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什么叫磨削效率？

作者：天津金百联机电              发表时间：2011-09-19

什么叫磨削效率？ 　　 随着技术创新与高科技产品的不断涌现，零件的加工精度和表面完整性要求 愈来愈高。例如，广泛用于液压随动系统中精密偶件的阀芯与阀套的配合精度常要 求达到μm级，录像头、影碟机等精密零件的加工精度已提高到0.1μm，激光陀螺平 面反射镜的平面度误差要求小于0.05μmRa 磨削正在向超精密磨削、超精密研磨和抛光等方向发展。精密和超精密磨削的关键 是最后一道工序，要从工件表面降去一层小于或等于工件最后精度等级的表面层。 因此，要实现精密或超精密磨削，首先要减少磨粒单刃切除量，而使用微细或超微 细微粉的磨粒是减少单刃切除量的最有效途径。日本镜面磨削时使用的磨具粒度为 4000~8000#，其微粉的平均尺寸为1.5μm~4μm，加工后工件表面粗糙度可达Ra0.003 μm~0.005μm。使用粒径为20nm的SiO2超微细微粉及锡抛光盘对蓝宝石单晶进行无 损超精密研磨的抛光，可获得Ra＜1nm的表面。目前精密量块、光学平晶、集成电路 的硅基片等精密零件都是采用上述方法来获得高质量的表面。为使研磨压力均匀可控， 近几年来还开发了磁力研磨，磁流体超精研磨及弹性发射加工（EEM）等新技术。 实现超精密磨削是一项系统工程，包括研制高速高精度的磨床主轴、导轨与微进给机 构，精密的磨具及其平衡与修整技术，以及磨削环境的净化与冷却方式等。我国郑州 磨产磨具磨削研究所开发的喷涂陶瓷精密磨削工艺，其尺寸精度和加工表面粗糙度均 与国外水平相当，磨削效率高于国外一倍左右。该工艺在张家口石油机械厂、武汉青 山热电厂等单位使用后，取得了显著的经济效益。 二、开发了SG和ABN800等磨料新品种 SG磨料是美国Norton公司首先推出的。它是由亚微米级的Al2O3晶体，采用溶胶凝 胶（Sol-gel）工艺合成并经烧结制成的新型陶瓷刚玉磨料。与普通电熔刚玉磨料相比， 不但硬度高，而且因磨粒是微晶结构，它有很多晶解面，在外力作用下或在修锐和修 整中仅微晶脱落，不断产生锋利的切削刃，自锐性好，且剥落较少，用其制作的磨具 具有耐磨性好、磨削热少，使用寿命长、磨削比（磨除材料体积与磨具消耗体积之比 ）大、切除率高和磨削质量好等优点，现已广泛用于航空航天、汽车、轴承、工模具、 仪器仪表等领域的精磨与成形磨削等方面的加工。目前常用的是SG与WA（白刚玉） 或A（棕刚玉）的混合磨料，其中SG所占比例有100%、50%、30%、20%、10%等多 种，分别用SG、SG5、SG3、SG2、SG1来表示。国外一些性能优异的磨具制品，如德 国Hermes磨料公司的CB宝石蓝砂轮、奥地利Tyrolit公司开发的CSS砂轮、美国Cincinnati Milacron公司生产的MSB砂轮、日本Noritake株式会社推出的新型CX陶瓷砂轮，都是 类似SG磨料的微晶烧结刚玉的产品。 在激烈的市场竞争中，近年来美国Norton公司又推出了SG磨料的第二代产品??TG （Targa）磨料。它保留了SG的优点，在磨料形状上作了新的突破，很有细的棒状晶 态结构，适用于缓进给磨削及加工铬镍铁合金、高温合金等难加工材料。据称，TG磨 料的材料切除率为刚玉的2倍，寿命为刚玉的7倍。 SG磨料的磨削性能介于刚玉与CBN（立方氮化硼）之间，价格适中，是一种很有应用 前景的磨料新品种。新型SG磨料我国亦已开发成功，第七砂轮集团公司已在进行该磨 料的工业性应用。 ABN800和ABN600是De Beers公司开发的CBN磨料新品种。