一种磨凸轮轴用多组合砂轮及其制备方法与流程

1.本发明属于磨料磨具领域，特别涉及到一种磨凸轮轴用多组合砂轮及其制备方法。


背景技术：

2.凸轮轴作为控制发动机缸体气门阀杆的开合的重要零部件，其砂轮质量和磨削效果起着至关重要的作用。
3.目前国内传统的磨凸轮轴砂轮，大多使用白刚玉、棕刚玉和铬刚玉材料，而对于含钒、铬等硬度较高的合金钢，则采用韧性和磨削性能较好的单晶刚玉，满足较好的形状和尺寸精度加工要求。
4.目前制备气孔砂轮普遍使用的的造孔材料是精萘粒，220 ℃左右精萘会挥发产生强烈刺激气味，高浓度的精萘会导致人体血液系统损坏，伤及健康。其它类无污染的造孔剂，如核桃皮、煤球、木屑和稻壳等材料，由于这些材料本身的特质，烧制后会导致造孔不规则、砂轮组织均匀性变差、回转强度降低，严重影响产品质量和使用安全。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种磨凸轮轴用多组合砂轮及其制备方法，提升凸轮轴磨削加工效率，解决高硬度凸轮轴的难磨削、易烧伤和造孔难等问题。
6.本发明的技术方案为：对于轴颈的外圆磨削，使用单片砂轮逐步磨削，产量低，采用多片砂轮组合磨削，同步加工可以极大提高加工效率、减少作业时间和频次。
7.本发明采用的具体技术方案如下：一种磨凸轮轴用多组合砂轮的制备方法,包括如下步骤:（1）：将单晶刚玉和白刚玉混合均匀，得到混合磨料，所述单晶刚玉质量分数为25 %-30 %，所述白刚玉质量分数为55 %-60 %；添加密度为1.0-1.4 g/cm3的水玻璃；（2）：向上述混合磨料中加入结合剂粉末，同时加入糊精粉，充分混合均匀；（3）：向上述混合物料中加入氧化铝空心球，混合均匀；（4）：将上述物料放入模具中，加压成型，制成半成品毛胚；（5）：将所述半成品毛坯干燥；（6）：将干燥后的毛坯放入窑炉内烧制；（7）：将烧制后的成品根据选择进行双平面、内圆或外圆磨削加工。
8.优选的，在（1）中，单晶刚玉为100目，白刚玉为120目。
9.优选的，在（1）中，其中单晶刚玉成分为：al2o3≥99 %，sio2≤0.1 %，fe2o3≤0.1 %，na2o≤0.07 %；白刚玉为成分为al2o3≥99.2 %，sio2≤0.1 %，fe2o3≤0.05 %，na2o≤0.35 %。
10.优选的，在（1）中，所述水玻璃占磨料和结合剂总份数的3 %-4 %。
11.优选的，在（2）中，结合剂质量分数为10 %-15 %，所述糊精粉占磨料和结合剂总份数的1%-1.5%，所述结合剂为粘土-长石体系的高温陶瓷结合剂。
12.优选的，在（3）中，所述氧化铝空心球质量分数为磨料和结合剂总份数的4%-8 %，在（4）中，在1000 t压机上加压成型，选用模具制备出3-8片不同规格的平行毛坯。
13.优选的，在（5）中，放在60-80 ℃干燥室干燥；在（6）中，烧结温度为1250-1300 ℃，时间为12 h-36 h。
14.优选的，在（7）中，砂轮平面精度为
±
0.05mm，对于单面凸砂轮，凸台外圆的直径略微大于磨床卡装的法兰盘直径。
15.一种磨凸轮轴用多组合砂轮,包括多个砂轮，所述砂轮为3-8个不同尺寸规格组合，所述砂轮同心并列安装，之间具有一定间隔。
16.优选的，包含平行砂轮和单面凸砂轮，单面凸砂轮是由平行砂轮磨削制备而成。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1，本发明提供一种磨凸轮轴用多组合砂轮，由于采用上述技术方案，在多组合砂轮满足加工质量要求的同时（粗糙度ra≤0.32 μm、平行度≤0.05 mm、表面质量和外观无损等），特别是在加工效率方面，明显优于传统的单工位加工，提高凸轮轴的生产效率。
18.2，本发明提供一种磨凸轮轴用多组合砂轮，使用单晶刚玉和白刚玉磨料混合。单晶刚玉硬度高韧性大，磨料颗粒为单晶体，抗破碎能力强，添加细粒度的白刚玉，提高砂轮整体的抗拉强度和耐用度，并且多片砂轮组合使用，砂轮依旧可以保持同样的损耗和耐用度。
19.3，本发明提供一种磨凸轮轴用多组合砂轮，加入氧化铝空心球造孔, 氧化铝空心球提供磨削时排屑所需的气孔，人为增添的气孔，不仅提高磨削效率，而且可以防止磨削时工件烧伤；氧化铝空心球为氧化铝基体，高温烧结后在砂轮内部与结合剂配合作为骨架支撑，增强两相界面活化能，提高砂轮力学强度和硬度。
附图说明
20.图1为磨凸轮轴用多组合砂轮示意图图2为
×
400氧化铝空心球图图3为本发明实施例砂轮的测试结果图图4为本发明实施例砂轮的测试结果图。
具体实施方式
21.本发明主要是为解决磨凸轮轴用多组合砂轮磨削效率差，强度低等问题，提供了一种韧性大、强度高、磨削性能优异的磨凸轮轴用多组合砂轮及其制备方法。下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细说明。
22.实施例1第一步，将单晶刚玉和白刚玉混合均匀，得到混合磨料，所述混合磨料中，单晶刚玉质量分数为25 %，白刚玉质量分数为60 %。
