磨削的基本原理及其加工能力

磨削的基本原理及其加工本领
本文StuartSalmon博士是美国“先进制造科技协会”主席。他认为,磨削加工在很多领域内,不论从技术上或经济上,都可与切削加工相匹敌,有些领域甚至是唯一的加工方法。但目前制造业很多人认为磨削加工效率低,不经济,因此尽量不予采纳。Salmon认为,产生这种想法的重要原因是对磨削原理及其内在潜力缺乏了解。撰写本文的目的就是要帮忙企业界的有关人士正确理解和运用磨削技术。
当今制造业正在急迫地寻替代磨削的方案。一些正在试验用来提高零件生产效率的“新”方案包括:硬切削、干切削、耐磨涂层刀具和高速切削等。
但应指出,“高速”两字对磨削并不陌生。砂轮的常规运行表面线速度达1829m/min,高速超硬磨料砂轮的生产应用速度达4572~10668m/min,而试验室里在磨削专用设备上的速度则可达到18288m/min仅稍低于声速。
工业界不喜爱磨削的原因是对它不了解。超硬磨料和缓进给磨削工艺不论从技术或经济角度看,都可与铣削、拉削、刨削以及某些情况下的车削相匹敌。但制造企业中有很多人,他们
的学问停留在传统加工技术水平上,往往对磨削实行排斥的态度。但随着新材料的推动(如陶瓷、晶须强化金属和强化聚合材料、多层金属和非金属的压合材料),磨削常常是唯一可行的加工方法。
假如采纳适当的结合剂,就可以使得磨粒在加工过程中的脱落和自砺过程得到掌控。并且砂轮变钝或显现粉屑状载荷时,可以在机床上修整。这些优点在其它的加工方法中都是难以做到的。
uwb标签砂轮可以使加工表面的公差达到数万分之一的数量级(微米级),同时还能使表面干净度和切削纹理达到最佳状态。
不巧的是,长期以来,磨削一直被看作是一种“艺术”。直到近来的40~50年间,通过讨论人员持续地对磨削加工过程进行讨论,开发了新的、改进的磨料、粘结剂体系和各种磨削液。这些成果的取得,使得磨削加工进入了科学王国。
防爆电磁线圈磨料的种类
磨料可分为两大类:一般磨料(如氧化铝、碳化硅等)和超硬磨料(金刚石、立方氮化硼9547900
等)。
CBN和金则石比一般磨料更硬、更耐磨,但特别昂贵。同时,超硬磨料是优良的导热体(金刚石的导热性是铜的6倍),而一般磨料是陶瓷材料,所以是绝热的。
超硬磨料还具有很高的热扩散性,就是有快速散热的本领。这一特性使超硬磨料具有“冷切削”的本性。超硬磨料的抗磨性能也大大优于一般磨料,但超硬磨料具备的这些特性也并不意味着它们就适用于全部的磨削工序。
每种磨料都有其最适当的使用领域,所以了解每种磨料的特点非常紧要。例如,氧化铝陶瓷磨料有时称作晶种凝胶(SG)磨料或陶瓷磨料通常比熔融(一般)氧化铝有更好的抗磨性和形状保持性。但陶瓷磨料也有其最适当的使用领域。
氧化铝:Al2O3是最便宜的磨料。磨削淬硬钢时性能很好,在连续修整的条件下,也能磨削镍基超级合金,Al2O3对各种磨削条件有很好的适应性,如软的和硬的材料,轻切削和重切削等,并能磨出很高的表面干净度。
陶瓷氧化铝:陶瓷氧化铝强度很高,所以最适用于每颗磨粒的切削力负荷较高的场合。陶
瓷氧化铝在外圆磨削和大平面往复磨削淬硬钢时,其效果很好。但它不适于切削弧线长、单颗磨粒负荷力较小之处,如内圆磨、缓进给磨等。
