什么叫磨削效率屡谐？
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一削仲、精密磨削和超精密磨削
隨著技術(shù)創(chuàng)新與高科技產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)蝉衣，零件的加工精度和表面完整性要求愈來(lái)愈高瞪卜。例如膊向，廣泛用于液壓隨動(dòng)系統(tǒng)中精密偶件的閥芯與閥套的配合精度常要求達(dá)到μm級(jí)扩芋，錄像頭睦柏、影碟機(jī)等精密零件的加工精度已提高到0.1μm，激光陀螺平面反射鏡的平面 度誤差要求小于0.05μm聪痢、Ra＜0.001μm赶馍。目前作為傳統(tǒng)精密加工方法的磨削正在向超精密磨削、超精密研磨和拋光等方向發(fā)展翼袒。精密和超精密磨削的關(guān)鍵是最后一道工序摘甜，要從工件表面降去一層小于或等于工件最后精度等級(jí)的表面層。因此玄柏，要實(shí)現(xiàn)精密或超精密磨削襟衰，首先要減少磨粒單刃切除量，而使用微細(xì)或超微細(xì)微粉的磨粒是減少單刃切除量的最有效途徑粪摘。日本鏡面磨削時(shí)使用的磨具粒度為4000~8000#瀑晒，其微粉的平均尺寸為1.5μm~4μm，加工后工件表面粗糙度可達(dá)Ra0.003μm~0.005μm徘意。使用粒徑為20nm的SiO2超微細(xì)微粉及錫拋光盤對(duì)藍(lán)寶石單晶進(jìn)行無(wú)損超精密研磨的拋光苔悦，可獲得Ra＜1nm的表面。目前精密量塊椎咧、光學(xué)平晶玖详、集成電路的硅基片等精密零件都是采用上述方法來(lái)獲得高質(zhì)量的表面。為使研磨壓力均勻可控邑退，近幾年來(lái)還開(kāi)發(fā)了磁力研磨竹宋，磁流體超精研磨及彈性發(fā)射加工（EEM）等新技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)超精密磨削是一項(xiàng)系統(tǒng)工程地技，包括研制高速高精度的磨床主軸蜈七、導(dǎo)軌與微進(jìn)給機(jī)構(gòu)，精密的磨具及其平衡與修整技術(shù)墅纲，以及磨削環(huán)境的凈化與冷卻方式等薛津。我國(guó)鄭州磨產(chǎn)磨具磨削研究所開(kāi)發(fā)的噴涂陶瓷精密磨削工藝，其尺寸精度和加工表面粗糙度均與國(guó)外水平相當(dāng)游淆，磨削效率高于國(guó)外一倍左右症妻。該工藝在張家口石油機(jī)械廠节婶、武漢青山熱電廠等單位使用后，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益追临。
二享积、開(kāi)發(fā)了SG和ABN800等磨料新品種
SG磨料是美國(guó)Norton公司首先推出的。它是由亞微米級(jí)的Al2O3晶體蘑弊，采用溶膠凝膠（Sol-gel）工藝合成并經(jīng)燒結(jié)制成的新型陶瓷剛玉磨料履岂。與普通電熔剛玉磨料相比，不但硬度高掘缭，而且因磨粒是微晶結(jié)構(gòu)函强，它有很多晶解面，在外力作用下或在修銳和修整中僅微晶脫落觅冈，不斷產(chǎn)生鋒利的切削刃反璃，自銳性好，且剝落較少假夺，用其制作的磨具具有耐磨性好淮蜈、磨削熱少，使用壽命長(zhǎng)侄泽、磨削比（磨除材料體積與磨具消耗體積之比）大礁芦、切除率高和磨削質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于航空航天悼尾、汽車柿扣、軸承、工模具闺魏、儀器儀表等領(lǐng)域的精磨與成形磨削等方面的加工未状。目前常用的是SG與WA（白剛玉）或A（棕剛玉）的混合磨料，其中SG所占比例有100%析桥、50%司草、30%、20%泡仗、10%等多種埋虹，分別用SG、SG5裁愉、SG3驳辖、SG2、SG1來(lái)表示属缚。國(guó)外一些性能優(yōu)異的磨具制品体咽，如德國(guó)Hermes磨料公司的CB寶石藍(lán)砂輪、奧地利Tyrolit公司開(kāi)發(fā)的CSS砂輪隧鸠、美國(guó)Cincinnati Milacron公司生產(chǎn)的MSB砂輪飒迅、日本Noritake株式會(huì)社推出的新型CX陶瓷砂輪同蚂，都是類似SG磨料的微晶燒結(jié)剛玉的產(chǎn)品。
