缺点是：(1)凸轮轮廓曲线不稳定，合格的概率低；(2)表面波纹一经出现就很难较快消除；(3)制造靠模仿的周期长，多品种生产困难。
　　凸轮轴的凸轮粗精磨削采用CBN砂轮，可以保证凸轮轮廓曲线始终接近靠模凸轮曲线，用CBN砂轮磨削凸轮，砂轮直径可以制成等于磨削工作靠模时的滚轮直径，磨削后的凸轮轮廓曲线将趋近于工作靠模曲线，使误差达到最小。由于CBN砂轮的磨耗量很小，直径方向上一般不超过10mm，而磨削的凸轮数可相当于数片普通砂轮磨削的凸轮数，因此可稳定地保证凸轮曲线始终在最佳状态。
　　丰田机工公司采用新型无靠模数控磨床和陶瓷结合剂的CBN砂轮进行凸轮轴磨削试验。结果表明：采用新型无靠模数控磨床避免了传统靠模磨床由靠模精度而带来的误差；新型磨床设备利用率高，其实现不同型号凸轮磨削生产转换仅需25分钟，而使用靠模磨床实现这种转换需要4天时间来进行安装调试；CBN砂轮的磨损速度比刚玉砂轮小上百倍，而使用数控系统又能够实现砂轮直径变化的自动补偿，因而磨削加工出的凸轮形状很准确；CBN砂轮磨削的生产周期较短，磨削一根4缸轿车凸轮轴，仅用2分钟，而普通砂轮则需要3分钟。CBN修整时间少，刚玉砂轮每磨4个凸桃就需要修整，CBN砂轮磨600个凸桃才需修整一次。CBN砂轮较高的生产效率减少了劳动力费用和企业管理费用，而且不需要昂贵的靠模，生产成本比刚玉砂轮磨削降低了60％。CBN砂轮磨削温度较低，减少了刚玉砂轮磨削中时常出现的裂纹和烧伤质量问题。CBN砂轮磨削形成的表面残留压应力改善了凸轮轴的疲劳寿命。[3]
　　三、CBN砂轮磨削凸轮的效益统计
　　(1)可用小直径砂轮，这对磨切线或凹形凸轮有利，并减少加工余量和接触弧长变化，磨削点上下移动也少。
　　(2)由于砂轮自身磨耗极小，在砂轮整个使用寿命中直径变化极小，用到最后直径只减少6mm，这可保证由砂轮直径变化造成的廓形误差极小。
　　(3)由于砂轮寿命极长，大大减少一年中用于修整砂轮和更换砂轮工时。[4]
　　(4)由于CBN砂轮磨削比大，热传导率低，所以工件温度低，没有烧伤、烧糊现象的发生。
　　(5)工件表面粗糙度及凸轮升程均能很好的满足产品要求。
　　四、结论
　　本文通过对CBN砂轮磨削凸轮轴可得出如下结论：
　　(1)CBN磨具是一类具有高速度、高效率、高精度、低磨削成本、低环境污染的高性能磨具产品，可广泛应用于汽车、航天、工具等制造业。要应用好CBN砂轮对使用CBN砂轮的设备要有一定的技术要求。
　　(2)在汽车发动机凸轮轴加工过程中采用陶瓷结合剂CBN砂轮，可提高凸轮的表面质量，没有烧伤、磨糊现象，减小廓形误差，节省修整砂轮和更换砂轮的时间，提高了劳动生产率，降低了劳动成本。
　　总之，CBN砂轮有着无可比拟的优越性，随着新材料、新技术的不断涌现，随着加工工业的技术进步，其应用范围不断扩大，用量不断增长，有力地推动着经济的发展。
　　参考文献：
　　[1]王秦生主编，超硬材料制造，北京，机械工业出版社，2002
　　[2]汪星桥，应用立方氮化硼砂轮进行高速磨削，北京，世界制造技术与装备市场，l992
　　[3]卞景盛，吴延中，新型金属陶瓷结合剂CBN砂轮，郑州，金刚石与磨料磨具
　　[4]朱政红，磨削过程最佳化研究，合肥，合肥工业大学学报，1993