國外高速磨床制造和應用概況

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?!?br /> 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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