其磨粒均是微晶结构， 具有较高的抗压强度和热稳定性。其中ABN800有更独特的晶体特性，磨料在受力破 碎时无论大小都具有尖角，使其在使用过程中能始终保持锋利的磨削性能，因而磨削 时产生的磨削力小，功率消耗少，加工质量好，使用寿命长。近几年来在国际展览会 上，国外展出的一些CBN磨具大多是ABN800和ABN600的微晶CBN磨料制品。 三、高效率磨削 高简编和高精度是现代制造技术追求的两大目标。大家知道，磨削虽然在达到的加工 精度和表面粗糙度方面具有无可比拟的优势，但其材料切除率Q（单位时产内磨除材 料的体积，mm3/s）难以与其他切削抗衡。这是因为Q等于磨屑平均断面积、磨屑平 均长度和单位时间内的作用磨粒数（磨屑数）三者的乘积。所以，为了提高磨削效率， 必须采用增大单位时间内作用的磨粒数（如高速磨削、超高速磨削、砂带磨削等）、增 大磨屑平均断面积（如各种重磨削）及增大磨屑平均长度（如缓进给深磨、立轴平磨 ）等许多高效率磨削技术。其中重负荷荒磨、超高速磨削、砂带磨削和高效深磨技术的 发展尤为引人注目。 重磨削的发展，使磨削不仅适用于精密加工和超精密加工，而且也适用于粗加工与荒加工。 高速磨削是指磨削速度vc为50m/s~150m/s的磨削，而vc＞150m/s的磨削称为超高速磨 削。近年来研究表明，超高速磨削不但可大幅度提高工效、延长磨具寿命用降低表面粗 糙度，而且可对硬脆材料实现延性磨削，对高塑性材料和难磨材料也有良好的磨削效果。 过去由于受磨具回转破裂速度的限制，以及磨削温度高和工件表面烧伤的制约，磨削速 度长期停滞在80m/s左右。随着CBN磨料的使用和高速磨削机理研究的深入，现在工业 上实用的磨削速度已达到了150m/s~250m/s，实验室中达到500m/s。超高速磨削需要有 超高速磨削磨具、超高速磨床、磨削液及其供液过滤系统以及对磨削过程监控等相关技 术作支撑。在IMTS98，Toyota Machinery USA展出的高速磨床，磨50HRC淬硬钢的传 动轴，砂轮线速度达120m/s；展出的凸轮磨床，砂轮线速度为200m/s。我国在国家自然 科学基金资助下，已建造了200m/s的超高速磨削试验台，并开展了对超高速磨削机理的 系统研究。 砂带磨削的加工效率比普通磨削高5~10倍以上。由于它属于弹性磨削，有利于解决磨削 烧伤和工作变形等问题。所以，工业发达国家的砂带磨削已占总磨削量的一半左右。近 几年来国外的砂带已用Cubitron（美国3M公司）和SG磨料取代普通刚玉磨料，同时由 于采用新基体、新结合剂而使砂带寿命延长。 缓进给深磨是一种大切深和缓进给的高效磨削技术，它不但工效高，而且磨削精度高和 加工表面质量好。特别是近几年来出现的一种集超高速（150m/s~250m/s）、大切深（0.1mm ~30mm）、快进给（0.5m/min~10m/min）于一体的高效深磨HEDG（High Efficiency Deep Grinding） 新技术，它结合CBN砂轮与CNC技术，可使单位宽度砂轮上的材料磨除率高达2000mm 3/mm?s~3000mm3/mm?s。用此法磨削成形表面和沟槽零件（如转子槽、钻头上螺旋槽）时， 可获得远高于切削加工的材料切除率。我国东北大学已制造出了大功率超高效深磨磨床， 砂轮电动机功率为55kW，磨削速度为250m/s。 四、超硬磨料磨削技术的新发展 由金刚石或CBN磨料制作的磨具称为超硬磨料磨具。由于其优良的磨削性能，现已广泛用 于磨削技术各个方面，并成为超精密磨削、高效率磨削、难加工材料磨削、高精度成形磨 削、磨削自动化和无人化等技术进步的基础。 金刚石和CBN磨料由于它们在加工材料适应方面的互补性，使由它们所构成的磨具可加 工范围大为扩展，覆盖了包括各种高硬、高脆、高强韧性材料的几乎全部被加工材料。 