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【摘要】CBN砂轮是新兴磨削加工中采用的高效、高精度、低成本磨削材料，将其运用在汽车凸轮轴的磨削加工中能起到事半功倍的经济效益。
【关键词】CBN砂轮；凸轮轴磨削
1、国内外凸轮轴磨削技术发展现状
凸轮轴作为发动机的关键零件之一，其加工质量的好坏直接影响发动机的动力特性；同时，凸轮轴又是一种非圆磨削的工件，其加工余量大且材料难磨，对磨削精度和生产效率要求都很高，加工难度比较大。因而，凸轮轴的磨削技术一直是业内人士关注的重点。
目前，国内多数轿车主机厂的凸轮轴生产线和专业生产凸轮轴的厂家均引进了CBN磨削技术，但仍有很多的载重汽车、柴油机和摩托车发动机的凸轮依然采用传统的刚玉砂轮、靠模仿形的磨削工艺。粗磨工序使用的是国产中低速磨床（35m/s以下），精磨工序部分厂家使用进口磨床，但使用速度均在60m/s以下，修整工具以单点金刚石笔居多，进口磨床和少数国产磨床采用金刚石滚轮修整。这种传统技术给凸轮轴的磨削带来的问题主要体现在如下几个方面：
（1）凸轮轮廓精度低且难以提高
采用靠模样板磨削，凸轮轮廓形状误差最小只能控制在±0.03mm范围内，而全数控无靠模磨削则可控制在±0.01mm内。另外，普通磨料砂轮在使用时，外径变化范围大（80～100mm），而砂轮直径每变化1mm就会使凸轮轮廓产生0.007mm的变化，因而难以进一步提高凸轮轮廓精度。
（2）凸轮表面易产生烧伤、裂纹等缺陷，很难提高生产效率
（3）综合经济效益不高
2、CBN砂轮在磨削凸轮轴中的应用
CBN磨削技术的应用，使传统凸轮轴磨削过程中的难题迎刃而解。郑州磨料磨具磨削研究所于20世纪90年代初，在国内率先自主研究开发了用于汽车凸轮轴磨削的陶瓷结合剂CBN砂轮，在国产普通高速（60m/s）强力凸轮轴磨床上粗磨冷激铸铁凸轮轴，取得了良好的使用效果。但由于受到当时机床条件和砂轮制造技术的限制，还没能达到更理想的效果。至90年代中期，工业化国家的多数汽车制造厂均已采用了CBN砂轮磨削凸轮轴，国内主要的轿车生产线上也陆续引进了这项技术。它是以CBN专用数控CNC凸轮轴磨床、高速及高性能陶瓷CBN砂轮、专用磨削液、修整滚轮和磨削工艺整套技术的形式引进的。该技术的主要特点是：砂轮使用速度高（80～125m/s），加工效率高。随着凸轮轴的CBN磨削技术及其专用磨床的不断引进，国内研究的CBN专用高速数控凸轮轴磨床也即将进入市场。对此，在完善国产磨床用CBN砂轮粗磨凸轮轴技术，积极研究用CBN砂轮精磨凸轮轴的同时，郑州磨料磨具磨削研究所又开始研制为进口CBN专用数控凸轮轴磨床配套的高速、高效陶瓷CBN砂轮，并已取得了一定成果。研制的砂轮使用速度为80m/s，耐用度和寿命相当于进口砂轮的1/2，而价格只有进口砂轮的1/3。研制的陶瓷CBN砂轮与同类进口砂轮相比，主要差距在于耐用度、寿命和产品质量稳定性偏低，不能完全替代进口砂轮在凸轮轴生产线上连续使用。为了迎头赶上这种快速发展的技术水平，近两年，郑州磨料磨具磨削研究所又研发成功了使用速度为125m/s的磨凸轮轴陶瓷CBN砂轮，其使用速度、磨削效率、磨削质量均达到进口同类产品水平，具有很高的性价比，产品质量稳定质量，完全可以替代进口。这些都表明我国CBN砂轮的制造和应用技术已达到了新的水平。
3、凸轮轴的CBN磨削技术要素
在凸轮轴的磨削系统中，必须同时考虑到CBN砂轮制造和应用技术所涉及的各方面的影响因素，才会最终得到令人满意的磨削结果。凸轮轴CBN磨削技术的重要影响因素主要有：
（1）CBN砂轮
性能优越的砂轮必须同时具备磨削锋利、自锐性好和耐用度高等特征。在制造和选择砂轮时主要考虑结合剂、磨料、砂轮浓度和磨具硬度。
