第一章 绪论
1.1 高速磨削技术
磨削加工是指用磨料来切除材料的加工方法,根据工艺目的和要求不同,磨削加工已发展为多种形式的加工工艺。按操作方法和可达到最大金属磨除率的不同,平面磨削可以分成三种:往复式磨削、缓进给磨削、高效深切磨削。磨削和其它加工方法相比,有很多特点:
(1)砂轮表面上同时参加切削的有效磨粒数不确定。
(2)砂轮上磨刃前角为负值,形成负前角切削。
(3)切屑尺寸很小,单位磨削力很大。
(4)磨削温度很高,易产生磨削烧伤。
(5)砂轮有自锐作用。
近年来,磨削加工的生产率不断提高,高速磨削技术的应用,磨削过程自动化、数控化和智能化的发展,使磨削和磨料加工在机械制造领域占有越来越重要的地位。对于提高砂轮线速度所带来的效益,人们很早就给予了充分的注意和重视。
和普通磨削相比,高速磨削显示出极大的优越性:
(1)大幅度提高磨削效率,减少设备使用台数。原因是在工作台速度和进给速度不变的前提下,砂轮线速度提高,可以导致单个磨粒的平均切削厚度变小,则磨屑的厚度就会变小,甚至仅为普通磨削的几十分之一,从而可以导致单个磨粒的平均磨削力大大降低,则我们就可以调整工作台速度和进给速度使磨削厚度保持不变,所以单位时间内磨去的金属体积就会大大增加。
(2)磨削力小,零件加工精度高。速度360m/s以下的实验表明,在一个较窄的速度范围内(180~200m/s),摩擦状态由固态向液态急剧变化,并伴随着磨削力的急剧下降。
(3)在一定的超高速磨削条件下,磨削温度会随着磨除率的升高而升高,达到一定的极值之后反而会下降。
(4)降低加工工件表面粗糙度,因为磨屑形成的时间降低。在其他条件相同时,分别以33m/s、100m/s、200m/s的速度磨削时,表面粗糙度值分别为Ra2.0μm、Ra1.4μm和Ra1.1μm。
(5)砂轮寿命延长。在金属切除率相同的条件下,砂轮线速度由80m/s提高到200m/s,砂轮寿命提高8.5倍。
(6)可获得不发生表面热损伤,具有完整性好的表面。
由于这些优点,高速、超高速磨削的出现,使磨削效率发生了根本性的变化,磨削己不仅仅是传统概念的精整加工,而开始成为与其它切削加工方法相抗衡的切除手段。【1】
1.2 国内外关于高速磨削温度场研究现状
1.2.1 高速磨削技术国内外的发展及研究[2]
(2)国外高速磨削技术的发展
国外的高速磨削技术的发展起步早。欧洲的最初高速磨削基础研究是在60年代末期,实验室磨削速度已达210-230m/s。70年代末期,高速磨削采用CBN砂轮。意大利的法米尔(Famir)公司在1973年9月西德汉诺威国际机床展览会上,展出了砂轮圆周速度120m/s的RFT-C120/50R型磨轴承内套圈外沟的高速适用化磨床。90年代初,已经实现了最高速度350m/s的磨削实验。目前,实际应用中,高速磨削和精密磨削最大磨削速度在200-250 m/s之间。
德国的Guhring Automation公司1983年制造了功率60kW,转速10000r/min,砂轮直径400mm的强力磨床。阿亨工业大学的目标为500m/s的超高速磨床也是该公司制造的。德国CBN砂轮高速磨削的应用,一个典型的例子是加工齿轮轮齿,在155m/s的速度下,以811mm³/mms的切除率,实现了对16MCr5钢齿轮的高效加工。另一个例子是,采用电镀CBN砂轮,在300m/s的速度下,以140mm³/mms的切除率,实现了对100Cr6高硬度(60HRC)滚动轴承钢水泵回转轮窄槽的高效加工。瑞士Studer公司也曾用改装的S45型外圆磨床进行280m/s的磨削试验。瑞士S40高速CBN砂轮磨床,在125m/s时,高速磨削性能发挥最为充分,在500m/s也照常工作。此外Kapp公司,Schandt公司、Naxa Union公司、Song Machinery公司等也相继推出了各类高速磨床。