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1、学号：南湖学院毕 业 设 计题 目：超硬磨料磨具的磨削技术研究 作 者届 别系 别机械与电子工程系专 业机械设计制造及其自动化指导老师职 称副教授完成时间2011.05.16I南湖学院毕业设计摘 要 立方氮化硼(CBN)是一类性能优越用途广泛的超硬材料，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。其代表了当今世界磨具产品发展的一个主要方向，具有广阔的发展前景。本文对CBN磨料的种类及对CBN磨料的基本要求做了系统的阐述，在此基础之上，还对CBN磨具的组成及其特点进行了分析。对影响CBN磨具性能的主要因素，CBN磨具磨削对设备的要求进行了分析研究。特别对C
2、BN磨削中磨削液的选用进行了研究，磨削液的注入方式也是应关注的问题之一。本文对CBN磨具的修整技术进行了较全面的研究，在CBN磨具的应用技术中，CBN磨具的修整技术占有非常重要的地位。通过对各种方法进行对比试验及优选方法的正交试验，得出了最佳CBN磨具整形、修锐方法和最佳工艺参数，试验结论与理论十分相符。本文还对CBN磨具在汽车发动机加工中的实际应用情况进行了分析研究。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，降低了成本。在连杆大头孔珩磨中使用CBN珩磨条，可降低刀具费用90以上
3、，并且提高了工件的几何精度和表面质量。关键词： CBN(立方氮化硼)；磨削；凸轮轴；修整AbstractCubic boron nitride(CBN)is a super hard material with many advantages and many usesCubic boron nitride grinding tools is a promising abrasive tool of high performance used for high speed，high efficiency, high precision grinding with lower grinding
4、cost and less environment pollutionTypes and basic requests of CBN abrasives were discussed in this paper Meanwhile characters and compositions of CBN grinding tools were analyzed in this parpen The research results also indicated factors that effect performance of CBN grinding tools and point out r
5、equests to the grinding machineFurthermore，this paper study on grinding coolants and dressing methods of CBN grinding toolsDressing methods are very important in application technology of CBN grinding toolsAfter various experiments，optimul TI truing and dressing techniques were suggestedConsulting t
6、he present situation of enterprise，this paper study on the application of CBN grinding tools in motor vehicle manufactureSurface quality of camshaft and link have been ensured and lower cost has been obtained by using the CBN grinding wheelEspecially at link honing，more than 90cost of cutting tools
7、has been savedKeywords：CBN；Grinding；camshaft；grinding fluid目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1 国内CBN磨具磨削技术发展概况11.2 CBN磨具的磨削特性11.3 CBN磨具的应用2第二章 CBN磨具性能及磨削技术的研究52.1 CBN磨料52.2 CBN磨具的分类及特点研究82.2.1 CBN磨具的组成特点92.2.2 结合剂102.2.3 气孔102.3 影响CBN砂轮性能的主要因素分析112.4 CBN陶瓷砂轮的性能调控122.4.1 CBN颗粒的表面镀覆处理122.4.2 陶瓷结合剂配方的自动调控132.
