效率的提升、成本的节省和更高质量的生产正是Brad Foote齿轮传动公司追求的目标。然而，寻求达到这些目标的方法是很困难和耗时的。虽然如此，潜在的好处是如此吸引人，以至于为了获得竞争优势值得去投资进行测试和研发新材料和技术。这篇文章将要描述的是由Brad Foote齿轮公司所追求的一种更高级磨料砂轮的测试。

Brad Foote公司充分整合精密传动解决方案，从设计、加工到特殊焊接和测试。在有机精密公差传动燃气轮产品的背景下，这家公司的业务现在扩展到更广阔的能源和基础设施市场。公司对产品有高精度的要求，精细到毫米或微米级别以满足最精确的公差和最高标准，要达到这一要求，研磨材料至关重要。

新砂轮的挑战

Brad Foote最近做了砂轮测试，这个砂轮用于生产燃气轮机上的片齿和主轴齿，选这两个部件做测试的原因是在Brad Foot，它们属于非常难磨的部件。高的质量标准、使用的材料、需要的修改，意味着他们很难进行快速的大批量生产。在充满竞争的齿轮传动市场，任何能够缩短生产周期的创新技术和产品都潜在地可以提高盈利，因此，这些测试着眼于找到提升效率的机会，并且生产出来的任何成果，都相当于给客户的附加值。

测试部件的材料是特种合金钢(CrNiMo)，在磨削中容易产生裂纹，和玻璃相似；再加上这个部件要求非常高，所以磨削工具和磨削方案非常关键。现存的两个长期用于磨片齿和主轴的两个砂轮被称为A（用于两个部件的细砂轮）和B（用于磨齿轮轴的细砂轮，在砂轮A之前使用）。虽然A和B是已建立工艺过程中的一部分，Brad Foote试图找到一个砂轮方案可以实现不同的目标，主要是减少生产周期和物耗。达到这些目标有很大潜力去减少成本，即使单位磨料成本高于目前使用的砂轮。

图1  Cub II磨料

更新换代的研磨技术

Brad Foote选择测试的产品是3M Cubitron II陶瓷砂轮，生产厂家称它可以大大提高生产效率和砂轮使用寿命。这种砂轮的性能有这么大提升源于它的微粒技术，这完全不同于其他普通砂轮。目前市场上用的大部分普通砂轮使用的磨粒形状不规则，耕犁时金属摩擦产生热量，使磨料变钝，从而增加磨削时间。然而，Cubitron II砂轮使用了3M微复制平台生产的精密形状磨削技术，这些磨料很小；小三角结构在磨削中不停的破裂生成新的边角，使磨粒有自锐性。与普通砂轮“犁”这个动作相反的是，精密形状磨粒是“切”进金属。这不仅能减少工件损伤和磨削热量引起的变色，而且能使砂轮切得更干净、更快、更持久。

低速齿片生产

关于用砂轮A进行现存低速齿片生产工艺的齿形磨削，这个砂轮可以进行粗磨和精磨，虽然它需要很频繁的修形。每一面都需要一个独立的程序磨削，需要耗时107min。用砂轮A磨削一个完整的部件，所用时间超过3.5h。砂轮A的寿命是每片磨削2.5件齿轮。要满足客户的高生产要求，如此长时间的加工周期是一个很大的挑战，而且要独占这种专用设备。除了减少生产周期和物耗以外，这个部件测试目的是找到一种产品能最大限度利用这台机器的产能。当Cubitron II砂轮被用来完成同样的任务时，它减少加工时间到每面46min，每件1.5h。除此之外，磨削5个工件才需要换砂轮，并且提高侧面的光洁度，和酸洗检测时的形貌。这证明了Cubitron II只需更少的砂轮修形，并且砂轮不会出现变钝。

另外，Cubitron II砂轮的成本相对高些，但是设备磨削同样数量工件的时间低于砂轮A的一半，减少了操作成本约25%。因为用更少的砂轮完成了相同数量的工件，Cubitron II砂轮也节省了仓库空间，Cubitron II增加了机床产能，节省了资金在机床上的投入，从而使得公司可以有更多的资金去开发其他的业务，而不是整年只生产齿片。

图2  单齿磨削

大齿轮生产

Brad Foote现存的磨削大齿轮、双螺旋齿，每面有两个不同工艺程序，两个不同等级的砂轮。砂轮B，粗磨砂轮，不能满足侧面光洁度要求；砂轮A不适合粗磨，用于精磨，因为它的磨粒太细，会造成烧伤。两个砂轮都用于粗磨阶段，粗磨时间平均每面8h。砂轮A被交替互换去磨削侧面，也仅仅勉强达标。两个砂轮同时也用在精磨阶段，这是一个充满挑战的长时间运行。

图片所示的不是所谓的大齿轮，但是作为例子展示了使用不正确的砂轮或者磨削方法会使这种材料发生什么情况。正如前面所说，这种材料像玻璃一样容易破裂。受砂轮A和B磨削速度的限制，大齿轮被非常小心、非常慢地磨削，那么磨削大齿轮的挑战要比小齿轮更大。像小齿轮测试一样，用这种新砂轮磨削大齿轮的目标包括减少磨削时间和砂轮用量，但也有淘汰两个砂轮工艺、提高齿轮质量的目的。

测试表明，Cubitron II砂轮能满足所有目标，1片Cubitron II砂轮能同时完成粗磨和精磨，对应的旧方法需要四片砂轮。砂轮修整次数也更少，避免了砂轮磨损，以致于两面都可以用一片砂轮磨削。磨削时间减少了50%以上，达每面5.66h。用砂轮A和B，使侧面的表面光洁度保持低于最大允许范围下的0.3μm。这些性能使操作工能迅速地磨削工件达到质量要求。大齿轮对比表显示它的结果比小齿轮更加吸引人，因为完成同样工作，一片Cubitron II砂轮相当于4片老砂轮。砂轮成本在磨削每批齿轮节省超过8500美元。除此之外，磨削时间少于原来一半。砂轮和机器操作上的节省，加上更优化的省时，总成本减少近50%。

图3  Cubitron II砂轮

具有说服力的结果

这项测试是在2012年末和2013年初进行的，基于令人信服的结果，Brad Foote将大、小齿轮的磨削工艺转换为使用Cubitron II砂轮，公司也已经开始将这种砂轮用于矿业行业产品的研磨应用中。其他几种砂轮也在测试早期被考虑，但没有哪个性能可以和Cubitron II相比，特别是Cubitron II砂轮达到的侧面光洁度是其他砂轮难以匹敌的。此外，Cubitron II砂轮在测试期间没有出现工件烧伤或破裂，即使测试条件砂轮使用极限值。使用这具有挑战性的材料无疑是一个显著的成就。

释放机床时间的价值

这项测试很好地展示了Cubitron II产品线的性能。当磨料去切割而不是“犁”金属时，砂轮就会更快和更持久地工作，同时产生更少的热量。这种磨料极大地缩短了磨削时间，用更少的砂轮加工更多的工件。使用Cubitron II砂轮所带来的释放机床时间的价值可能是最重要的一个方面，也是很难精确计算的。但是很明显，当机加工时间释放，公司可以引进以前不具备能力完成的新项目。Cubitron II砂轮的优点不仅在于总的砂轮成本更低，也极大地提高了生产力。此外，该公司获得更快、更可靠的产能，帮助确保产品准时送达客户。在效率、成本和工件质量方面的获益，Cubitron II砂轮在Brad Foote公司无可置疑地证明了它的价值。