曲軸是保證發動機正常運轉的核心部件,為此,曲軸上的每個部位如法蘭端、軸頭端、主軸頸和連桿頸都必須經過精確的磨削加工。采用創新結合劑系統的CBN砂輪能為以上應用提供解決方案。其高硬度和耐磨特性,能提供優良的材料去除率和修整間隔。河南富耐克超硬材料股份有限公司是中國CBN磨料和CBN刀具最大的研發制造基地,2013年富耐克為滿足不斷增加的市場需求,新建廠區12萬平方米同時購進德國進口生產設備,使得富耐克的CBN磨料年產量達到8億克拉。富耐克最新研發生產的CBN超硬刀具在汽車發動機、曲軸、缸套等零部件加工中得到廣泛的運用,受到各大汽車零部件生產廠家的一致認可。
曲軸的軸頭端和法蘭端通常采用相同的磨削加工方式,即砂輪以一定的角度斜向進給進入磨削區域(圖2)。該應用的特殊性在于外圓和端面有著不同的磨削接觸條件,因此在進行砂輪選型時,需要仔細分析這些差異。
最理想的解決方案是采用兩種不同規格的結合劑來制作砂輪,用于磨削外圓的結合劑要比磨削端面的更加耐磨。在磨削端面時,接觸面積大,所以砂輪這部分的組織結構必須更加開放,使足夠的冷卻液順利進入磨削區域,達到最佳的冷卻效果。與此同時帶出切屑,從而防止工件出現燒傷。
主軸頸和連桿頸的磨削
正如曲軸的軸頭端和法蘭端采用相同的磨削方式一樣,曲軸的主軸頸和連桿頸的磨削也是大同小異。
自上世紀80年代末期以來,曲軸軸頸的加工方法已經發生了根本的改變。以主軸頸加工為例,當時最好的加工方式是使用所謂的“組合砂輪”磨床加工(一組砂輪同時安裝在同一個主軸上)。隨著更強勁的CBN砂輪應用到曲軸加工上,實現更高的經濟效益成為可能。
針對曲軸連桿頸的磨削,CBN砂輪的應用同樣取得了成功。其更多的是采用雙磨頭磨床進行加工。當然,不可否認的是,能成功的從使用普通砂輪轉向CBN砂輪,磨床設計理念的革新起到了決定性作用,這一革新涵蓋到修整技術、冷卻系統,磨料層清洗等各個方面。與高效率機床的發展同步,曲軸軸頸的設計也在發生改變,這對軸頸的磨削方式也產生了重要影響。
到上世紀90年代中期,通常曲軸除了一個軸頸以外其他所有的軸頸都帶有根切槽,而且這些軸頸僅需要進行外圓磨削加工。與之不同,現在的曲軸幾乎所有軸頸上的兩個側面、過渡圓角和外圓都需要磨削。
這些新型曲軸軸頸可通過以下三種方法進行磨削:使用與軸頸等寬的砂輪進行切入磨削;使用比軸頸寬度稍窄的砂輪進行靠磨(Kiss Grinding);結合“切入磨削”和“靠磨”進行對角磨削。
作為其解決方案,使用陶瓷結合劑的CBN 砂輪可以很容易且充分地滿足這些特殊的加工需求。除了前文所述的一些特性之外,其高度的形狀保持性和易修整特性也非常值得關注。圣戈班磨料磨具可根據不同的加工邊際條件提供多款結合劑體系:
(1)相對較軟的結合劑體系43,能在冷卻條件差、修整精度低等不太理想的工況條件下工作;(2)相對更耐磨的結合劑體系41或者95,能夠提供最大的材料去除率和最長的修整間隔。
磨削加工中對陶瓷結合劑CBN砂輪的要求千變萬化,我們的結論是:對于任何一種應用而言都沒有最好的結合劑,只有最適合的結合劑。