摘要　聚氨酯橡胶是一种难切削加工非金属材料,材料软、弹性大且导热性较差,因此很难加工到要求的形状精度、尺寸精度及表面粗糙度。针对聚氨酯橡胶的这种加工性能,提出了聚氨酯摩擦盘的磨削加工工艺:先用成型法进行粗磨,再用成型法进行精磨和抛光。粗磨选用30#粒度的黑色碳化硅大气孔陶瓷结合剂砂轮,N级硬度,切削用量0. 01mm,用电镀金刚石滚轮修整砂轮圆弧,成型磨削,可以保证聚氨酯摩擦盘的形状和位置精度(R=3. 5+0. 15-0. 08, S/2=3±0. 05mm);精磨选用具有抛光作用的120#白刚玉PVA砂轮,用电镀金刚石滚轮修整砂轮圆弧,精磨和抛光同时完成,可以保证聚氨酯摩擦盘的尺寸精度(ΦA=50±0. 03mm)和表面粗糙度(Ra=0. 4μm)。

关键词　聚氨酯摩擦盘;磨削;工艺参数;形状和尺寸精度;表面粗糙度

 聚氨酯摩擦盘是化纤机械弹力丝机上的一个关键零件,其作用是通过假捻变形(先加捻,然后再定型和退捻),以使化纤初生丝获得弹性、蓬松和良好的手感。由于聚氨酯摩擦盘是通过高速旋转对化纤初生丝进行加捻的,所以对工作圆弧表面的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度都提出了较高的要求。如果形状和尺寸精度达不到要求,将影响生头和加捻质量的稳定;如果表面粗糙度达不到要求,耐磨度将急剧下降,且容易挂丝,无法使用。因此,保证形状和尺寸精度及表面粗糙度,是聚氨酯摩擦盘磨削加工的关键问题。

1　零件分析

1.1　零件的技术要求分析

图1为聚氨酯摩擦盘的零件简图,骨架材料为聚酯(PET)塑料,外层包覆为聚氨酯橡胶。从零件简图上可以看出,聚氨酯摩擦盘的外圆圆弧形状要求为:R=3. 5+0. 15-0. 08;位置要求为:圆弧顶点到两边的距离对称S/2=3±0. 05mm,并有0. 3mm×30°的倒角;外圆尺寸为 A=50±0. 03mm,表面粗糙度为Ra=0. 4μm。

1.2　材料的加工性能分析

聚氨酯橡胶是介于橡胶和塑料之间的一种高分子弹性材料,因其具有塑料相和橡胶相,所以兼具塑料和橡胶的一些基本特点[1] [2]。硬度范围是邵氏A65-98,温度范围-50℃~120℃。具有较高的强度和弹性,优异的耐磨性,耐油和耐水解性能等。

作为一种难切削加工非金属材料,很难加工到要求的形状精度、尺寸精度及表面粗糙度[3],其加工性能表现为:

(1)材料较软。尺寸精度和形状精度不易保证,且磨削时容易堵塞砂轮。

(2)导热系数小。热稳定性差,温度超过120℃即会引起磨削xx。

(3)耐磨性较高(本身可作为抛光材料)。一般抛光方式不能满足要求.

2　外圆圆弧的成型方式

为了保证外圆圆弧的形状和尺寸精度,我们以邵氏硬度(A)85的聚氨酯摩擦盘为试样如图1,用不同磨削加工方式进行了对比试验。(1)用摆头磨床和曲线磨床仿型加工外圆圆弧。(2)在普通外圆磨床上,用金刚石笔和电镀金刚石滚轮修整砂轮,用成型法加工圆弧。对比实验结果如表1。

                                                              图1　聚氨酯摩擦盘简图

                                         表1　不同外圆圆弧的磨削方式比较

结果表明:用摆头磨床和曲线磨床仿型加工外圆圆弧,效率低、成本高,且加工的圆弧表面形状不好(有条纹),不能满足要求。在普通外圆磨床上用金刚石笔修整砂轮,用成型法加工圆弧,因调整困难、修整精度较低,也不能满足要求。而用电镀金刚石滚轮修整砂轮,效果则比较理想,不但保证了加工精度,而且加工效率较高。

