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基于雙電解作用的表面磨削設備的制作方法

文檔序號:3300446閱讀:155來源:國知局
基于雙電解作用的表面磨削設備的制作方法
【專利摘要】基于雙電解作用的表面磨削設備,包括電化學磨削模塊、在線電解修整模塊、電源、電解液供給裝置和控制器,電化學磨削模塊包括工件安裝架、工件電解修整裝置和工件驅動裝置;在線電解修整模塊包括砂輪、砂輪電解修整裝置和砂輪驅動裝置,砂輪的外圓與工件的外圓相切;電解液供給裝置設置多個出液口,工件與砂輪的接觸點處上方、工件電解修整裝置與工件接觸處上方以及砂輪電解修整裝置與砂輪接觸處上方均排布出液口;電源的陰極分別與工件電解修整裝置和砂輪電解修整裝置連接、電源的陽極分別與工件和砂輪連接;工件驅動裝置與所述的砂輪驅動裝置均受控于控制器。本實用新型有益效果是:提高工件加工精度一致性,減少工序,提高效率。
【專利說明】基于雙電解作用的表面磨削設備
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種基于雙電解作用的表面磨削設備。
【背景技術】
[0002]隨著工業的快速發展,各行業對機械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高,磨削加工往往作為機械加工的終極環節,其加工性能直接影響到工件的加工質量,因此磨削加工在整個加工業中的地位日益提高。在現有機床設備的條件下,利用傳統的磨削加工方法其加工精度和加工效率難以大幅度提高,如何采用新工藝,新技術,高精度、高效率、低成本地完成磨削過程,成為磨削加工的主要任務,同時也成為提高精加工領域競爭的主要手段。
[0003]例如軸承滾道是軸承的主要工作面,對于高性能滾動軸承而言,其滾道在具有高形狀精度的同時,必須具有抗磨損、低摩擦系數和高疲勞強度等特性,因此,軸承滾道必須具有非常光滑的表面和高表面完整性。軸承滾道的傳統加工工序是:毛坯成型一車削一軟磨精整一熱處理一磨削一滾道表面超精研。精磨階段,由于磨削力和磨削熱的作用,易形成表面變質層,直接影響了軸承的性能及壽命。因此,還需要對滾道進行兩道超精研加工,以進一步去除加工變質層及改善表面粗糙度和形狀精度。由于工藝過程復雜,影響加工效率和加工質量的因素眾多,工藝條件難以保持一致,從而造成滾道的加工精度和精度一致性難以保證。
[0004]超精密磨削技術就是為適應高精度高表面質量的加工需要而發展起來的,超精密磨削具有較高的加工效率并可獲得高度的鏡面,具有很大的發展潛力。目前比較常用而且能夠得到很好表面質量的加工方法是在線電解修整(ELID)磨削方法、電化學(電解)磨削(ECG)方法。在線電解修整磨削方法(ELID)的原理是在磨削過程中利用電解作用對金屬結合劑砂輪進行在線的精細修整,從而獲得極高的加工精度和表面質量。但在進行切入式磨削時不夠穩定,加工效率不高,而且磨削時形成的鋼屑嵌入砂輪表面,導致無法對砂輪結合劑進行有效電解,進而影響磨削效率和表面質量。電化學磨削(ECG)的優勢是能在一道工序內將工件表面粗糙度大幅降低,而且電化學(電解)磨削加工既可保證良好的加工精度和表面質量,又可獲得較高的加工效率。但是在加工過程中砂輪表面磨粒不能保持良好的等高性,會導致因磨削深度不易精確控制而造成的過磨削現象。另外,砂輪磨損后需要離線修整,影響了加工效率。

【發明內容】

[0005]針對目前的在線電解修整(ELID)磨削裝置、電化學(電解)磨削(ECG)裝置在加工過程中砂輪表面磨粒不能保持良好的等高性,會導致因磨削深度不易精確控制而造成的過磨削的問題,本實用新型提出了一種能實現工件表面的高質量、高精度、高一致性和高效率的基于雙電解作用的表面磨削設備。
[0006]本實用新型所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:包括電化學磨削模塊(EMG)、在線電解修整模塊(ELID)、電源、電解液供給裝置和控制器,所述的電化學磨削模塊包括工件安裝架、工件電解修整裝置和工件驅動裝置;所述的在線電解修整模塊包括砂輪、砂輪電解修整裝置和砂輪驅動裝置,所述的砂輪的外圓與工件的外圓相切;所述的電解液供給裝置設置多個出液口,所述的工件與砂輪的接觸點處上方、所述的工件電解修整裝置與工件接觸處上方以及砂輪電解修整裝置與砂輪接觸處上方均排布出液口 ;所述的電源的陰極分別與所述的工件電解修整裝置和所述的砂輪電解修整裝置連接、所述的電源的陽極分別與所述的工件和所述的砂輪連接;所述的工件驅動裝置與所述的砂輪驅動裝置均受控于所述的控制器。