在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中泌弧，近年來(lái)美國(guó)Norton公司又推出了SG磨料的第二代產(chǎn)品——TG（Targa）磨料扔相。它保留了SG的優(yōu)點(diǎn)，在磨料形狀上作了新的突破翻框，很有細(xì)的棒狀晶態(tài)結(jié)構(gòu)察夕，適用于緩進(jìn)給磨削及加工鉻鎳鐵合金、高溫合金等難加工材料窗悯。據(jù)稱，TG磨料的材料切除率為剛玉的2倍偷拔，壽命為剛玉的7倍蒋院。
SG磨料的磨削性能介于剛玉與CBN（立方氮化硼）之間，價(jià)格適中莲绰，是一種很有應(yīng)用前景的磨料新品種欺旧。新型SG磨料我國(guó)亦已開(kāi)發(fā)成功，第七砂輪集團(tuán)公司已在進(jìn)行該磨料的工業(yè)性應(yīng)用蛤签。
ABN800和ABN600是De Beers公司開(kāi)發(fā)的CBN磨料新品種辞友。其磨粒均是微晶結(jié)構(gòu)，具有較高的抗壓強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性震肮。其中ABN800有更獨(dú)特的晶體特性称龙，磨料在受力破碎時(shí)無(wú)論大小都具有尖角，使其在使用過(guò)程中能始終保持鋒利的磨削性能戳晌，因而磨削時(shí)產(chǎn)生的磨削力小鲫尊，功率消耗少，加工質(zhì)量好沦偎，使用壽命長(zhǎng)模博。近幾年來(lái)在國(guó)際展覽會(huì)上，國(guó)外展出的一些CBN磨具大多是ABN800和ABN600的微晶CBN磨料制品鹤仲。
三攘调、高效率磨削
高簡(jiǎn)編和高精度是現(xiàn)代制造技術(shù)追求的兩大目標(biāo)。大家知道壕赘，磨削雖然在達(dá)到的加工精度和表面粗糙度方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)拾哈，但其材料切除率Q（單位時(shí)產(chǎn)內(nèi)磨除材料的體積，mm3/s）難以與其他切削抗衡奏尽。這是因?yàn)镼等于磨屑平均斷面積榨豹、磨屑平均長(zhǎng)度和單位時(shí)間內(nèi)的作用磨粒數(shù)（磨屑數(shù)）三者的乘積。所以菠珍，為了提高磨削效率樱搪，必須采用增大單位時(shí)間內(nèi)作用的磨粒數(shù)（如高速磨削亭弥、超高速磨削、砂帶磨削等）离秸、增大磨屑平均斷面積（如各種重磨削）及增大磨屑平均長(zhǎng)度（如緩進(jìn)給深磨粮剃、立軸平磨）等許多高效率磨削技術(shù)。其中重負(fù)荷荒磨虐块、超高速磨削俩滥、砂帶磨削和高效深磨技術(shù)的發(fā)展尤為引人注目。
重磨削的發(fā)展贺奠，使磨削不僅適用于精密加工和超精密加工霜旧，而且也適用于粗加工與荒加工。
高速磨削是指磨削速度vc為50m/s~150m/s的磨削儡率，而vc＞150m/s的磨削稱為超高速磨削挂据。近年來(lái)研究表明，超高速磨削不但可大幅度提高工效儿普、延長(zhǎng)磨具壽命用降低表面粗糙度崎逃，而且可對(duì)硬脆材料實(shí)現(xiàn)延性磨削，對(duì)高塑性材料和難磨材料也有良好的磨削效果眉孩。過(guò)去由于受磨具回轉(zhuǎn)破裂速度的限制个绍，以及磨削溫度高和工件表面燒傷的制約，磨削速度長(zhǎng)期停滯在80m/s左右浪汪。隨著CBN磨料的使用和高速磨削機(jī)理研究的深入巴柿，現(xiàn)在工業(yè)上實(shí)用的磨削速度已達(dá)到了150m/s~250m/s，實(shí)驗(yàn)室中達(dá)到500m/s书吗。超高速磨削需要有超高速磨削磨具厨杆、超高速磨床、磨削液及其供液過(guò)濾系統(tǒng)以及對(duì)磨削過(guò)程監(jiān)控等相關(guān)技術(shù)作支撐乖靠。在IMTS98翎郭，Toyota Machinery USA展出的高速磨床，磨50HRC淬硬鋼的傳動(dòng)軸萤忘，砂輪線速度達(dá)120m/s蔽掀；展出的凸輪磨床，砂輪線速度為200m/s悔邀。我國(guó)在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下循抱，已建造了200m/s的超高速磨削試驗(yàn)臺(tái)，并開(kāi)展了對(duì)超高速磨削機(jī)理的系統(tǒng)研究删舀。