结合剂：在CBN磨具的四种结合剂（树脂、陶瓷、金属、电镀）中，以陶瓷结合剂的CBN磨具发展最快。在世界范围内，陶瓷CBN磨具的比例已由20世纪80年代的4%上升到现在的50%以上，增速迅猛。由于陶瓷CBN磨具具有磨削效率高、形状保持性好、耐用度高、易于修整、磨料利用率高（为75%以上，其余类型结合剂为50～60%）、砂轮使用寿命长等优势，因而成为高效、高精度磨削的首选磨具。目前，用于凸轮轴磨削的CBN砂轮全部采用陶瓷结合剂。
磨料：在磨削加工中，磨料是磨具中的主体，其性能好坏直接影响磨削效果。CBN磨料与刚玉磨料相比，具有更高的硬度和强度，因而切削锋利且耐磨。在凸轮轴加工这样高强度的磨削情况下，使用CBN磨料是最佳选择。不同牌号的CBN磨料，因制造工艺的不同，其晶体形态、颗粒形状也各不相同，它们各自具有不同的强度、热稳定性、耐化学侵蚀性和破碎特性。应根据结合剂的种类、磨削工件和磨削方式的不同，选择不同牌号的磨料。需要指出的是，CBN磨料在高温下易与水和碱性氧化物发生化学反应而使其结构受到破坏，这是在选择磨削液的种类、压力和流量时必须考虑的因素。
浓度：砂轮浓度的高低表示在磨削时砂轮工作面单位面积上参加磨削的磨粒数的多少，高浓度可带来高的磨削比，200%浓度比100%浓度砂轮寿命长4～5倍。目前，高速、高效磨削均采用较高的砂轮浓度，如进口磨凸轮轴磨床配套的陶瓷CBN砂轮浓度一般均为200%。
硬度：磨具的硬度等级表示结合剂对磨料把持力的大小，它是制造商工艺控制的重要指标，也是用户选择磨具性能的主要参数。砂轮硬度均匀和稳定及硬度高低的合理选择是保证磨削质量的重要前提。国外陶瓷CBN砂轮一般有3～7个硬度等级可供选择，国内目前尚未制订CBN砂轮（包括金刚石磨具）的硬度检验标准，制造商仅以配方硬度进行控制。
（2）磨床 磨床要求有高速度（一般在60～125m/s）、高刚性和抗震性
（3）修整 使用金刚石滚轮修整，不仅可提高修整效率，更重要的是可获得较好的砂轮形貌。
（4）冷却液 冷却液要采用油基的冷却液，高压喷射的方法进行冷却。
结束语
CBN砂轮的研究应立足于提高性能、完善工艺、稳定质量和批量化生产。我们需要在磨床、磨具制造和用户之间建立紧密联系，加强沟通和协作，共同促进CBN磨削技术的不断提高。
【关键词】CBN砂轮；凸轮轴磨削
1、国内外凸轮轴磨削技术发展现状
凸轮轴作为发动机的关键零件之一，其加工质量的好坏直接影响发动机的动力特性；同时，凸轮轴又是一种非圆磨削的工件，其加工余量大且材料难磨，对磨削精度和生产效率要求都很高，加工难度比较大。因而，凸轮轴的磨削技术一直是业内人士关注的重点。
目前，国内多数轿车主机厂的凸轮轴生产线和专业生产凸轮轴的厂家均引进了CBN磨削技术，但仍有很多的载重汽车、柴油机和摩托车发动机的凸轮依然采用传统的刚玉砂轮、靠模仿形的磨削工艺。粗磨工序使用的是国产中低速磨床（35m/s以下），精磨工序部分厂家使用进口磨床，但使用速度均在60m/s以下，修整工具以单点金刚石笔居多，进口磨床和少数国产磨床采用金刚石滚轮修整。这种传统技术给凸轮轴的磨削带来的问题主要体现在如下几个方面：
（1）凸轮轮廓精度低且难以提高
采用靠模样板磨削，凸轮轮廓形状误差最小只能控制在±0.03mm范围内，而全数控无靠模磨削则可控制在±0.01mm内。另外，普通磨料砂轮在使用时，外径变化范围大（80～100mm），而砂轮直径每变化1mm就会使凸轮轮廓产生0.007mm的变化，因而难以进一步提高凸轮轮廓精度。
（2）凸轮表面易产生烧伤、裂纹等缺陷，很难提高生产效率
（3）综合经济效益不高
2、CBN砂轮在磨削凸轮轴中的应用
