CN101298122A - 一种复杂型面刀具的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种复杂型面刀具的加工方法，包括以下步骤：(1)、根据待加工刀具的结构和大小要求，依据刀具设计理论和仿形法的加工原理设计出修整电极；(2)、利用修整电极修整砂轮的廓形；(3)、利用修正出廓形的砂轮磨削加工修整电极；(4)、对已经在线电解修锐磨削的工件表面进行无压力滚动研磨和冲击抛光，得到硬质合金刀具。本发明提供一种修整效率高、成本低的复杂型面刀具的加工方法。

Description

一种复杂型面刀具的加工方法

技术领域

本发明涉及精密加工领域，尤其是一种复杂型面刀具的加工方法。

背景技术

轴承沟道是滚动轴承的关键工作表面，其表面质量直接影响整个滚动轴承的使用性能。其中内外沟道的表面粗糙度是影响轴承振动的主要原因，从而对加工轴承沟道的刀具提出了要求。

硬质合金轴承刀具主要应用于轴承加工中车削自动线和加工专机上的成形加工。其刀具分别有可转位沟道刀具、密封槽刀具、端面倒R角刀具以及焊接式内圈沟道及密封槽刀具、外圈密封槽刀具，外圈沟道刀具等。这些成形刀具在加工中一次车削成形，不仅提高了加工效率，且保证了每一个工件尺寸一致性，精度高，外观漂亮，降低了磨加工废品率，提高了轴承的使用寿命。现已经在车削加工自动线上和小台车上得到了较好的应用。用硬质合金可转位沟道成形刀加工轴承套圈，省去麻烦的刀具刃磨工作，调整刀具的工作量亦大大减轻，可以节省大量的辅助时间，深受工人的欢迎。在磨加工工序，磨削留量减少，缩小工作行程，提高了生产率。

硬质合金刀具属于难加工材料，使用一般磨削方法，不仅效率低，表面质量由于磨削产生的很多热量而变得很差。同时用于磨削的砂轮需要经常的用金刚石笔进行修锐，所以效率低下。

由于硬质合金刀具具有的复杂型面，所以用于磨削的金属结合剂金刚石砂轮也需要拥有复杂型面，但是如何对金属结合剂金刚石砂轮进行修整成了一个难点。

普通磨料磨具修整法中由于修整砂轮结合剂和磨粒的硬度及强度都远低于金刚石砂轮，因而修整效率极低：GC杯形砂轮的修整机理同磨削油石法相类似，主要依赖磨料对金属结合剂的研蚀去除作用，这样就造成砂轮修整器的损耗较大，需用较复杂的专用修整装置，与各类磨床结合较差，而且不能够实现成形砂轮的在线修整；电解修整法速度快但难以修整，且由于阴极工具和砂轮之间的电场、流场、电极反应动力过程的影响，加工间隙不是处处相等，从而使被修整的表面凸凹不均匀，磨削粗糙度不理想；激光修整法虽然优点很多，但激光修整器价格昂贵，维护困难，难于在实际生产中应用；其它一些新的修整方法还处于研究试验阶段，修整效率无法保证。

发明内容

为了克服已有复杂型面刀具的加工方法的不能兼顾修整效率与成本的不足，本发明提供一种修整效率高、成本低的复杂型面刀具的加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种复杂型面刀具的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：

(1)、根据待加工刀具的结构和大小要求，依据刀具设计理论和仿形法的加工原理设计出工具电极；

(2)、利用工具电极修整砂轮的廓形，包括：

(2.1)、金属结合剂金刚石砂轮通过阳极固定装置与高频脉冲电源正极相接做阳极，工具电极与高频脉冲电源负极相接做阴极；

(2.2)、在金属结合剂金刚石砂轮与工具电极之间通入具有导通两极和冷却作用的媒介，在金属结合剂金刚石砂轮与工具电极之间产生电火花；

(2.3)、连续通过电火花精密整形蚀除砂轮余量，把工具电极形状逐步复制到金属结合剂金刚石砂轮上；

(3)、利用修正出廓形的砂轮磨削加工工具电极，包括：

(3.1)、金属结合剂金刚石砂轮通过阳极固定装置与高频脉冲电源正极相接做阳极，工具电极与直流电源负极相接做阴极；

(3.2)、在阳极和阴极之间通入起电解作用的磨削液，使砂轮、磨削液、工具电极和电源构成电解回路发生电解反应，电解电压选为60-120V，电解电流控制在3-4A，砂轮磨削表面的电解速度大于钝化膜速度；