砂帶磨削的加工效率比普通磨削高5~10倍以上蟀符。由于它屬于彈性磨削，有利于解決磨削燒傷和工作變形等問(wèn)題梭狱。所以拍随，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的砂帶磨削已占總磨削量的一半左右傍菇。近幾年來(lái)國(guó)外的砂帶已用Cubitron（美國(guó)3M公司）和SG磨料取代普通剛玉磨料，同時(shí)由于采用新基體界赔、新結(jié)合劑而使砂帶壽命延長(zhǎng)丢习。
緩進(jìn)給深磨是一種大切深和緩進(jìn)給的高效磨削技術(shù)，它不但工效高淮悼，而且磨削精度高和加工表面質(zhì)量好咐低。特別是近幾年來(lái)出現(xiàn)的一種集超高速（150m/s~250m/s）、大切深（0.1mm~30mm）袜腥、快進(jìn)給（0.5m/min~10m/min）于一體的高效深磨HEDG（High Efficiency Deep Grinding）新技術(shù)见擦，它結(jié)合CBN砂輪與CNC技術(shù)，可使單位寬度砂輪上的材料磨除率高達(dá)2000mm3/mm·s~3000mm3/mm·s羹令。用此法磨削成形表面和溝槽零件（如轉(zhuǎn)子槽锡宋、鉆頭上螺旋槽）時(shí)，可獲得遠(yuǎn)高于切削加工的材料切除率特恬。我國(guó)東北大學(xué)已制造出了大功率超高效深磨磨床，砂輪電動(dòng)機(jī)功率為55kW徐钠，磨削速度為250m/s癌刽。
四、超硬磨料磨削技術(shù)的新發(fā)展
由金剛石或CBN磨料制作的磨具稱為超硬磨料磨具寥伍。由于其優(yōu)良的磨削性能虑治，現(xiàn)已廣泛用于磨削技術(shù)各個(gè)方面，并成為超精密磨削撼腹、高效率磨削瘪棱、難加工材料磨削、高精度成形磨削瓦腋、磨削自動(dòng)化和無(wú)人化等技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)窒兼。
金剛石和CBN磨料由于它們?cè)诩庸げ牧线m應(yīng)方面的互補(bǔ)性，使由它們所構(gòu)成的磨具可加工范圍大為擴(kuò)展妙旅，覆蓋了包括各種高硬军裂、高脆、高強(qiáng)韌性材料的幾乎全部被加工材料战覆。
金剛石磨具是磨削硬質(zhì)合金威沙、光學(xué)玻璃、陶瓷和形容詞石等硬脆材料的最佳磨具柬乓，但因其在700℃~800℃時(shí)容易碳化攘活，所以它不適于磨削鋼鐵材料及超高速磨削。CBN磨料的出現(xiàn)導(dǎo)致磨削技術(shù)的革命玄呛，它能承受1300℃~1400℃的高溫阅懦，對(duì)鐵族元素化學(xué)惰性大和二，導(dǎo)熱性好，磨鋼料時(shí)的切除率高故黑，磨削比大儿咱，磨具壽命長(zhǎng)，是磨削淬硬鋼场晶、高速鋼混埠、高強(qiáng)度鋼、不銹鋼和耐熱合金等高硬度韌性大的金屬的最佳磨料诗轻。此外钳宪，CBN磨具還適用于超高速磨削，金屬基體CBN磨具線速度超過(guò)250m/s也會(huì)不破碎扳炬。
CBN磨具的廣泛使用主要是近幾年各種高效高性能CNC磨床問(wèn)世吏颖，以及磨具制造技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)發(fā)出了性能優(yōu)異的單層電鍍和高溫釬焊等新磨具恨樟，促使了磨削技術(shù)的發(fā)展综俄，其中尤以高效點(diǎn)磨削新工藝更受人們的青睞。