CBN磨削技术的应用，使传统凸轮轴磨削过程中的难题迎刃而解。郑州磨料磨具磨削研究所于20世纪90年代初，在国内率先自主研究开发了用于汽车凸轮轴磨削的陶瓷结合剂CBN砂轮，在国产普通高速（60m/s）强力凸轮轴磨床上粗磨冷激铸铁凸轮轴，取得了良好的使用效果。但由于受到当时机床条件和砂轮制造技术的限制，还没能达到更理想的效果。至90年代中期，工业化国家的多数汽车制造厂均已采用了CBN砂轮磨削凸轮轴，国内主要的轿车生产线上也陆续引进了这项技术。它是以CBN专用数控CNC凸轮轴磨床、高速及高性能陶瓷CBN砂轮、专用磨削液、修整滚轮和磨削工艺整套技术的形式引进的。该技术的主要特点是：砂轮使用速度高（80～125m/s），加工效率高。随着凸轮轴的CBN磨削技术及其专用磨床的不断引进，国内研究的CBN专用高速数控凸轮轴磨床也即将进入市场。对此，在完善国产磨床用CBN砂轮粗磨凸轮轴技术，积极研究用CBN砂轮精磨凸轮轴的同时，郑州磨料磨具磨削研究所又开始研制为进口CBN专用数控凸轮轴磨床配套的高速、高效陶瓷CBN砂轮，并已取得了一定成果。研制的砂轮使用速度为80m/s，耐用度和寿命相当于进口砂轮的1/2，而价格只有进口砂轮的1/3。研制的陶瓷CBN砂轮与同类进口砂轮相比，主要差距在于耐用度、寿命和产品质量稳定性偏低，不能完全替代进口砂轮在凸轮轴生产线上连续使用。为了迎头赶上这种快速发展的技术水平，近两年，郑州磨料磨具磨削研究所又研发成功了使用速度为125m/s的磨凸轮轴陶瓷CBN砂轮，其使用速度、磨削效率、磨削质量均达到进口同类产品水平，具有很高的性价比，产品质量稳定质量，完全可以替代进口。这些都表明我国CBN砂轮的制造和应用技术已达到了新的水平。
3、凸轮轴的CBN磨削技术要素
在凸轮轴的磨削系统中，必须同时考虑到CBN砂轮制造和应用技术所涉及的各方面的影响因素，才会最终得到令人满意的磨削结果。凸轮轴CBN磨削技术的重要影响因素主要有：
（1）CBN砂轮
性能优越的砂轮必须同时具备磨削锋利、自锐性好和耐用度高等特征。在制造和选择砂轮时主要考虑结合剂、磨料、砂轮浓度和磨具硬度。
结合剂：在CBN磨具的四种结合剂（树脂、陶瓷、金属、电镀）中，以陶瓷结合剂的CBN磨具发展最快。在世界范围内，陶瓷CBN磨具的比例已由20世纪80年代的4%上升到现在的50%以上，增速迅猛。由于陶瓷CBN磨具具有磨削效率高、形状保持性好、耐用度高、易于修整、磨料利用率高（为75%以上，其余类型结合剂为50～60%）、砂轮使用寿命长等优势，因而成为高效、高精度磨削的首选磨具。目前，用于凸轮轴磨削的CBN砂轮全部采用陶瓷结合剂。
磨料：在磨削加工中，磨料是磨具中的主体，其性能好坏直接影响磨削效果。CBN磨料与刚玉磨料相比，具有更高的硬度和强度，因而切削锋利且耐磨。在凸轮轴加工这样高强度的磨削情况下，使用CBN磨料是最佳选择。不同牌号的CBN磨料，因制造工艺的不同，其晶体形态、颗粒形状也各不相同，它们各自具有不同的强度、热稳定性、耐化学侵蚀性和破碎特性。应根据结合剂的种类、磨削工件和磨削方式的不同，选择不同牌号的磨料。需要指出的是，CBN磨料在高温下易与水和碱性氧化物发生化学反应而使其结构受到破坏，这是在选择磨削液的种类、压力和流量时必须考虑的因素。
浓度：砂轮浓度的高低表示在磨削时砂轮工作面单位面积上参加磨削的磨粒数的多少，高浓度可带来高的磨削比，200%浓度比100%浓度砂轮寿命长4～5倍。目前，高速、高效磨削均采用较高的砂轮浓度，如进口磨凸轮轴磨床配套的陶瓷CBN砂轮浓度一般均为200%。
硬度：磨具的硬度等级表示结合剂对磨料把持力的大小，它是制造商工艺控制的重要指标，也是用户选择磨具性能的主要参数。砂轮硬度均匀和稳定及硬度高低的合理选择是保证磨削质量的重要前提。国外陶瓷CBN砂轮一般有3～7个硬度等级可供选择，国内目前尚未制订CBN砂轮（包括金刚石磨具）的硬度检验标准，制造商仅以配方硬度进行控制。
（2）磨床 磨床要求有高速度（一般在60～125m/s）、高刚性和抗震性
（3）修整 使用金刚石滚轮修整，不仅可提高修整效率，更重要的是可获得较好的砂轮形貌。
（4）冷却液 冷却液要采用油基的冷却液，高压喷射的方法进行冷却。
结束语
CBN砂轮的研究应立足于提高性能、完善工艺、稳定质量和批量化生产。我们需要在磨床、磨具制造和用户之间建立紧密联系，加强沟通和协作，共同促进CBN磨削技术的不断提高。