(3.3)、对砂轮表面的金属结合剂基体进行电解去除，同时生成一层钝化膜附着于砂轮表面；

(3.4)、将电解电压逐渐降为60V，电解电流控制在0-2A，砂轮磨削表面生成钝化膜的效率高于电解效率；

(4)、对已经在线电解修锐磨削的工件表面进行无压力滚动研磨和冲击抛光，得到硬质合金刀具。

本发明的技术构思为：根据电火花整形原理，利用金属结合剂砂轮导电和可蚀除的特点，用电火花精密整形方法对砂轮磨削表面结合剂基体材料进行去除，实现对砂轮表面的整形。

本发明的目的是针对硬脆材料、复合材料等难加工材料的精密磨削加工，特别是成形表面磨削加工，提供一种金属结合剂砂轮的整形方法。它适应于各种磨料、各种形状、各种粒度金属结合剂砂轮的整形，而且整形结束后，磨削可以马上进行，无需拆卸砂轮，所以整形效率以及整形精度高，磨削状态佳。

本发明提供的复杂型面刀具的加工方法包括电火花精密整形、Elid磨削方法。

所述金属结合剂砂轮电火花精密整形，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)、金属结合剂金刚石砂轮通过阳极固定装置与高频脉冲电源正极相接做阳极，工具电极与高频脉冲电源负极相接做阴极；

(2)、在砂轮与工具电极之间通入具有导通两极和冷却作用的媒介，使电火花能在砂轮与工具电极之间产生，由于需要整形出具有复杂型面的砂轮，所以对工艺要求很高，本发明中所指的电火花精密整形工艺就是发明人自行制定的电火花精密整形工艺：复杂型面砂轮的电火花整形工艺方法。

(3)、连续通过电火花精密整形蚀除砂轮余量。

如图3所示，整形时，在阳极和阴极之间通入媒介，使砂轮和工具电极之间能产生电火花，通过电火花不断蚀除砂轮余量，能把电极形状逐步复制到砂轮上。

所述的Elid磨削方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)、金属结合剂通过阳极固定装置与高频脉冲电源正极相接做阳极，工具电极与直流电源负极相接做阴极；

(2)、在砂轮阳极和阴极之间通入起电解作用的磨削液，使砂轮、磨削液、工具电极和电源构成电解回路发生电解反应，修锐时，电解电压选为60-120V，电解电流控制在3-4A，使砂轮磨削表面的电解速度大于钝化膜速度；

(3)、对砂轮表面的金属结合剂基体进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对砂轮的修锐作用；同时生成一层钝化膜附着于砂轮表面，抑制砂轮的过度电解，整个过程重复进行，此时电解效率高于成膜效率，保证砂轮在磨削过程中能够得到充分的修锐。

(4)、将电解电压逐渐降为60V，电解电流控制在0-2A，使砂轮磨削表面生成钝化膜的效率高于电解效率，保证有足够多的钝化膜参与磨削。

如图4所示，在砂轮和电极的间隙中通过电解磨削液、利用电解过程中的阳极溶解效应，对砂轮表层的金属结合剂进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对砂轮的修锐作用；同时形成一层钝化膜附着于砂轮表面，抑制砂轮的过度电解。当砂轮表面的磨粒磨损后，钝化膜被工件材料去除，电解过程继续进行，对砂轮表面重新进行修锐，整个过程重复进行。上述过程是一个动态平衡的过程，既避免了砂轮过快消耗，又能自动保持砂轮表面的磨削能力。从而使砂轮以最佳磨削状态连续进行磨削加工。

在Elid磨削过程中，一方面由于磨粒嵌在结合剂中，对于单个的固着磨粒而言，其有效磨削尺寸占磨粒尺寸的1/3，磨粒主要以微切削的方式去除工件表面材料，所以造成的破碎区域要小得多，另一方面砂轮表面生成一层具有一定厚度和弹性的钝化膜。钝化膜中的脱落磨料在进给量很小的精密磨削中，对已加工表面进行高速无压力滚动研磨和冲击抛光。

超精密磨削或者光磨时，由于进给量很小或者没有进给量，砂轮表面钝化膜的厚度远大于磨料的出刃高度，也大于进给深度，从而使砂轮表面能够实施切削作用的固着磨粒在超精磨或者光磨中不能直接与被加工表面接触，钝化膜将代替砂轮参与真正的磨削过程。

用Elid方法磨削金属结合剂砂轮时，由于砂轮的整形和修锐都在磨床上进行，可以免除卸载砂轮所造成的误差，磨床工作台往复运动可以获得高的整形效率和精度。

本发明的有益效果主要表现在：修整效率高、成本低。

附图说明

图1是工具电极设计图。

图2是电火花精密整形示意图。

图3是Elid磨削示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种复杂型面刀具的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：

(1)、根据待加工刀具的结构和大小要求，依据刀具设计理论和仿形法的加工原理设计出工具电极；

(2)、利用工具电极修整砂轮的廓形，包括：

(2.1)、金属结合剂金刚石砂轮通过阳极固定装置与高频脉冲电源正极相接做阳极，工具电极与高频脉冲电源负极相接做阴极；

(2.2)、在金属结合剂金刚石砂轮与工具电极之间通入具有导通两极和冷却作用的媒介，在金属结合剂金刚石砂轮与工具电极之间产生电火花；

(2.3)、连续通过电火花精密整形蚀除砂轮余量，把工具电极形状逐步复制到金属结合剂金刚石砂轮上；

(3)、利用修正出廓形的砂轮磨削加工工具电极，包括：

(3.1)、金属结合剂金刚石砂轮通过阳极固定装置与高频脉冲电源正极相接做阳极，工具电极与直流电源负极相接做阴极；

(3.2)、在阳极和阴极之间通入起电解作用的磨削液，使砂轮、磨削液、工具电极和电源构成电解回路发生电解反应，电解电压选为60-120V，电解电流控制在3-4A，砂轮磨削表面的电解速度大于钝化膜速度；