[0007]所述的工件電解修整裝置與所述的工件外圓間隙匹配、所述的砂輪電解修整裝置與所述的砂輪外圓間隙匹配。
[0008]所述的設備配置兩套獨立的電源,其中一個所述的電源的陰極與所述的工件電解修整裝置連接、陽極與所述的工件連接;另一個所述的電源的陰極與所述的砂輪工件電解修整裝置連接、陽極與所述的砂輪連接。
[0009]所述的電解液供給裝置設置3個出液口,且第一個出液口位于工件與砂輪的接觸點處上方,第二個出液口位于電解修整裝置與工件接觸處上方、第三個出液口位于電解修整裝置與砂輪接觸處上方。
[0010]所述的工件的旋轉方向與所述的砂輪的旋轉方向相反。
[0011]所述的工件的旋轉方向為順時針,所述的砂輪的旋轉方向逆時針。
[0012]所述的砂輪采用金屬結合劑立方氮化硼(CBN)砂輪。
[0013]所述的電解液采用AFG-M冷卻液。
[0014]所述的電源采用高頻脈沖電源HDMD-1V。
[0015]工作原理:電解液供給裝置源源不斷的送出電解液,砂輪與電源的陽極相接,利用電解作用使砂輪表面的結合劑生成氧化膜并通過與工件的機械作用去除,使鈍化的磨粒易于脫落,露出內部的新磨粒,從而使砂輪表面始終具有鋒利的磨粒,可以實現高精度的表面質量和較高的磨削效率;同時,工件與電源的陽極相接,外圓工件表面在電解作用下被氧化為一層極薄的氧化膜,并迅速的被砂輪的機械作用去除,露出新的表面,繼續被電解;由于金屬去除主要是靠電化學作用,機械作用主要是去除陽極氧化膜,而不對工件的基體材料進行磨削,因此,能夠獲得更高的表面質量和加工效率;磨削過程中利用電解作用砂輪進行在線的精細修整;砂輪結合劑在電解作用下電離溶解,使得砂輪表面的磨粒突出;同時,在砂輪結合劑表面生成一層致密而絕緣的氧化膜,減緩砂輪結合劑的進一步電解;隨著磨削加工的進行,表面的磨粒因磨損而脫落,生成的氧化膜也因被工件摩擦而變薄;此時,對砂輪結合劑表層的電解再次恢復,新的磨粒露出。如此循環,使磨具表面始終保持有鋒銳的磨粒和一定的容屑空間,從而在獲得極高的加工精度和表面質量的情況下保持高效率;工件(陽極)表面的金屬在電流和電解液的作用下發生電解作用,被氧化成為一層氧化薄膜;產生的氧化薄膜迅速被砂輪的機械作用刮除,工件上又露出新的金屬表面并繼續被電解作用;在磨削過程中,金屬去除主要是靠電化學作用,磨削作用主要是去除陽極氧化膜;這樣由電化學作用和刮除薄膜的磨削作用交替進行,使工件連續地被加工,直至達到一定的尺寸精度和表面粗糙度;此加工的優勢是能在一道工序內將工件表面粗糙度大幅降低;加工既可保證良好的加工精度和表面質量,又可獲得較高的加工效率。[0016]基于雙電解作用的表面磨削設備,按照以下步驟進行操作:
[0017](I)將電源的陰極分別與工件電解修整裝置和砂輪電解修整裝置連接、電源的陽極分別與工件和砂輪連接,使得工件和砂輪同時作為電解對象,砂輪和工件作為陽極、工件電解修整裝置和砂輪電解修整裝置作為陰極;
[0018](2)在電解液供給裝置中加入足量的電解液;
[0019](3)開啟整個設備,在控制器中設定好工件的加工條件后運行整個設備,對砂輪實行在線電解修整(ELID)的同時對工件表面實行電化學磨削(ECG):電解液供給裝置的出液口不斷流出的電解液覆蓋到砂輪和工件表面,砂輪與工件表面均形成一層氧化膜后通過砂輪與工件的機械摩擦作用,使得砂輪和工件表面的氧化膜不斷更新,從而對工件的表面進行磨削。
[0020]整個設備的加工條件為:電解液經1:50稀釋,砂輪轉速調到1050rpm、工件轉速lOOrpm,設備的電壓為120V、電流為48A,電解液的供給量為20_30L/min。
[0021]本實用新型有益的效果為:1)雙電解磨削過程中,由于磨削的對象是工件表面的氧化膜,而不會影響到工件的基體材料,從而能獲得極高的表面質量和加工效率;2)砂輪的磨損更少,提高了砂輪的精度保持性;3)由于得到了在線修整,砂輪表面可以一直保持良好的鋒銳性和磨粒等高性,避免了采用普通砂輪進行ECG加工時,由于磨削深度不易精確控制而造成的過磨削現象;4)在加工過程中,由于工件是電解加工,去除的是工件表面的氧化膜,從而避免了在線電解修整磨削時形成的鋼屑嵌入砂輪表面,導致無法對砂輪的結合劑進行有效電解,進而影響磨削效率和表面質量的問題;5)雙電解加工系統的設備比較簡易,可以在普通磨床上構建其加工系統。并且通過對工件和砂輪的電解液配方的優化,可以對工件和砂輪使用同一種電解液;同時,經過優化,電化學磨削模塊和在線修整磨削模塊也可以使用同一個電源,簡化其設備系統。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的雙電解磨削加工原理示意圖。
