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國內外高速平面磨削發展比較研究分析近年來,國際上高速磨削技術發展很快,除了把常規磨削的速度普遍提升以外,還推廣應用了深切磨削的新工藝,這種方法是在提高砂輪線速度的同時,加大切入進給速度以提高金屬切除率的磨削方法。 高速磨削的優點: (1)可以大大提高磨削效率。由于高速磨削的切屑厚度減小,切削力降低,如果保持與普通磨削同樣的切屑厚度和切削力,則可極大地提高機床的進給量,從而提高磨削效率。據有關數據統計,磨削效率一般可以提高1~3倍。 (2)提高加工工件的表面質量:由于磨粒的切屑厚度減小,磨粒留在工件表面上的切痕深度減小,從而提高了工件表面的光潔度(降低了表面的粗糙度),一般可以提高1~3級。此外,切削力的降低有利于提高工件的尺寸精度。 (3)提高砂輪的耐用度:理論上由于切屑厚度減小,導致切削力大幅度降低,磨粒承受的負荷減小,因此,提高了磨粒的切削能力,也就提高了砂輪的耐用度。一般,砂輪壽命可以提高1倍左右。 國外高速磨床制造和應用概況: 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的高速磨削應用于生產。據文獻介紹,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展,各工業發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超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采用高速磨床,到70年代中期已生產和應用線速度達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。德國的高速磨床發展同樣迅速,該國的BLOHM公司、ELB公司等廠家均大力發展高速磨床,產品已比較成熟。其中,BLOHM的一臺高速平面和成形磨砂輪轉速達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公司開發的一種用于航空發動機新材料的先進磨削技術,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,大主軸轉速為11,000r/min。據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。該機已投入正常使用,應用前景廣闊。斯來福臨公司在江蘇太倉的生產基地也生產高速磨床,線速度達到60m/s。德國的居林公司研究開發出把高速磨削和深切緩進給磨削結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、深入的研究,高的線速度達到500m/s的水平。總體說來,這些工業發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的高速磨削。 以立方氮化硼砂輪(CBN砂輪)為代表的高砂輪的廣泛應用為高速磨削的發展創造了條件。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,一旦超過這個臨界溫度,線速度的提高不會導致溫升,還有利于在接觸區散發熱量,反而對工件沒有熱損傷。由于深切磨削有這個優點,因此在國外應用非常廣泛。 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用日益廣泛,在機械加工領域由于這類材料的高強度、高硬度和高脆性,給傳統的磨削工藝帶來了挑戰。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濟方法之一。砂輪速度的增加能夠減小單顆磨大未變形切屑厚度,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。隨著科學技術的發展,工程陶瓷領域的一系列的突破推動了相關新技術的快速發展,如長效耐磨的氮化硅陶瓷軸承被廣泛應用于各工業領域以減少摩擦、提高設備性能,再如汽車用陶瓷催化轉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。因此,在需要耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和減輕質量的情況下,陶瓷是材料,它具備了減少維護費用、延長了設備使用壽命、減少生產能耗、減少環境污染等一系列優勢。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域內易形成裂紋,從而影響了構件的穩定性。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、熱膨脹系數小、硬度高、耐高溫、高溫時尺寸穩定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優點。其缺點是制造難度大,成本高,對拉伸應力和缺口應力較敏感。 |