一种加工狭窄槽系叶轮的方法、磨头及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种加工狭窄槽系叶轮的方法、磨头及其制备方法。磨头为圆柱体，顶端为球面形状，侧壁上开有螺旋槽。制备方法包括：用料计算；配料称量；润湿与混料；磨头砂块压制；干燥；烧制环节；挑选检验合格的磨头砂块进入刀柄的粘结加工工序，粘接好刀柄，待粘胶固化稳定后进行采用激光修整加工并开槽，进行磨头的合格检验，从而完成磨头制备。利用磨头加工狭窄槽系叶轮的方法，包括：进行颤振稳定性分析，建立磨削系统的稳定性叶瓣图；确定稳定磨削的工艺参数选取范围；选取稳定磨削的工艺参数，安装磨头进行磨削加工。利用本发明专利技术的磨头有效地降低磨削温度，减小切屑对磨头的粘连与磨损作用，减小加工表面烧伤问题，获得更好的加工表面质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控加工
，具体涉及一种加工狭窄槽系叶轮的方法、磨头及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的进步，人们对产品的精度的要求越来越高，提高作为汽车发动机和航空发动机中的至关重要部件叶轮的加工表面质量，是急需解决的一个重要问题。传统的磨削加工主要是利用砂轮对工件表面进行加工，但对于具有复杂狭窄槽系的工件(槽宽一般小于20～30mm)，由于尺寸的关系，传统的砂轮很难进行加工，只能采用小直径的磨头对其进行加工。但传统的磨头在加工过程中磨削力往往较大，磨削温度较高，这不仅引起加工表面烧伤问题，还容易使切屑粘连在工件和磨头表面，在加剧刀具磨损的同时，也降低了加工表面的精度。此外，由于叶轮薄壁曲面有壁薄易变形特点，如果工艺参数选取的不合理，工件表面常常留下振纹而导致加工表面质量低的现象。有效准确预测磨削加工的颤振稳定性并确定无颤振稳定域的临界条件及合理的路径优化是非常必要的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种加工狭窄槽系叶轮的方法、磨头及其制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种加工狭窄槽系叶轮用磨头，所述磨头为圆柱体，磨头的顶端为球面形状，磨头的侧壁上开有螺旋槽。所述螺旋槽的螺旋角在50度至70度之间。所述螺旋槽的数量为3～4个。所述螺旋槽的总面积不超过磨头的总工作面积的1/3。所述螺旋槽的有效宽度比为螺旋槽的法向宽度与螺旋槽的法向宽度、两螺旋槽之间凸起部分的法向宽度的和之比值，螺旋槽的有效宽度比的取值范围是0.2～0.4。所述螺旋槽的轴向工作长度和螺旋槽导程的比值与螺旋槽的宽度、螺旋角、螺旋槽数量有关； Z = B 0 S = B 0 · s i n β S · sin β = B 0 m · ( B 1 + B 2 ) sin β ]]>式中，Z为导程系数，即螺旋槽的轴向工作长度与螺旋槽导程的比值，Z取整数，优选1≤Z≤3，B0为螺旋槽的轴向工作长度，B1为螺旋槽的法向宽度，B2为两螺旋槽之间凸起部分的法向宽度，β为螺旋角，S为螺旋槽导程，m为螺旋槽的数量。一种所述的加工狭窄槽系叶轮用磨头的制备方法，包括：(1)用料计算：按磨头的设计尺寸、各配料的浓度计算出陶瓷结合剂、立方氮化硼CBN磨料、成孔剂、水的分量，同时加入损耗补偿量；(2)配料称量：按陶瓷结合剂配方含量分别称取相应成分的物料，将混合物料放入共振研磨机中进行球磨，研磨直至陶瓷结合剂粗料粒度小于600目；(3)润湿与混料：加入润湿剂对磨料进行润湿，以塑膜保存阴置，待水分弥散均匀，粘度适中时，将称量好的混合物料加入混料机中均匀混合；(4)磨头砂块压制：将均匀混合后的磨粒和表面均匀粘附陶瓷结合剂的胚料放入磨头的金属压模中，以刮料器夯实、刮平，在压机上进行定模冷压成型、脱模，制成磨头砂块生胚；(5)干燥：将磨头砂块生胚放在干燥通风的环境中自然晾干后放入干燥箱烘干后进入磨头的烧制环节；(6)烧制环节：将干燥的磨头砂块放入电阻炉内分别加热，再随电阻炉冷却到常温，修整后制成待粘接刀柄的磨头；(7)对于检验合格的磨头砂块，挑选进入刀柄的粘结加工工序，用环氧树脂粘接好刀柄，待粘胶固化稳定后进行采用激光修整加工并开槽，进行磨头的合格检验，从而完成磨头制备。所述润湿剂采用糊精液或树脂液。所述陶瓷结合剂的配方成分及含量是：SiO2 48％、Al2O3 19.3％、CaO 5.7％、K2O+Na2O4.8％、Li2O 6％、B2O314.9％、增韧剂及成孔剂。