國內外高速平面磨削發(fā)展比較
發(fā)布于：02-11
核心提示： 近年來，國際上高速磨削技術發(fā)展很快，除了把常規(guī)磨削的速度普遍提升以外，還推廣應用了高效深切磨削的新工藝，這種方法是在
近年來，國際上高速磨削技術發(fā)展很快，除了把常規(guī)磨削的速度普遍提升以外，還推廣應用了高效深切磨削的新工藝，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高效磨削方法。
高速磨削的優(yōu)點
高速磨削的優(yōu)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(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)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(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年代以來得到較快的發(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年代末已制造出最高線速度為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，最高的甚至達到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(fā)的一種用于航空發(fā)動機新材料的先進磨削技術，其最大工作臺速度達到200m/min，最大工作臺加速度達到50m/s2，最大切削線速度170m/s，最大主軸轉速為11,000r/min。據(jù)稱這是國際上第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(fā)出把高速磨削和深切緩進給磨削結合在一起的高效深切磨削，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，最高的線速度達到500m/s的超高水平?？傮w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超高的高速磨削。
以立方氮化硼砂輪為代表的高速砂輪的廣泛應用為高速磨削的發(fā)展創(chuàng)造了條件。上世紀80年代興起了一種稱為高效深切磨削的方法，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砂輪的高效深切磨削，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，采用超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(qū)散發(fā)熱量，反而對工件沒有熱損傷。由于高效深切磨削有這個優(yōu)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(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，所以此類材料加工成本非常高。而在此類材料的加工中，高速超高速磨削工藝被認為是能夠獲得高去除率的經濟有效的方法之一。砂輪速度的增加能夠減小單顆磨粒最大未變形切屑厚度，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(fā)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(fā)展，如長效耐磨的氮化硅陶瓷軸承被廣泛應用于各工業(yè)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，陶瓷是首選材料，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(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)域內易形成裂紋，從而影響了構件的穩(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，對拉伸應力和缺口應力較敏感。
超高速砂輪可以使用剛玉、碳化硅、CBN、金剛石磨料。結合劑可以用陶瓷、樹脂或金屬結合劑等。樹脂結合劑的剛玉、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，陶瓷結合劑砂輪易于修整。與高密度的樹脂和金屬結合劑砂輪相比，陶瓷結合劑砂輪可以通過變化生產工藝來獲得大范圍的氣孔率。特殊結構擁有40%的氣孔率。由于陶瓷結合劑砂輪的結構特點，使得修整后的容屑空間大，修銳簡單，甚至在許多應用情況下可以不修銳。
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