[0023]圖2是本實用新型使用一個電源加工原理圖。
[0024]圖3是本實用新型的工件的電解作用示意圖(-Ve代表金屬負離子;+代表金屬正離子)。
[0025]圖4是本實用新型的砂輪的電解作用示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖進一步說明本實用新型
[0027]參照附圖:
[0028]實施例1本實用新型所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,包括電化學磨削模塊(EMG) 1、在線電解修整模塊(ELID)2、電源3、電解液供給裝置4和控制器,所述的電化學磨削模塊I包括工件安裝架11、工件電解修整裝置12和工件驅動裝置;所述的在線電解修整模塊2包括砂輪21、砂輪電解修整裝置22和砂輪驅動裝置,所述的砂輪21的外圓與工件5的外圓相切;所述的電解液供給裝置4設置多個出液口 41,所述的工件5與砂輪21的接觸點處上方、所述的工件電解修整裝置12與工件5接觸處上方以及砂輪電解修整裝置22與砂輪21接觸處上方均排布出液口 41 ;所述的電源3的陰極分別與所述的工件電解修整裝置12和所述的砂輪電解修整裝置22連接、所述的電源3的陽極分別與所述的工件5和所述的砂輪21連接;所述的工件驅動裝置與所述的砂輪驅動裝置均受控于所述的控制器。
[0029]所述的工件電解修整裝置12與所述的工件5外圓間隙匹配、所述的砂輪電解修整裝置22與所述的砂輪21外圓間隙匹配。
[0030]所述的設備配置兩套獨立的電源3,其中一個所述的電源3的陰極與所述的工件電解修整裝置12連接、陽極與所述的工件5連接;另一個所述的電源3的陰極與所述的砂輪工件電解修整裝置22連接、陽極與所述的砂輪21連接。
[0031]所述的電解液供給裝置4設置3個出液口 41,且第一個出液口位于工件與砂輪的接觸點處上方,第二個出液口位于工件電解修整裝置12與工件接觸處上方、第三個出液口位于砂輪電解修整裝置22與砂輪接觸處上方。
[0032]所述的工件5的旋轉方向與所述的砂輪的旋轉方向相反。
[0033]所述的工件5的旋轉方向為順時針,所述的砂輪21的旋轉方向逆時針。
[0034]所述的砂輪21采用金屬結合劑立方氮化硼(CBN)砂輪。
[0035]所述的電解液采用AFG-M冷卻液。
[0036]所述的電源3采用高頻脈沖電源HDMD-1V。
[0037]工作原理:電解液供給裝置源源不斷的送出電解液,砂輪與電源的陽極相接,利用電解作用使砂輪表面的結合劑生成氧化膜并通過與工件的機械作用去除,使鈍化的磨粒易于脫落,露出內部的新磨粒,從而使砂輪表面始終具有鋒利的磨粒,可以實現高精度的表面質量和較高的磨削效率;同時,工件與電源的陽極相接,外圓工件表面在電解作用下被氧化為一層極薄的氧化膜,并迅速的被砂輪的機械作用去除,露出新的表面,繼續被電解;由于金屬去除主要是靠電化學作用,機械作用主要是去除陽極氧化膜,而不對工件的基體材料進行磨削,因此,能夠獲得更高的表面質量和加工效率;磨削過程中利用電解作用砂輪進行在線的精細修整;砂輪結合劑在電解作用下電離溶解,使得砂輪表面的磨粒突出;同時,在砂輪結合劑表面生成一層致密而絕緣的氧化膜,減緩砂輪結合劑的進一步電解;隨著磨削加工的進行,表面的磨粒因磨損而脫落,生成的氧化膜也因被工件摩擦而變薄;此時,對砂輪結合劑表層的電解再次恢復,新的磨粒露出。如此循環,使磨具表面始終保持有鋒銳的磨粒和一定的容屑空間,從而在獲得極高的加工精度和表面質量的情況下保持高效率;工件(陽極)表面的金屬在電流和電解液的作用下發生電解作用,被氧化成為一層氧化薄膜;產生的氧化薄膜迅速被砂輪的機械作用刮除,工件上又露出新的金屬表面并繼續被電解作用;在磨削過程中,金屬去除主要是靠電化學作用,磨削作用主要是去除陽極氧化膜;這樣由電化學作用和刮除薄膜的磨削作用交替進行,使工件連續地被加工,直至達到一定的尺寸精度和表面粗糙度;此加工的優勢是能在一道工序內將工件表面粗糙度大幅降低;加工既可保證良好的加工精度和表面質量,又可獲得較高的加工效率。
