泰利莱优化陶瓷结合剂CBN砂轮
——磨削过程的潜力
在轴的批量生产中，陶瓷CBN砂轮以其较高的生产效率，较好的质量和较高的效率代表着先进的技术水平。为了满足最新的加工要求Tyrolit推出Genis和Genis CF系列产品。
Tyrolit的Genis系列产品为我们展现了应用陶瓷CBN砂轮进行高效外圆磨削加工的系统。在此系统中，结合剂，CBN磨料颗粒和砂轮基体三大要素，要在不同磨削加工中与另外的影响磨削因素相配合(磨床，冷却液，工件，材质)。
在Genis系列中包含直径规格从50到750mm大小不等的砂轮。在汽车制造产业中各个零配件厂家已经成功应用Genis系统产品。主要的应用领域有曲轴，凸轮轴还有变速器齿轮轴。Genis主要磨削外圆的例子还有，在燃油喷射系统，涡轮增压器轴或者滚动轴承套圈。
满足实际的要求
Genis系列的研发是为满足陶瓷CBN高效砂轮在外圆磨削时的需要。为此，设计中主要考虑以下几点：
·较好的工艺安全性
·优化的形状保持特性
·最大的寿命
·高的磨削速度
·最大抗冲击破碎特性
·优化的冷却液供给系统
·新型CBN磨料的质量
·优化的空隙率
·高结合强度
·对于冷却液的稳定性
·较好的热稳定性
·根据客户的具体应用设计解决方案
Tyrolit为Genis研发的高强度结合剂，与冷却液配合使高效切削成为可能。加之，特别选择的高质量CBN磨料降低了磨削力，最大化砂轮寿命并且有较好的形状保持性。结合剂成分的选择和相应的防火等级主要影响结合剂和磨料之间的边际层。目的是为了应用尽可能少比例的结合剂材料实现磨料附着强度的最大化(如图3所示)。这样一来，空隙结构可以具有很高的机械强度。
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另外，这样的结合剂系统能最大限度降低水基冷却液的影响。针对经常遇到的在乳化液作用下磨削能力下降现象也会被消除。新型CBN和结合剂的试验和研发也在一如既往地进行着，目的是使之成为一个动态的系统。
过去几年中，Genis系统的研发和应用技术在内部测试和客户应用上都获得持续的改进和提高。通过和科研院校间的合作及合作伙伴的帮助，例如机床厂家，砂轮及其组件通过了性能测试并获得了客观的评价。
凭借REM，EDX或XPS，Tyrolit进行了材料分析，研究了不同的材质特性在磨削过程中产生的完全不同的作用。在公司内，专门用于研究改造了一台外圆磨床，该磨床主轴功率可达65KW，能够进行高效切削。借此，不同的结合剂和磨料的配合应用可以在公司内部进行仿真试验。
对于研究结果的分析包括：主轴功率，磨削力测量，振动分析，表面质量测量，既Barkhausenrauschen分析，可以通过一台设备实现。并且根据测试结果选择最适合的CBN磨料和结合剂组合用于Genis系统的生产。
对表面和几何尺寸的更高的质量要求
低能耗，低振动，高输出功率的新一代发动机要求它的组件要有更好的表面质量和更精确的尺寸，所以生产合格的产品一定程度上对于整个生产设备，砂轮和工艺有更高的要求。应用吸震基体可以实现优化(如图4)。由于碳纤维(CF)有优良的振动衰减(吸收)特性。此外，质量很轻，经过适当的设计，吸震砂轮基体可以实现良好的抗震性能，砂轮运行更加稳定。
H.Genis CF 整合了吸震基体和高效CBN磨料组合(如图5)。Tyrolit 生产吸震基体已经有十多年了。在生产该基体和应用该基体进行高效磨削中积累了丰富的经验。特殊设计的磨料层和CF吸震基体是针对具体要求设计的，可以最大程度满足客户对高效切削的要求。具体的例子是在凸轮轴磨削过程中很容易产生振纹，为了消除振纹，不得以牺牲进给率。当然损失很多的加工时间。在使用CF基体后不但满足了质量要求而且更加经济高效。因为机器节拍提高的同时也降低了刀具的成本。
图5 质量很轻的碳纤维基体，只有20
