作者：國機(jī)精工白鴿磨料磨具有限公司 董德勝
鋼球硬磨加工的目的是去除前道工序的表面缺陷和在熱處理時(shí)產(chǎn)生的脫碳、氧化層及表層屈氏體組織，進(jìn)一步提高尺寸精度、球形精度和表面質(zhì)量，為后續(xù)的研磨工序作準(zhǔn)備。硬磨是以鑄鐵盤為固定盤，砂輪為磨具對鋼球表面進(jìn)行加工的磨削方法，如圖1所示。
圖1 鋼球硬磨示意圖
硬磨過程中，鋼球通過固定盤工作面上環(huán)形溝槽作為引導(dǎo)，將鋼球壓在砂輪工作面，在壓力的作用下實(shí)現(xiàn)對鋼球的磨削加工。經(jīng)過鋼球?qū)ι拜喒ぷ髅娴某掷m(xù)滾壓，在其工作面上會(huì)逐漸形成溝槽。鋼球在磨削過程中，由于砂輪溝槽外邊緣處線速度大于砂輪溝槽內(nèi)邊緣處線速度，在砂輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，砂輪與鋼球的接觸位置必然產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦；隨著溝槽深度的增加，滑動(dòng)摩擦作用也隨之增強(qiáng)；在砂輪溝槽內(nèi)底邊處的滑動(dòng)摩擦較小，但滾壓作用；在這種復(fù)雜的摩擦作用下，砂輪溝槽表面上的磨粒對鋼球起到磨削作用。鋼球在磨削過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是復(fù)雜的，包括鋼球繞砂輪軸心的公轉(zhuǎn)和鋼球繞自身球心的自轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)能夠不斷改變方向，使鋼球表面上的任意一點(diǎn)都有機(jī)會(huì)受到磨削作用；公轉(zhuǎn)配合機(jī)床循環(huán)磨削方式，實(shí)現(xiàn)鋼球的硬磨加工。
砂輪作為鋼球硬磨工序的重要工具，結(jié)合硬磨特點(diǎn)，為了更好的保證鋼球的精度和表面質(zhì)量，對于鋼球硬磨加工陶瓷砂輪應(yīng)遵循以下選擇原則：
1、砂輪規(guī)格尺寸
砂輪的主要規(guī)格尺寸包括：外徑尺寸、孔徑尺寸和厚度尺寸，可依據(jù)機(jī)床的技術(shù)性能進(jìn)行合理選擇。鋼球硬磨用陶瓷砂輪常見的尺寸規(guī)格見表1。
表1 鋼球硬磨用陶瓷砂輪常見尺寸規(guī)格
2、磨料種類
磨料是磨具的重要組成部分，主要起磨削作用。在磨具設(shè)計(jì)時(shí)磨料種類的選擇主要取決于磨削對象的材質(zhì)。軸承鋼球以軸承鋼居多，可優(yōu)先選擇剛玉系磨料。棕剛玉具有較強(qiáng)的抗破碎能力且韌性較高，在鋼球硬磨陶瓷砂輪生產(chǎn)中常用。在磨削過程中，當(dāng)磨粒鈍化后，由于剛玉系磨料韌性相對較高，磨粒不能在磨削作用下自行破碎露出新刃，進(jìn)而影響磨削效率，因此結(jié)合鋼球熱處理工藝和磨削特性，可選擇適當(dāng)引入碳化硅磨料，即鋼球硬磨加工用陶瓷砂輪采用剛玉和碳化硅的混合磨料。
3、磨料粒度
在磨料粒度選擇時(shí)，主要依據(jù)磨加工表面粗糙度要求和磨削效率。首先要保證磨削后工件表面粗糙度符合要求，如果選擇粒度太粗，磨削時(shí)粗顆粒磨料切削量較大，產(chǎn)生的熱量較多，但受熱面積較小，鋼球表面易出現(xiàn)小的點(diǎn)狀燒傷；如果選擇粒度太細(xì)，一方面影響磨削效率，另一方面由于粒度細(xì)切削力較小，鋼球與溝槽弧面多以摩擦形式存在，而產(chǎn)生大量的摩擦熱，鋼球表面易出現(xiàn)燒傷。在滿足加工表面粗糙度要求的基礎(chǔ)上，盡量選用粗粒度磨料，以提高磨具的磨削效率。對于鋼球硬磨加工用陶瓷砂輪的粒度選擇可參考表2。
表2 不同鋼球硬磨用陶瓷砂輪粒度
4、砂輪硬度
硬度作為衡量砂輪質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對于鋼球硬磨用陶瓷砂輪而言，如果硬度過軟，在磨削過程中磨料會(huì)過早脫落，露出新的磨粒，這些新磨粒具有更鋒銳的磨刃，磨削能力較強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量較大，當(dāng)冷卻不及時(shí)時(shí)就會(huì)使鋼球表面產(chǎn)生點(diǎn)狀燒傷；同時(shí)，由于砂輪硬度過軟，在磨削過程中會(huì)降低溝槽表面對鋼球的約束，易造成鋼球直徑變動(dòng)量過大。如果硬度過高，自銳性較差，隨著溝槽弧面對鋼球直徑不斷的進(jìn)行磨削，鋼球直徑變小出現(xiàn)溝槽弧面與鋼球表面吻合性差，降低溝槽對鋼球的約束力，易引起鋼球連接在一起滾動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)在鋼球表面出現(xiàn)線狀燒傷。
鋼球硬磨用陶瓷砂輪硬度等級(jí)為Y級(jí)，且在GB/T 23541—2017《固結(jié)磨具 磨鋼球砂輪》中規(guī)定，磨鋼球陶瓷砂?28cm3砂室噴砂硬度坑深不大?0.6mm。砂輪硬度按照GB/T 2490—2018《固結(jié)磨具 硬度檢驗(yàn)》規(guī)定進(jìn)行，每點(diǎn)做3次噴砂硬度檢測，以第3次檢測值為硬度值。對于鋼球硬磨加工用陶瓷砂輪的硬度選擇可參考表3。
表3 不同鋼球硬磨用陶瓷砂輪硬度
綜上，砂輪的各種特性與磨削質(zhì)量有著重要關(guān)系，需謹(jǐn)慎選擇。此外，近年來隨著客戶對生產(chǎn)效率、個(gè)性化要求等的提高，白鴿磨料磨具有限公司也對于鋼球硬磨用陶瓷砂輪進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，并開發(fā)出一些鋼球硬磨用陶瓷砂輪新品，如：高效率鋼球硬磨用陶瓷砂輪、鎢鋼球硬磨專用砂輪等。但根據(jù)不同磨削對象，還需匹配合適的磨削工藝，如磨削壓力、溝槽深度、進(jìn)球速度、磨削轉(zhuǎn)速、固定盤、修整工藝等，才能生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的鋼球產(chǎn)品。
來源：軸承雜志社
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