高精度、低粗糙度外圆防磨削掉砂技术研究

钟立坚，罗平华，杨若

（中国航发中传机械有限公司，湖南 长沙 410200）

某零件（见图1）两外圆是直接跑道，精度高，硬度高，表面粗糙度低（Ra0.15）。

磨削时，砂轮的细小掉砂容易在零件表面造成周向弧长约0.5 ～4mm，深度约0.001 ～0.01mm 的划伤缺陷（俗称掉砂），造成重大质量问题。掉砂原因较为复杂，涉及砂轮组织的性能、工件材质、砂轮修整情况、砂轮线速度和工件转速、切削深度、进给量等因素，需逐一进行相关技术研究。

1 技术难点

1.1 砂轮磨削加工的特点

砂轮是由细小的磨粒用结合剂或黏接剂将其黏接成固结或非固结状态对工件进行切削加工，一般是由磨粒、结合剂和气孔组成，其中磨粒具有较高的硬度和适当的脆性，在磨削过程中起切削作用。

众所周知，砂轮在磨削零件过程中旧磨粒会脱落而露出新磨粒形成自砺，也可以通过它砺（用砂轮修整器修整砂轮）使砂轮锋利保持良好的切削性能。

1.2 零件划伤主要原因

（1）修整砂轮后，砂轮表面有一些不稳定的砂粒或在砂轮气孔中黏附着砂粒，在磨削时易脱落而划伤零件。

（2）在磨削零件过程中，砂轮消耗后的脱粒未被切削液及时冲走，黏附在零件上被砂轮挤压形成划伤。

（3）由于过滤不彻底，切削液槽中的砂粒或杂质被冷却泵带到零件上划伤零件表面。

1.3 解决掉砂问题存在的难点

（1）“掉砂”划伤零件表面是光磨时由于磨粒脱落或切削液中的砂粒、尘埃等原因出现表面划伤，具有随机性。

（2）要防止或减少掉砂，就要采用相对较硬的硬砂轮、磨粒不易脱落，精磨时控制砂轮修整次数以减少砂粒产生的机会；但该零件外圆是直接跑道，硬度高，表面粗糙度低（Ra0.15），防止零件烧伤是第一大技术要求，而防止烧伤的主要措施就是要求采用中软偏软、砂轮自锐性好、粒度粗的砂轮加工，并且要勤修砂轮保持砂轮锋利，减少切削热。

由此可见，防止掉砂和防止烧伤具有一定的矛盾性，需通过工艺试验，利用现有砂轮，调整工艺参数使加工表面达到完整性要求：即零件表面既不烧伤也无掉砂划伤，零件合格率达到95%以上。

2 技术方案及具体实施方式

该零件精度高、粗糙度低，需要在高精度及切削液过滤精度高的机床上进行工艺试验。

2.1 普通高精度外圆磨床MGA1432A

（1）加工前，对机床冷却液箱进行清洗并更换新液,接通经过滤阀，切削液开关开启最大，确保冷却液干净无杂质，冷却效果良好。

（2）加工外磨工序时，必须分粗磨、精磨两次装夹加工，采用切入法加工，并采用试切法进行粗磨。即对零件进行“试切——测量——调整——再试切”，反复进行直到精磨所需余量。

（3）砂轮需勤修整，要时刻保证砂轮尖锐，但必须确保砂轮表面不能有明显凸粒。

（4）在精磨前，需对砂轮进行检查，如果砂轮外圆有凸粒，需要用金相纸轻轻擦轼砂轮表面，去除不稳定的凸粒，避免掉砂现象发生。

（5）精磨前，需找正零件外圆，避免因装夹造成外圆跳动过大，变形，在精磨时产生烧伤。

（6）为了有效防止零件烧伤，可选择单晶刚玉砂轮。（7）根据防止烧伤要求，线速度宜控制在15 ～20m/s为佳。

（8）根据实践操作试验，要保证Ra0.15 的粗糙度，精磨修整速度需进行控制在约10 ～60mm/min。

（9）砂轮修整后，用金相砂纸轻轻将砂轮表面擦拭，将不稳定砂粒去除，然后，用剪短的毛刷刷去砂轮表层气孔尘粒。

2.2 数控高精度外圆磨床S41

（1）加工前，对机床冷却液进行更换，采用进口过滤纸确保冷却液干净无杂质，冷却效果良好。

（2）冷却液流量选择30l/min，大的冷却水流量可以冲走黏附在零件上的砂粒防止划伤零件，同时，也是防止烧伤的重要措施。

（3）加工该工序时，必须分粗、精磨，并采用试切法进行粗磨（只针对试验批，后续批次加工可根据试验批得出的最理想修整速度和修整量，修整砂轮直接加工零件），即对零件进行“试切——测量——调整切削参数——再试切”，反复进行直到精磨所需余量（0.02）。

（4）为了有效防止零件烧伤，可以选择单晶刚玉SA60JV、棕刚玉A80H8、白刚玉WA F60 K6 三种砂轮，每种砂轮需分别摸索其线速度、进给量、砂轮修整频次。

（5）砂轮修整速度：150mm/min。结合多次试验，该速度能较好的保证Ra0.15，速度过高，则粗糙度高，达不到要求；速度低则粗糙度低，效率低且掉砂易“显形”。

（6）因为要一次装夹完成粗、精磨，为了加工过程持续稳定，避免变速带来冲击，粗精磨可采用统一速度，经过试验，该速度能较好地保证两外圆精度，而过高则粗糙度高且易掉砂，过低则效率低、易烧伤。

3 结语

运用前述技术方案，通过试加工，高精度、低粗糙度外圆磨削掉砂得到了有效防控，粗糙度满足要求，表面无烧伤，达到了预期目的。本文通过探索、研究、试验摸索，确定了在普通和数控磨床外圆磨削防掉砂的加工方法和控制手段，具有极佳的应用推广价值。