一种利用所述的磨头加工狭窄槽系叶轮的方法，包括：对整个磨削加工系统进行颤振稳定性分析，建立磨削系统的稳定性叶瓣图，即主轴转速与磨头深度的关系曲线；根据稳定性叶瓣图确定稳定磨削的工艺参数选取范围，工艺参数包括：主轴转速和磨削深度；选取稳定磨削的工艺参数，安装加工狭窄槽系叶轮用磨头，对狭窄槽系叶轮进行磨削加工。有益效果：针对于现有技术中加工复杂狭窄槽系叶轮存在的加工困难问题和颤振问题，本专利技术提供了一种加工狭窄槽系叶轮的方法、磨头及其制备方法。该方法利用小直径磨头对复杂狭窄槽系叶轮进行磨削，并通过控制工艺参数避免了磨削过程总的颤振问题，从而实现高效、高精的加工。在该方法的基础上利用本专利技术的磨头可有效地降低磨削温度，减小切屑对磨头的粘连与磨损作用，减小加工表面烧伤问题，获得更好的加工表面质量。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：1、针对狭窄槽系叶轮，使用侧壁上开有螺旋槽的球头磨头进行加工。与传统的砂轮相比，能够更灵活地加工狭窄槽；磨头前端球面的设计配合五轴加工中心的旋转轴，更加适合加工叶轮叶片的曲面以及圆弧的沟槽。这些解决了现有技术中加工狭窄槽系叶轮存在的加工困难问题。另外，考虑到磨削加工中存在的颤振问题，一部分原因是由于砂轮再生效应(磨削加工过程中，砂轮表面与工件表面不断地强力接触造成磨粒的磨耗、破碎、脱落等，形成砂轮损伤区域，砂轮损伤区域与未损伤区域的交替加工极易引发加工振动，继而产生颤振)产生的，使用刚度较大的小直径磨头，不仅可以减小损伤区域以及加工磨损量，也可以忽略由于传统砂轮偏心引发的砂轮再生效应。综合来说，使用小直径的磨头可以很大程度上减小砂轮再生效应引起的颤振问题。2、在选取加工参数时，通过对整个加工系统进行颤振稳定性分析，建立磨削系统稳定性叶瓣图，并通过磨削系统稳定性叶瓣图确定稳定磨削的工艺参数选取范围。这样就使我们能够在选取工艺参数时，在使加工表面质量满足要求的基础上，可以选择更大的磨削深度，从而避免加工过程中的颤振问题，实现了高效、高精的加工。3、本专利技术的磨头侧壁开螺旋槽，可以增大材料去除率，降低加工过程中的磨削力，并且还可以有效避免传统磨头在磨削过程中出现的排屑问题和加工表面烧伤问题，使得加工的表面质量达到更好。又由于这种“分离型”磨削过程中的冲击作用，使得“槽边刃”对磨削后的表面起到一定的“刮擦”作用，可以带走一部分切屑和热量，有效地降低了磨削温度，同时也减小了切屑对磨头的粘连与磨损作用。4、本专利技术的开槽为螺旋槽，这使得加工过程更平稳，排屑更容易。5、通过控制螺旋槽的螺旋角度减小对加工的影响。6、通过控制螺旋槽的宽度提高工件表面质量。7、通过控制螺旋槽的宽度、螺旋角、螺旋槽数量之间关系来提高磨削过程的平稳性。附图说明图1是本专利技术具体实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工狭窄槽系叶轮用磨头，其特征在于，所述磨头为圆柱体，磨头的顶端为球面形状，磨头的侧壁上开有螺旋槽。

【技术特征摘要】
1.一种加工狭窄槽系叶轮用磨头，其特征在于，所述磨头为圆柱体，磨头的顶端为球面形状，磨头的侧壁上开有螺旋槽。2.根据权利要求1所述的加工狭窄槽系叶轮用磨头，其特征在于，所述螺旋槽的螺旋角在50度至70度之间。3.根据权利要求1或2所述的加工狭窄槽系叶轮用磨头，其特征在于，所述螺旋槽的数量为3～4个。4.根据权利要求1或2所述的加工狭窄槽系叶轮用磨头，其特征在于，所述螺旋槽的总面积不超过磨头的总工作面积的1/3。5.根据权利要求3所述的加工狭窄槽系叶轮用磨头，其特征在于，所述螺旋槽的有效宽度比为螺旋槽的法向宽度与螺旋槽的法向宽度、两螺旋槽之间凸起部分的法向宽度的和之比值，螺旋槽的有效宽度比的取值范围是0.2～0.4。6.根据权利要求3所述的加工狭窄槽系叶轮用磨头，其特征在于，所述螺旋槽的轴向工作长度和螺旋槽导程的比值与螺旋槽的宽度、螺旋角、螺旋槽数量有关； Z = B 0 S = B 0 · s i n β S · sin β = B 0 m · ( B 1 + B 2 ) s i n β ]]>式中，Z为导程系数，即螺旋槽的轴向工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱立达，李兆斌，张景强，温泉，于天彪，巩亚东，王宛山，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21