公斤重，而同样的钢质基体重120公斤
生产经济性的概念
在汽车产业中，一方面要求高质量，另一方面要产量最大化，如何能完美地解决。一些机床厂家想到了一个新的工艺解决方案。那就是尽量整合多个磨削过程于一体，即粗磨和精磨在一个工序中完成。
为了提高节拍，根据新的理念就是尽可能同时加工或者磨削更多的工件位置。所以在一个基体上设计了许多磨料层，可以实现所有不同位置的同时加工。通过碳纤维基体的应用，不但有良好的振动特性，而且质量很轻。这样做的好处是，一个砂轮可以加工很宽的工件，因为砂轮设计有多个磨料层，而砂轮整体的重量很轻，不会造成主轴过载。
一个多位置加工砂轮加工轿车发动机凸轮轴轴径时，如果使用普通的钢质基体重约120公斤，要是采用小直径的主轴是不能承受如此的重量的。相比之下，如果使用碳纤维基体仅重20公斤。另外，这种轻质砂轮甚至可以徒手更换。
更大的潜力是在加工时线速度的提高。一般，磨削大工件时，线速度最高可以达到125m/s，而按照全新理念设计的砂轮在某些机床上能达到200m/s，甚至更高。借此，人们可以利用磨削力随磨削速度成正比例增长的特性，提高磨削效率。优化的效果表现在：在相同质量要求下，在相同寿命的条件下，磨削时间明显缩短了。而且，通常在这种磨削速度条件下，普通的砂轮会产生振动。但在Genis-CF系统上，由于它的轻质，即便主轴直径较小，因为优异的吸震特性，也不会出现以上问题。
更轻的，更经济的加工
首先，汽车发动机运动件重量的降低在未来要通过新合金或材质来实现。而这种趋势对磨削过程是一种挑战。因为新材质加工缺少相关的信息作为参考。但对此，Tyrolit已经做了充分的准备。在Tyrolit本部设有基础实验中心，专门为各种材质加工的经济性提供信息。这些基础性的研究储备了不同砂轮材质及其对应的应用参数。
在Tyrolit看来，由最终用户，机床厂家，Tyrolit技术应用工程师之间的团队协作保证了量产的效率。例如，在一家卡车生产商那里，他们要改换一种新的，非常难加工的锻造件，Tyrolit为此选择了一种适合该材料加工的特殊CBN磨料，再与CF基体配合使用，砂轮的寿命较之前提高了25%。
新材质加工的经济性，加工过程的安全性，表面形状的特殊要求以及新工艺的采用是以应用CF基体的砂轮的应用为前提的。尽管单纯从投入费用比来讲，相比普通的钢质或铝质基体，CF基体是比较贵，但是砂轮使用寿命的提高会使成本显著降低。而且能够多次重新粘块的特点，也分摊了初次采购的成本。
在Tyrolit的Genis CF砂轮线能够制造直径达700mm的砂轮。
来自全球的挑战
在世界范围内，由于CBN砂轮磨削的高技术要求特性，要求砂轮厂家和最终用户密切合作。Tyrolit在全世界都有自己的团队，来满足客户的需要。除了技术销售团队外，针对全世界的客户的使用技术问题，Tyrolit在世界各个地区都有应用技术支持团队。使客户的应用问题能够及时得到解决。而这些当地的应用技术团队也会定期和位于奥地利的用100人组成的研发团 队进行沟通，使Tyrolit能够快速高效地应对来自世界各地的磨削挑战。位于奥地利的Tyrolit本部和位于美国的生产基地生产陶瓷CBN砂轮，为的是能够缩短砂轮的交货期。此外，在亚洲的中国和南美洲的巴西可以提供此种砂轮的重新粘块服务。所有的生产基地都拥有大批的有多年丰富经验的工人为您服务
前景
陶瓷CBN砂轮仍有很大的发展潜力。各种不同种类的CBN磨 料与不同的结合剂相组合将为CBN砂轮的性能带来进一步提升。当然，在此过程中，砂轮基体也起到决定性的影响，也将发挥越来越重要的作用。此外，砂轮的设计也会更有针对性。Tyrolit会把以往的经验全部应用到新产品的研发与生产中去，以保持在磨削刀具行业的领导地位。
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