金刚石磨具是磨削硬质合金、光学玻璃、陶瓷和形容词石等硬脆材料的最佳磨具，但因其 在700℃~800℃时容易碳化，所以它不适于磨削钢铁材料及超高速磨削。CBN磨料的出现 导致磨削技术的革命，它能承受1300℃~1400℃的高温，对铁族元素化学惰性大，导热性 好，磨钢料时的切除率高，磨削比大，磨具寿命长，是磨削淬硬钢、高速钢、高强度钢、 不锈钢和耐热合金等高硬度韧性大的金属的最佳磨料。此外，CBN磨具还适用于超高速 磨削，金属基体CBN磨具线速度超过250m/s也会不破碎。 CBN磨具的广泛使用主要是近几年各种高效高性能CNC磨床问世，以及磨具制造技术 的进步，开发出了性能优异的单层电镀和高温钎焊等新磨具，促使了磨削技术的发展， 其中尤以高效点磨削新工艺更受人们的青睐。 点磨削（Quickpoint Grinding）是由德国Junker公司首先推出的。它是利用钎焊CBN薄砂 轮（宽度只有几mm）和超高砂轮线速度（120m/s~180m/s，高的可达200m/s~250m/s）来 实现的。加工时使砂轮轴线与工件轴线在水平方向上形成一定倾斜角，以使砂轮与工件之 间理论上的线接触变成点接触。这样可大大减少磨削接触区面积，而极高的磨削速度既可 使磨屑变薄、磨粒负荷减轻，又可使热量来不及传到工件和砂轮上，几乎都被磨屑所带走， 提高工件加工精度和表面质量。使用表明，点磨削的磨削比大，砂轮寿命长，修整频率低， 材料切除率高，同时由于它采用和NC车床一样的两坐标联动来实现复杂回转体零件的表 面磨削，一次安装能加工出外圆、锥面、曲面、螺纹、台肩和沟槽等所有外形，比切入磨 削有更大柔性，同时冷却效果极佳，磨削温度低，甚至可以真正实现干磨削，目前该工艺 已在我国上海大众汽车有限公司桑塔纳轿车生产线上使用，取得了显著的经济效益。 五、磨削技术发展方向 磨削当前除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展的重要方 向之一。目前磨削自动化在CNC技术日趋成熟和普及基础上，正在进一步向数控化和智能 化方向发展，许多专用磨削NC软件和系统已经商品化。磨削是一个复杂的多变量影响过 程，对其信息的智能化处理和决策，是实现柔性自动化和最优化的重要基础。目前磨削中 人工智能的主要应用包括磨削过程建模、磨具和磨削参数合理选择、磨削过程监测预报和 控制、自适应控制优化、智能化工艺设计和智能工艺库等方面。近几年来，磨削过程建模、 模拟和仿真技术有很大发展，并已达到实用水平。 我国在磨削过程建模与模拟，声发射过程监测与识别，工件表面烧伤及残余应力预报，磨 削加工误差在线检测、评价与补偿等方面都有许多成果，并已开发出了新型并联磨削机器 人。 我国人造磨料生产虽然起步较晚，但发展很快，在世界上已有相当的份额。 必须指出，近几年来国外磨削技术发展迅速，例如对硬脆材料磨削机理及工艺的研究，利 用干磨削热量同时进行工件热处理，以及不使用磨削液的无污染磨削等方面，我国均有一 定差距。为此，我们一方面要积极开展引进国外先进磨削技术的研究工作；同时在国内应 结合生产，系统地开展和推广各种先进与实用的磨削技术。只有这样，才能使我国的磨削 技尽快赶上国外先进水平，并能做到有所发展与创新。 宁波金百联轴承有限公司供应微型至中型深沟球轴承、圆锥滚子轴承、短圆柱滚子轴承、平面推力轴承、英制系列轴承、带座球面轴承、及各种特制非标轴承等。电话：022-58059063 13102005112 邮箱：web@okbbearing.com 地址：宁波市丽园北路1730??1736号
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