[0038]實施例2基于雙電解作用的表面磨削設備按照以下步驟進行操作:
[0039](I)將電源的陰極分別與工件電解修整裝置和砂輪電解修整裝置連接、電源的陽極分別與工件和砂輪連接,使得工件和砂輪同時作為電解對象,砂輪和工件作為陽極、工件電解修整裝置和工件電解修整裝置作為陰極;
[0040](2)在電解液供給裝置中加入足量的電解液;[0041](3)開啟整個設備,在控制器中設定好工件的加工條件后運行整個設備,對砂輪實行在線電解修整(ELID)的同時對工件表面實行電化學磨削(ECG):電解液供給裝置的出液口不斷流出的電解液覆蓋到砂輪和工件表面,砂輪與工件表面均形成一層氧化膜后通過砂輪與工件的機械摩擦作用,使得砂輪和工件表面的氧化膜不斷更新,從而對工件的表面進行磨削。
[0042]整個設備的加工條件為:電解液經1:50稀釋,砂輪轉速調到1050rpm、工件轉速lOOrpm,設備的電壓為120V、電流為48A,電解液的供給量為20_30L/min ;
[0043]實施例3采用#2000的金屬結合劑立方氮化硼CBN砂輪對工件按照表1中的加工條件進行磨削,其余的實施方式以及實施方法與實施例1和實施例2中的相同:
[0044]表1 #2000金屬結合劑CBN砂輪的雙電解磨削的加工條件
[0045]
【權利要求】
1.基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:包括電化學磨削模塊、在線電解修整模塊、電源、電解液供給裝置和控制器,所述的電化學磨削模塊包括工件安裝架、工件電解修整裝置和工件驅動裝置;所述的在線電解修整模塊包括砂輪、砂輪電解修整裝置和砂輪驅動裝置,所述的砂輪的外圓與工件的外圓相切;所述的電解液供給裝置設置多個出液口,所述的工件與砂輪的接觸點處上方、所述的工件電解修整裝置與工件接觸處上方以及砂輪電解修整裝置與砂輪接觸處上方均排布出液口 ;所述的電源的陰極分別與所述的工件電解修整裝置和所述的砂輪電解修整裝置連接、所述的電源的陽極分別與所述的工件和所述的砂輪連接;所述的工件驅動裝置與所述的砂輪驅動裝置均受控于所述的控制器。
2.如權利要求1所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:所述的工件電解修整裝置與所述的工件外圓間隙匹配、所述的砂輪電解修整裝置與所述的砂輪外圓間隙匹配。
3.如權利要求2所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:所述的設備配置兩套獨立的電源,其中一個所述的電源的陰極與所述的工件電解修整裝置連接、陽極與所述的工件連接;另一個所述的電源的陰極與所述的砂輪工件電解修整裝置連接、陽極與所述的砂輪連接。
4.如權利要求3所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:所述的電解液供給裝置設置3個出液口,且第一個出液口位于工件與砂輪的接觸點處上方,第二個出液口位于電解修整裝置與工件接觸處上方、第三個出液口位于電解修整裝置與砂輪接觸處上方。
5.如權利要求4所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:所述的工件的旋轉方向為順時針,所述的砂輪的旋轉方向逆時針。
6.如權利要求5所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:所述的砂輪采用金屬結合劑立方氮化硼砂輪。
7.如權利要求6所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:所述的電解液采用AFG-M冷卻液。
8.如權利要求7所述的基于雙電解作用的表面磨削設備,其特征在于:所述的電源采用高頻脈沖電源HDMD-1V。
【文檔編號】B24B53/00GK203495765SQ201320391500
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月1日 優先權日:2013年7月1日
【發明者】孫磊, 董晨晨, 呂冰海, 袁巨龍, 鄧乾發 申請人:浙江工業大學
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