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被廣泛應(yīng)用于機械加工高速磨削領(lǐng)域的代表CBN砂輪隨著機械加工的快速發(fā)展,以立方氮化硼(cbn砂輪)為代表的高速砂輪的廣泛應(yīng)用于高速磨削。與高密度的樹脂和金屬結(jié)合劑砂輪相比,陶瓷結(jié)合劑砂輪可以通過變化生產(chǎn)工藝來獲得大范圍的氣孔率。特殊結(jié)構(gòu)擁有40的氣孔率。由于陶瓷結(jié)合劑砂輪的結(jié)構(gòu)特點,使得修整后的容屑空間大,修銳簡單,甚至在許多應(yīng)用情況下可以不修銳。高速磨削的歷史較長,早在上個世紀四十年代,國外就開始試驗高速磨削工藝,到五十年代初已將50m/s的高速磨削應(yīng)用于生產(chǎn)。據(jù)文獻介紹,1958年砂輪線速度已能達到60m/s。高速磨削從上世紀60年代以來獲得較快的發(fā)展,各工業(yè)發(fā)達國家都積極采用高速磨削來提高磨削效率,美國諾頓砂輪制造公司60年代就制造出砂輪線速度60m/s的高速砂輪,到70年代逐步提高到90m/s,80年代末已制造出高線速度為120m/s的高速磨床。日本在上世紀60年代末首先在汽車和軸承行業(yè)采用高速磨床,到70年代中期已生產(chǎn)和應(yīng)用線速度達80m/s的高速磨床。80年代以后,隨著CBN砂輪的廣泛應(yīng)用,砂輪線速度更是達到150m/s。 目前,磨床砂輪的線速度普遍采用60m/s以上的高速,高的甚至達到250m/s。德國的高速磨床發(fā)展同樣迅速,該國的BLOHM公司、ELB公司等廠家均大力發(fā)展高速磨床,產(chǎn)品已比較成熟。其中,BLOHM的一臺高速平面和成形磨砂輪轉(zhuǎn)速達8,000r/min,且各軸向的速度也較高,X軸為40m/min、加速度為3m/s2。目前,CBN砂輪的線速度已達150~250m/s以上。在提高砂輪線速度的同時,還要提高工作臺的往復速度,如德國BLOHM公司開發(fā)的一種用于航空發(fā)動機新材料的先進磨削技術(shù),其大工作臺速度達到200m/min,大工作臺加速度達到50m/s2,大切削線速度170m/s,大主軸轉(zhuǎn)速為11,000r/min。據(jù)稱這是國際上一臺工作臺速度達到200m/min、加速度達50m/s2的平面磨床。斯來福臨公司在江蘇太倉的生產(chǎn)基地也生產(chǎn)高速磨床,線速度達到60m/s。德國的居林公司研究開發(fā)出把高速磨削和深切緩進給磨削結(jié)合在一起的深切磨削,成倍地提高磨削效率。德國阿亨大學對高速磨削有系統(tǒng)、深入的研究高的線速度達到500m/s的高水平。總體說來,這些工業(yè)發(fā)達國家通用磨床上都普遍采用了60m/s的高速砂輪,并積極研究和推廣線速度高的高速磨削。該機已投入正常使用,應(yīng)用前景廣闊。 上世紀80年代興起了一種稱為深切磨削的方法,這種方法把高速磨削和緩進給強力成形磨削結(jié)合在一起,采用了特別高的砂輪線速度,同時采用和緩進給磨削一樣的大切深,金屬去除率比普通磨削高100倍以上,甚至達到1,000倍。如德國居林公司采用CBN砂輪的深切磨削,金屬磨除率達到驚人的2kg/min。研究試驗表明,砂輪線速度達到150m/s時,工件的溫升和60m/s時是一樣的,采用高速磨削時存在一個臨界溫度,一旦過這個臨界溫度,線速度的提高不會導致溫升,還有利于在接觸區(qū)散發(fā)熱量,反而對工件沒有熱損傷。由于深切磨削有這個優(yōu)點,因此在國外應(yīng)用非常廣泛。 隨著科學技術(shù)的發(fā)展,工程陶瓷領(lǐng)域的一系列的突破推動了相關(guān)新技術(shù)的快速發(fā)展,如長效耐磨的氮化硅陶瓷軸承被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域以減少摩擦、提高設(shè)備性能,再如汽車用陶瓷催化轉(zhuǎn)化器在減少汽車廢氣排放和空氣污染方面,起到了重要作用。 在需要耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和減輕質(zhì)量的情況下,陶瓷是材料,它具備了減少維護費用、延長了設(shè)備使用壽命、減少生產(chǎn)能耗、減少環(huán)境污染等一系列優(yōu)勢。然而,目前陶瓷與金屬相比使用范圍往往受到限制,主要原因是它具有相對較高的硬度和脆性,加工性能差,它在磨削過程中表面和亞表面區(qū)域內(nèi)易形成裂紋,從而影響了構(gòu)件的穩(wěn)定性。再如主軸軸承可采用陶瓷滾動軸承,陶瓷球軸承具有重量輕、熱膨脹系數(shù)小、硬度高、耐高溫、高溫時尺寸穩(wěn)定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優(yōu)點。其缺點是制造難度大,成本高,對拉伸應(yīng)力和缺口應(yīng)力較敏感。高速砂輪可以使用剛玉、碳化硅、CBN、金剛石磨料。近年來,隨著工程陶瓷、光學玻璃及半導體硅片等硬脆材料的應(yīng)用日益廣泛,在機械加工領(lǐng)域由于這類材料的高強度、高硬度和高脆性,給傳統(tǒng)的磨削工藝帶來了挑戰(zhàn)。由于磨削溫度高、磨削效率低,而且砂輪極易鈍化、堵塞而喪失其切削性能,所以此類材料機械加工成本非常高。而在此類材料的加工中,高速高速磨削工藝被認為是能夠獲得高去除率的經(jīng)濟方法之一。砂輪速度的增加能夠減小單顆磨粒大未變形切屑厚度,從而使磨削力減小及表面粗糙度下降,為提高材料的去除率提供了條件。結(jié)合劑可以用陶瓷、樹脂或金屬結(jié)合劑等。樹脂結(jié)合劑的剛玉、碳化硅、立方氮化硼磨料的砂輪,使用速度可達125m/s。單層電鍍CBN砂輪的使用速度可達250m/s,試驗中更是高達340m/s。陶瓷結(jié)合劑砂輪磨削速度可達200m/s。同其它類型的砂輪相比,陶瓷結(jié)合劑砂輪易于修整。 |