(3.3)、对砂轮表面的金属结合剂基体进行电解去除，同时生成一层钝化膜附着于砂轮表面；

(3.4)、将电解电压逐渐降为60V，电解电流控制在0-2A，砂轮磨削表面生成钝化膜的效率高于电解效率；

(4)、对已经在线电解修锐磨削的工件表面进行无压力滚动研磨和冲击抛光，得到硬质合金刀具。

本实施例中，该装置中ELID磨削系统包括：改装的平面磨床，自制HDMD-II型ELID磨削专用高频直流脉冲电源，金属结合剂金刚石砂轮，自制HDMY-201型磨削液。

该装置中电火花精密整形系统包括：改装的平面磨床，电火花精密整形高频脉冲电源，金属结合剂金刚石砂轮，工具电极，高压喷枪。

首先根据刀具要求设计出工具电极，然后利用工具电极对砂轮进行电火花精密整形，使金属结合剂金刚石砂轮与电源正极相连接为阳极，工具电极与电源负极相接做阴极，打开电火花精密整形高频脉冲电源，根据工艺要求，通入适当媒介，同时让砂轮缓慢下降，利用电火花对砂轮的蚀除砂轮磨料层表面的金属结合剂进行去除，从而达到对金属结合剂金刚石砂轮高效率高精度整形的目的。

调整好砂轮和刀具后进行在线电解修锐磨削。修锐时，电解电压选为60-120V，电解电流控制在3-4A，使砂轮磨削表面的电解去除速度大于生成钝化膜的速度，保证砂轮具有良好的修锐效果。如图3所示，金属结合剂金刚石砂轮通过接线夹与电源正极相连接为阳极，圆弧阴极块通过螺钉与电源阴极连接为阴极，在砂轮电极间隙中通过电解磨削液，利用电解过程中的阳极融解效应，对砂轮表层的金属基体进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对砂轮的修锐作用；同时形成一层钝化膜附着于砂轮表面，一直砂轮过度电解，使砂轮磨粒始终以锋利状态连续进行磨削加工。当砂轮表面的磨粒磨损后，钝化膜被工件材料挂擦去除，电解过程继续进行，对砂轮表面重新进行修锐，整个过程重复进行。上述过程是一个动态平衡的过程，既避免了砂轮过快消耗，又能自动保持砂轮表面的磨削能力。从而使砂轮始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工。所以该技术将砂轮修锐与磨削在线加工结合在一起，在金属结合剂砂轮进行磨削加工的同时，利用电解方法对砂轮进行修锐，从而实现精密磨削。

最后，对已经在线电解修锐磨削的工件表面进行无压力滚动研磨和冲击抛光，得到硬质合金刀具。

Claims (1)

1、一种复杂型面刀具的加工方法，其特征在于：所述加工方法包括以下步骤：

(1)、根据待加工刀具的结构和大小要求，依据刀具设计理论和仿形法的加工原理设计出修整电极；

(2)、利用修整电极修整砂轮的廓形，包括：

(2.1)、金属结合剂金刚石砂轮通过阳极固定装置与高频脉冲电源正极相接做阳极，修整电极与高频脉冲电源负极相接做阴极；

(2.2)、在金属结合剂金刚石砂轮与工具电极之间通入具有导通两极和冷却作用的媒介，在金属结合剂金刚石砂轮与工具电极之间产生电火花；

(2.3)、连续通过电火花精密整形蚀除砂轮余量，把修整电极形状逐步复制到金属结合剂金刚石砂轮上；

(3)、利用修正出廓形的砂轮磨削加工修整电极，包括：

(3.1)、金属结合剂金刚石砂轮通过阳极固定装置与高频脉冲电源正极相接做阳极，修整电极与直流电源负极相接做阴极；

(3.2)、在阳极和阴极之间通入起电解作用的磨削液，使砂轮、磨削液、修整电极和电源构成电解回路发生电解反应，电解电压选为60-120V，电解电流控制在3-4A，砂轮磨削表面的电解速度大于钝化膜速度；

(3.3)、对砂轮表面的金属结合剂基体进行电解去除，同时生成一层钝化膜附着于砂轮表面；

(3.4)、将电解电压逐渐降为60V，电解电流控制在0-2A，砂轮磨削表面生成钝化膜的效率高于电解效率；

(4)、对已经在线电解修锐磨削的工件表面进行无压力滚动研磨和冲击抛光，得到硬质合金刀具。

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