點(diǎn)磨削（Quickpoint Grinding）是由德國(guó)Junker公司首先推出的仲寇。它是利用釬焊CBN薄砂輪（寬度只有幾mm）和超高砂輪線速度（120m/s~180m/s制沦，高的可達(dá)200m/s~250m/s）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。加工時(shí)使砂輪軸線與工件軸線在水平方向上形成一定傾斜角购具，以使砂輪與工件之間理論上的線接觸變成點(diǎn)接觸榛青。這樣可大大減少磨削接觸區(qū)面積，而極高的磨削速度既可使磨屑變薄惯醇、磨粒負(fù)荷減輕曙惋，又可使熱量來(lái)不及傳到工件和砂輪上，幾乎都被磨屑所帶走款野，提高工件加工精度和表面質(zhì)量妙声。使用表明，點(diǎn)磨削的磨削比大侮增，砂輪壽命長(zhǎng)障漓，修整頻率低，材料切除率高蛔琅，同時(shí)由于它采用和NC車床一樣的兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜回轉(zhuǎn)體零件的表面磨削胎许，一次安裝能加工出外圓、錐面罗售、曲面辜窑、螺紋、臺(tái)肩和溝槽等所有外形，比切入磨削有更大柔性穆碎，同時(shí)冷卻效果極佳牙勘，磨削溫度低，甚至可以真正實(shí)現(xiàn)干磨削所禀，目前該工藝已在我國(guó)上海大眾汽車有限公司桑塔納轎車生產(chǎn)線上使用方面，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
五色徘、磨削技術(shù)發(fā)展方向
磨削當(dāng)前除向超精密恭金、高效率和超硬磨料方向發(fā)展外，自動(dòng)化也是磨削技術(shù)發(fā)展的重要方向之一褂策。目前磨削自動(dòng)化在CNC技術(shù)日趨成熟和普及基礎(chǔ)上横腿，正在進(jìn)一步向數(shù)控化和智能化方向發(fā)展，許多專用磨削NC軟件和系統(tǒng)已經(jīng)商品化般六。磨削是一個(gè)復(fù)雜的多變量影響過(guò)程灰深，對(duì)其信息的智能化處理和決策，是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化和最優(yōu)化的重要基礎(chǔ)铲苹。目前磨削中人工智能的主要應(yīng)用包括磨削過(guò)程建模彰饭、磨具和磨削參數(shù)合理選擇、磨削過(guò)程監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和控制镐刽、自適應(yīng)控制優(yōu)化肤贮、智能化工藝設(shè)計(jì)和智能工藝庫(kù)等方面。近幾年來(lái)尘箫，磨削過(guò)程建模、模擬和仿真技術(shù)有很大發(fā)展媚瘫，并已達(dá)到實(shí)用水平呛营。
我國(guó)在磨削過(guò)程建模與模擬，聲發(fā)射過(guò)程監(jiān)測(cè)與識(shí)別逢痕，工件表面燒傷及殘余應(yīng)力預(yù)報(bào)嘲谚，磨削加工誤差在線檢測(cè)、評(píng)價(jià)與補(bǔ)償?shù)确矫娑加性S多成果钳枕，并已開(kāi)發(fā)出了新型并聯(lián)磨削機(jī)器人缴渊。
我國(guó)人造磨料生產(chǎn)雖然起步較晚，但發(fā)展很快鱼炒，在世界上已有相當(dāng)?shù)姆蓊~衔沼。
必須指出，近幾年來(lái)國(guó)外磨削技術(shù)發(fā)展迅速昔瞧，例如對(duì)硬脆材料磨削機(jī)理及工藝的研究指蚁，利用干磨削熱量同時(shí)進(jìn)行工件熱處理，以及不使用磨削液的無(wú)污染磨削等方面，我國(guó)均有一定差距凝化。為此稍坯，我們一方面要積極開(kāi)展引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)磨削技術(shù)的研究工作；同時(shí)在國(guó)內(nèi)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)搓劫，系統(tǒng)地開(kāi)展和推廣各種先進(jìn)與實(shí)用的磨削技術(shù)瞧哟。只有這樣，才能使我國(guó)的磨削技盡快趕上國(guó)外先進(jìn)水平枪向，并能做到有所發(fā)展與創(chuàng)新勤揩。 |