8、5 CBN磨削中磨削液的应用研究152.5.1 磨削液的选择162.5.2 磨削液的注入方式162.6 CBN磨具磨削对设备的要求18第三章 CBN磨具的修整技术的研究203.1 CBN砂轮修整的概念203.2 CBN砂轮修整的数学模型与理论分析213.3 整形方法和理论23第四章 CBN磨具的磨削技术的应用研究254.1 CBN珩磨条TJ376Q发动机连杆大头孔珩磨中的应用254.1.1 珩磨加工的特点254.1.2 CBN珩磨油石254.2 TJ376Q发动机连杆大头孔珩磨工艺264.2.1 国产CBN珩磨条应用验证284.2.2 验证数据的确定294.2.3 验证结果294.2.4 国产
9、CBN珩磨条的经济效益30第五章 总 结31参考文献32致 谢33 第一章 绪 论 本文对CBN磨料的种类及对CBN磨料的要求做了系统的阐述，对CBN磨具的组成及其特点进行了分析，对影响CBN磨具性能的主要因素，CBN磨具磨削对设备的要求进行了分析研究。特别对CBN磨削中磨削液的选用及CBN磨具的修整技术做了较全面的研究。本文最后还对CBN磨具在汽车发动机凸轮轴加工的实际应用情况进行了分析研究。1.1 国内CBN磨具磨削技术发展概况 CBN磨具磨削作为新兴的磨削加工技术，已得到很快的发展和生产实际应用。但主要集中在工业发达国家，我国CBN磨具应用量还比较小，主要应用在轿车生产线和进口磨床上，并
10、且CBN砂轮也以进口为主。存在差距的原因主要是因为：（1）国内CBN磨料生产技术水平还较低，CBN磨料品种、数量和性能不能很好地满足高性能CBN磨具的制造要求，并且缺少有关数据。（2）对CBN磨具制造技术缺乏系统研究，制造技术水平不高，磨具性能不理想。（3）机床水平落后，不能满足CBN磨具磨削应用要求。（4）对CBN磨具磨削的修整装置和磨削液开发不够，对修整工艺和冷却工艺研究较少，不能为CBN磨削应用提供有利的支持。1.2 CBN磨具的磨削特性立方氮化硼(CBN)是超硬切削材料之一，它是氮与硼的化合物，是在约为5000MPa的高压及1700的高温下形成的。它的硬度仅次于金刚石，但它和金刚石相比
11、却有如下优点。（1）1200高温下仍可保持硬度不变。（2） 有一定的韧性，它不仅可用于磨削强硬的铸铁，还可磨削强度大、硬度高及热敏性高的钢件或其它合金材料。（3）CBN与碳元素的亲和力小，所以十分适宜于磨削黑色金属，而能保持较高的耐用度。CBN制成的超硬磨料磨具，可应用于金属的磨削与珩磨，不仅可以代替普通砂轮磨削，甚至可以实现铸、锻件毛坯的高速、高效一次性粗精磨，尤其适用于成型、仿型及确定尺寸的精磨，其磨削质量和磨削效率较高、成本较低。国内外成熟的使用经验已证明，CBN砂轮磨削具有下述实用经济价值：（4）CBN砂轮硬度相当于刚玉磨料砂轮硬度的2倍。其机械强度相当于碳化硅磨料的2倍多，而其韧性比
12、金刚石好，可以磨削各种高强度、高硬度的钢材与铸铁，其磨具的耐用度与磨削效率是其他各种磨具所不及的。（5）CBN砂轮的导热性和热稳定性好，可承受1300-1500的高温，其导热率是刚玉(A1203)的45倍，热扩散率是A1203的112倍。CBN砂轮特别适用于磨削热敏性高的超硬高速钢和高硬度合金刚等，而不产生磨削烧伤裂纹 。（6）CBN化学惰性强、稳定性好，特别是在磨削优质工具钢、轴承钢、钦合金、镍基合金时，CBN砂轮磨耗极小，其耐用度大约是普通砂轮的1400倍。（7）CBN砂轮磨削后的零件表面质量好，不产生磨削烧伤及龟裂等缺陷，并能提高零件的疲劳强度，可延长使用寿命30%-50%，如LITON
13、工业自动化公司用CBN砂轮磨削凸轮轴，不仅成本降低50%，而且凸轮表面的疲劳强度提高了30%。（8）CBN砂轮磨削不需要频繁地修整砂轮。电镀或单层金属结合剂制成的CBN砂轮不需修整便可直接磨削。CBN砂轮耐用度稿于普通砂轮数十倍。（9）CBN砂轮适宜于高速或超高速磨削，其效率是普通砂轮的150-200倍。总之，采用CBN砂轮磨削虽然初始投资较大但其综合效益高。1.3 CBN磨具的应用 由于CBN砂轮磨削技术具有较多的优点，所以国外在70年代末便开始推广应用，80年代便相继应用于机床、工具制造业中的材料加工与复杂成型磨削，90年代初便已应用于航空、汽车、轴承与工具制造业。CBN磨具应用行业及其所
14、占比重见表1-1。若将CBN磨具磨削技术应用于国内汽车制造行业，例如凸轮轴、曲轴、连杆、缸体及其它复杂成型或大余量粗精磨削工序等，便可大大提高其加工质量与效率，同时也提高了机加工的工艺水平。CBN磨具在珩磨中的应用：由通用电器公司(GE)研制的Borazon立方氮化硼，专门采用了金属结合剂。这种立方氮化硼进行了复杂的表面处理，增强了晶粒与周围的金属基体之间结合力。经实验，立方氮化硼油石比传统磨料(如A1203)做成的油石要优越的多。珩磨过程（如图1-1所示）是立方氮化硼晶粒高速旋转从工件上切下切屑。切屑不断产生，在晶粒前方磨出一个凹痕。同时，在珩磨过程中，油石在两个方向作往复运动，切屑粘附在晶
15、粒的两边，形成一个v形切屑沟。这些切屑沟容许切屑存留于晶粒后面。表1-1 CBN磨具应用行业及其所占比重序号行业名称用量比(%)本行业可用CBNEL(%)1汽车25802轴承18383齿轮12284航空、航天13275工具12556其它2065图1-1 珩磨过程 这可以说是因为立方氮化硼油石的宽度相对狭窄的原因。油石太宽，切屑排不出来，可能积藏在油石和工件的交接面之间，在工件上产生不可控制的沟痕。研究表明:结合剂的磨损与磨料的磨损应十分匹配，防止晶粒过早消耗。当结合剂的磨损可控制时，就可在保持很高的磨削效率和使用油石的同时，获得良好的晶粒状态。 立方氮化硼金属结合剂油石的特点之一，是有一个特殊的像流星似的结合剂尾状物，或叫支柱。这种支拄形成于晶粒后面，构成一个支撑，推动晶粒通过工件，防止了晶粒的过早消耗。在