 3　磨削工艺及参数选择

3.1　机床的调整

磨削前要对磨床进行必要的调整,检测并调整主轴的精度,达到出厂精度;对砂轮进行动平衡,以减少磨削时产生振动。对装夹零件用芯轴进行调整和检测,保证在设计公差以内。

3.2　磨削工艺

为了保证加工精度和表面粗糙度要求,我们先用以下两种方式进行了对比试验:

(1)一次磨削成型法。即用金刚石滚轮修整好砂轮的外圆弧后,直接磨到尺寸。结果发现当砂轮粒度选择较大时,磨削效率高,但表面粗糙度较难达到要求;当砂轮粒度选择较小时,表面粗糙度虽然达到要求,但磨削效率较低。

(2)先粗磨再抛光的方式。粗磨后,留下0. 01~0. 02mm余量,用布轮抛光。由于聚氨酯橡胶耐磨性较高(本身可作为抛光材料),抛光一件需要5个小时左右,效率较低。

综合分析两种试验结果,我们对加工工艺进行了改进。采用先粗磨再精磨的加工方式,并且在精磨时采用了具有抛光作用的PVA砂轮,使精磨、抛光结合在一起,一次加工完成,不但保证了精度要求,而且效率较高。

3.3　磨削参数

3. 3. 1　粗磨

粗磨主要是为了保证聚氨酯摩擦盘的形状精度,而且要磨削掉绝大部分的切削余量,因此在选择砂轮时既要考虑保持圆弧型状,又要考虑加工效率。同时由于精磨时所留余量较小,表面粗糙度也不能太高。经过反复实验,选择参数如表2。

表2　粗磨参数

   磨料                         硬度          粒度        结合剂        切削用量
      黑色碳化硅                     N级           30#        陶瓷              0. 01

(1)砂轮的磨料　选用黑色碳化硅(C),因为黑色碳化硅导热性好,散热快,切刃锐锋。

(2)砂轮的硬度　由于是成型磨削,为了保持正确的几何形状,减少砂轮的磨损及修整次数,因此砂轮的硬度应选高一些,但是考虑到磨下来的聚氨酯橡胶容易堵塞砂轮,所以又不能太高,因此选用N级。

(3)砂轮的粒度　为了提高磨削效率,并兼顾表面粗糙度,选用30#。

(4)砂轮的结合剂　选用陶瓷结合剂(V),大气孔砂轮。

(5)切削用量　一次进给0. 01mm,均匀进给。由于工件材料较软,进给量一定要均匀,一次进给太大将会使工件变形,从而使工件磨削报废。

3. 3. 2　精磨

精磨主要是为了保证聚氨酯摩擦盘的表面粗糙度,因此把精磨和抛光合在一起,余量0. 02mm,近似于无进给磨削,因此选择了具有抛光作用的PVA砂轮进行精磨和抛光,粒度120#,白刚玉。

4　磨削结果分析

对{dy}组10个零件加工完成后进行了检测,结果如下:外圆圆弧形状R=3. 50~3. 55 mm;圆弧顶点到两边的距离对称S/2=2. 97~3. 02mm;外圆尺寸为 A=49. 99~50. 02mm,表面粗糙度为Ra=0. 4μm,xx符合零件要求。加工时间为3min,效率较高。

对后续加工每30件进行抽检,到200件左右时,外圆圆弧形状及外圆尺寸保持稳定,但粗磨开始出现xx痕迹,用金刚石滚轮对砂轮进行修整后恢复正常;到500件时,精磨(抛光)质量开始下降,用金刚石滚轮对砂轮进行修整后也恢复正常。因此,粗、精(抛光)磨的砂轮修整周期分别为200件和500件。

5　结论

(1)无论是粗磨还是精磨都必须充分加注冷却水,一方面防止磨削xx,另一方面对砂轮表面起到冲刷和清理作用。

(2)要及时清理粘在砂轮上的废橡胶,以免堵塞砂轮,影响磨削。同时由于工件材料较软,砂轮上的废橡胶不但挤压工件引起变形,影响形状精度和加工尺寸,还会引起摩擦xx。

       (3)用金刚石滚轮修整砂轮进行成型磨削,用具有抛光作用的PVA砂轮进行精磨和抛光,是加工聚氨酯摩擦盘外圆表面的一种有效方法,该方法对软材料的成型加工具有一定的指导意义。