王錦周、周利仁、顏蕊
(柳州賽克科技發(fā)展有限公司,柳州545006)
目前,行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的CVT 大多采用經(jīng)典結(jié)構(gòu),使用TC 減速增扭,起步平穩(wěn),提高舒適性。CVT 的核心零部件為控制速比的帶輪組,通過推力鋼帶及主從動帶輪組,實現(xiàn)無級變速。變速器工作時,通過鋼帶端面與帶輪錐面產(chǎn)生的摩擦力來提供夾緊力(圖1),進而傳遞扭矩。變速時,通過改變鋼帶相對錐面的徑向位置來改變速比[1],由此可見帶輪錐面粗糙度的重要性。若錐面粗糙度過低,鋼帶可能會打滑,扭矩無法傳遞;若錐面粗糙度過高,摩擦力增大,帶輪及鋼帶容易磨損,甚至鋼帶斷裂。
本司于2019年3月16日夜班,共隔離主從動帶輪錐面粗糙度超上差21 件。工藝要求Ra 為0.20~0.60 μm,實測最大1.46 μm ;錐面粗糙度超上差表面有明顯的黑點,觸感明顯(圖2左)。粗糙度正常帶輪表面應光滑且無明顯觸感(圖2右)。
圖2 粗糙度超差帶輪錐面與正常錐面對比
2019年11月,從動輪錐面砂輪磨削加工過程中,頻繁出現(xiàn)錐面粗糙度Ra 下降過快的問題。加工10 件左右,粗糙度超下差,粗糙度為0.19,無法達到60 件一次的修整頻次(圖3)。
圖3 粗糙度超下差帶輪
2.2.1 磨削工藝分析
帶輪錐面砂輪為陶瓷CBN 砂輪(圖4),相對于普通剛玉砂輪,陶瓷CBN 砂輪具有修整效率高、型面一致性好及質(zhì)量穩(wěn)定的特點。CBN 砂輪硬度僅次于金剛石,耐磨性好,發(fā)熱量小,適用于磨削硬質(zhì)合金、不銹鋼、淬硬鋼、高溫合金及鈦合金等難加工材料[2]。錐面砂輪與帶輪錐面分別形成了前角和后角(圖5),前角主要用于去除工件余量,后角主要起修光作用,以保證表面質(zhì)量。后角越小,修光效果越好,錐面表面粗糙度越小。
圖4 錐面砂輪加工方式
圖5 錐面砂輪磨削面
砂輪的硬度是指砂輪表面上磨粒在外力作用下脫落的難易程度。硬度軟,表示砂輪的磨粒易脫落;硬度硬,表示磨粒較難脫落。磨削與切削的顯著差別是砂輪具有“自銳性”,選擇砂輪的硬度,實際上就是選擇砂輪的自銳性,希望切削鋒利的磨粒不要過早脫落,也不要磨鈍時仍不脫落[3]。因此,研究砂輪的磨損過程,對于合理選擇磨削條件和砂輪特性是十分重要的。
2.2.2 粗糙度超上差分析
(1)錐面車削余量變小:錐面余量由0.30 mm 降為0.15 mm,磨削表面硬度提升20HV(約為0.7HRC),對砂輪的硬度、耐磨性要求更高。
(2)國產(chǎn)砂輪耐磨性不好:①對比試驗進口砂輪,砂輪加工滿足要求;②砂輪磨粒保持性不好,CBN 顆粒脫落過快,磨削至50 件左右粗糙度超上差(圖6),重新修整砂輪10 個循環(huán)才修好,進口砂輪只需5 個循環(huán)即可修好(單個循環(huán)修整量均為3.00 μm)。
圖6 國產(chǎn)錐面砂輪加工錐面粗糙度變化規(guī)律
(3)對比修整及加工參數(shù)前后無差異,排除參數(shù)變化的因素。
(4)檢查機床切削液壓力無異常,噴嘴無堵塞,排除冷卻不充分的因素。
結(jié)論:國產(chǎn)砂輪的錐面砂輪耐磨性不好,無法兼容帶輪錐面硬度的提升,導致錐面粗糙度超上差。
2.2.3 粗糙度超下差分析
前期為解決粗糙度超上差問題,砂輪硬度有一定提高,之前的修整及磨削參數(shù)已經(jīng)不適用。這是導致錐面粗糙度超下差的主要原因。
錐面粗糙度和砂輪修整后的表面情況有很直接的關(guān)系。一般來說,在磨削參數(shù)不變的前提下,砂輪與修整滾輪的線速度比越小、走刀速度越小,砂輪表面修整得就越平坦、越鈍,加工出來的錐面表面越光滑;砂輪與修整滾輪的線速度比越大、走刀速度越大,砂輪表面修整得就越鋒利,錐面表面越粗糙[4]。
2.3.1 粗糙度超上差問題解決
將錐面砂輪不耐磨的問題反饋給國產(chǎn)砂輪供應商,供應商重新制作多種硬度更高、磨粒把持性更好的砂輪來進行測試,最終測試出能滿足粗糙度及修整頻次要求的砂輪配方。在供應商制作新配方砂輪期間,我司通過制定實施以下短期措施以滿足生產(chǎn)需求:①將修整砂輪走刀速度從300 mm/min 調(diào)整至200 mm/min;②將砂輪修整速比從0.65 調(diào)整至0.55;③將砂輪加工時偏擺角度從-20.2°調(diào)整至-20.1°;④臨時降低砂輪修整頻次至50 件。
2.3.2 粗糙度超下差問題解決
經(jīng)過多次修整及加工參數(shù)驗證,最終鎖定滿足修整頻次及工藝要求的修整及加工參數(shù)如表1所示。
表1 改善前后修正及加工參數(shù)對比表
在帶輪錐面的磨削加工中,錐面的表面粗糙度變化不僅和零件表面硬度、砂輪硬度有關(guān),還與排屑、修整參數(shù)和加工參數(shù)等有關(guān)。要控制好錐面的粗糙度,需要根據(jù)實際加工及失效模式進行分析,進而做出合適的調(diào)整。而且同樣的修整參數(shù)在不同的機床上效果是有一定區(qū)別的,只有根據(jù)加工效果合理調(diào)整修整參數(shù),才能保證帶輪的錐面粗糙度。
通過此次問題的解決,提升了自己解決復雜問題的能力,豐富了關(guān)于CBN 砂輪的磨削知識,為公司CVT 的發(fā)展貢獻出自己的一份力量。