23.第二步，向第一步所得混合粉料中添加密度为1.1 g/cm3，占磨料和结合剂总份数
4%的水玻璃，使磨料整体湿润。
24.第三步，向第二步中所得湿润混合磨料中加入质量分数为15 %的陶瓷结合剂粉末，同时加入糊精粉，糊精粉质量分数为磨料和结合剂总份数的1.2%，增加磨料与结合剂的结合性能，充分混合均匀。
25.进一步地，结合剂为陶瓷结合剂，粘土-长石体系的高温结合剂。
26.第四步，向第三步所得物料中额外添加氧化铝空心球，质量分数占比5 %，混合均匀。如图2所示为氧化铝空心球的示意图，其中1是氧化铝空心球的外壁，2是其内部空腔。
27.第五步，将第四步所得的物料放入尺寸为1065x100x305（直径x厚度x内径）模具中，在1000 t压机设备上加压成型，制成半成品毛胚。
28.进一步地，依据要求选用不同尺寸的模具，制备出7片不同规格的平行毛坯，其中包含1片平行1057.5x26x304.8砂轮，4片平行1064x20x304.8砂轮，1片单面凸1055x17.5/20x304.8砂轮，和1片单面凸1065x13/18x304.8砂轮。
29.第六步，将第五步所得半成品毛坯，放在80 ℃干燥室，保温48 h排除水分。
30.第七步，将第六步干燥后的毛坯放入窑炉内烧制，烧结温度为1250 ℃，时间为36 h。
31.第八步，将烧制后的7片砂轮按照尺寸需要，分别进行双平面、内圆和外圆磨削加工。单面凸砂轮使用金刚石刀具磨床加工出凸台。
32.第九步，将第八步加工完的砂轮，使用喷砂硬度仪测量硬度值为分别为1.82、1.83、1.74、1.78、1.77、1.77和1.80。
33.第十步，将第八步加工完的砂轮，放置在静平衡设备上测量静平衡克数分别为18g、10g、12g、6g、10g、8g和10g。
34.第十一步，将第八步加工完的7片砂轮，分别放置在回转设备上测量回转强度，回转速度为1400r/min，砂轮回转不破裂。
35.第十二步，将7片砂轮，按照已测量的平衡克数轻点位置，对称安装，并根据机器设备要求，加装平衡块，组合后上机使用，如图1所示。
36.本实施例经过磨削测试，磨削工件为gcr15轴承钢，热处理hrc 50-60。磨削后工件粗糙度为ra 0.28，如图3所示，当进刀深度为0.01 mm时，磨削比为253.0，说明7片磨凸轮轴用多组合砂轮，切削力强，砂轮耐用且组合使用时磨削量一致，能显著提高磨削效率，减少工人工作量。
37.实施例2第一步，将单晶刚玉和白刚玉混合均匀，得到混合磨料，所述混合磨料中，单晶刚玉质量分数为30 %，白刚玉质量分数为57%。
38.第二步，向第一步所得混合粉料中添加密度为1.3 g/cm3，占磨料和结合剂总份数3%的水玻璃，使磨料整体湿润。
39.第三步，向第二步中所得湿润混合磨料中加入质量分数为13 %的陶瓷结合剂粉末，同时加入糊精粉，糊精粉质量分数为磨料和结合剂总份数的1.33%，增加磨料与结合剂的结合性能，充分混合均匀。
40.进一步地，结合剂为陶瓷结合剂，粘土-长石体系的高温结合剂。
41.第四步，向第三步所得物料中额外添加氧化铝空心球，质量分数占比7 %，混合均
匀。
42.第五步，将第四步所得的物料放入1065x100x305模具中，在1000 t压机上加压成型，制成半成品毛胚。
43.进一步地，依据要求选用不同尺寸的模具，制备出5片不同规格的平行毛坯，其中包含3片平行1065x18x304.8砂轮，1片1065x13/19.5x304.8砂轮，和1片1053.5x15/19.5x304.8砂轮。
44.第六步，将第五步所得半成品毛坯，放在60 ℃干燥室，保温72 h排除水分。
45.第七步，将第六步干燥后的毛坯放入窑炉内烧制，烧结温度为1300 ℃，时间为12 h。
46.第八步，将烧制后的5片砂轮按照尺寸需要，进行双平面、内圆和外圆加工，单面凸砂轮使用金刚石刀具磨床进行凸台加工，平面精度为
±
0.05mm。
47.第九步，将第八步加工完的砂轮，使用喷砂硬度仪测量硬度值分别为2.0、2.08、2.10、1.97和2.01。
48.第十步，将第八步加工完的砂轮，放置在静平衡设备上测量静平衡克数分别为12g、14g、12g、16g和8g。
49.第十一步，将第八步加工完的砂轮，放置在回转设备上测量回转强度，转速为1450r/min，砂轮回转不破裂。
50.第十二步，将5片砂轮，按照已测量的平衡克数轻点位置，对称安装，并根据机器设备要求，加装平衡块，组合后上机使用。
51.本实施例经过磨削测试，磨削工件为gcr15轴承钢，热处理hrc 50-60。磨削工件粗糙度为ra 0.27，如图4所示，当进刀深度为0.01 mm时，磨削比为217.2。多片组合使用，砂轮依旧可以保持相同的损耗和耐用度，保持良好的同心度，磨削比较高，耐用度好，减少了员工的负荷，提高了磨削效率和性能。
52.以上实施例，旨在提供一种磨凸轮轴用多组合砂轮及其制备方法，其中涉及到磨料质量、湿润剂、结合剂量、氧化铝空心球质量、成型压力、干燥温度和时间、烧结温度和时间的变化，均包含在此发明之内。