但经过“拉伸”改制的陶瓷氧化铝磨粒,甚至在切削弧线长的情况下,也可用于加工粘性的不锈钢、高温合金等,此时磨粒的形状比(长阔比)达到5。
陶瓷氧化铝磨粒的性能可以通过加入脆性的熔融氧化铝形成复合磨料砂轮得到改善。此时,需要知道砂轮在工件上的切削弧长度,以便有针对性地确定砂轮配比。
碳化硅:SiC磨料具有天然锋利的形状。适于磨削硬质材料(如硬质合金)。由于其锋利,使它也适于加工很软的材料,如铝、聚合物、橡胶以及低强度钢、铜合金和塑料等软材料。
金刚石:天然和人造金刚石都可用于磨削。金刚石是碳的一种超高硬度形态,因它对铁有亲合性(钢是铁和碳的合金)而形成快速磨损,所以不适于加工黑金属材料,但金刚石特别适用于有金属材料、钛、陶瓷和金属陶瓷的磨削加工。
立方氮化硼:CBN像金刚石一样,是一种特别昂贵的磨料。一个超硬磨料砂轮的价格比一
般磨料的砂轮要贵50倍以上,但其使用寿命比一般砂轮要高100倍以上,即使磨削最硬的钢,也只有细小磨损。
CBN最适于加工黑金属材料,特别是在要求长时间保持砂轮形状的场合,如轴承内滚道的磨削。另外,CBN较适于不常常更换砂轮的工序,由于小批量和砂轮更换,在安装时都要修整,这是导致砂轮消耗的重要因素。由于CBN在高温时和水接触要起反应,并加速磨损,所以要用乙二醇或油。
结合剂
一般砂轮的结合剂,可以采纳陶瓷、树脂或塑料,超硬磨料的结合剂则可用烧结的金属基体或用电镀镍层的方法覆盖到砂轮上。这类砂轮是不渗水的,也无空洞。
金属结合剂和电镀砂轮的磨削液要认真选择,以防砂轮打滑。打滑时在切削弧处产生的巨大动载液压,会顶举砂轮,导致工件干净度恶化和加快砂轮磨损。
结合剂和磨料两者的选择紧密相关。例如CBN的使用场合一般是要求砂轮在使用期间保持形状不变,并且直至消耗尽才从机床取下。由于CBN的导热性很好,所以用金属结合剂更
有利。两者结合起来供给了冷切削的条件。由于切削热通过磨料和砂轮传导,再随冷却液带走的速度,比进入工件要快得多。
金属结合剂有两种形式:电镀和烧结。电镀砂轮是不修整的,它们一开始就制成正确的形状,并一直用至耗尽。烧结金属砂轮通常用电火花修整,然后像电镀砂轮那样装到机床上使用。模具计数器
烧结和电镀砂轮安装到主轴后的径向跳动应小于0.0125mm。对金属结合剂砂轮来说,减小主轴跳动非常紧要。由于磨粒从结合剂上伸出的距离很小,若跳动达到0.025mm,则会发生砂轮的一端已负荷太重而造成过度磨损,另一端则负荷很轻而仍很锋利。
某些电镀砂轮可以制出很小的轮廓圆弧半径(约0.125mm)。但多数电镀砂轮的轮廓圆弧半径大于0.5mm。通常,电镀砂轮运用于高速磨削,而金属烧结砂轮适于磨削陶瓷材料。
整体金属结合剂砂轮对振动、跳动和冷却液流量等工作条件的适应范围很小。假如磨床、工件和夹具的刚性较差,或老机床的轴承状态不佳,并且机床上没有平衡装置,这种条件下使用电镀砂轮就会导致砂轮寿命、工件干净度和表面纹理方面的问题。依据机床的振动
和稳定性等实在情况,有时采纳树脂结合剂砂轮要好一些。树脂结合剂对振动有很强的阻尼本领。当然,树脂砂轮的校正和修整涉及的设备和时间,都会加添成本。模具水嘴
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