超高速磨削的發展及關鍵工藝(一)

   時間:2014-03-12 02:45:05
超高速磨削的發展及關鍵工藝(一)簡介
    超高速磨削通常指砂輪速度大於150m/s的磨削。超高速磨削在歐洲、日本和美國等發達國家發展很快,被譽為「現代磨削技術的最高峰」。國際生產工程學會(CIR……
超高速磨削的發展及關鍵工藝(一)正文

  超高速磨削通常指砂輪速度大於150m/s的磨削。超高速磨削在歐洲、日本和美國等發達國家發展很快,被譽為「現代磨削技術的最高峰」。國際生產工程學會(CIRP)將其確定為面向21世紀的中心研究方向,並進行了一些著名的合作研究。超高速磨削可以對硬脆材料實現延性域磨削加工,對高塑性等難磨材料也有良好的磨削表現。與普通磨削相比,超高速磨削顯示出極大的優越性:

大幅度提高磨削效率,減少設備使用台數。如採用電鍍CBN砂輪以123m/s的高速磨削割草機曲軸,原來需要6個車削和3個磨削工序,現在只需要3個磨削工序,生產時間減少65%,每小時可以加工180件。再如人們以125m/s的速度應用普通砂輪高效磨削淬硬低碳鋼42CrMo4,切除率達167mm3/mms,比緩進給磨削大11倍。

磨削力小,零件加工精度高。速度360m/s以下的試驗表明,在一個較窄的速度範圍(180-200 m/s)內,摩擦狀態由固態向液態急劇變化,並伴隨著磨削力的急劇下降。筆者在單顆磨粒高速磨削45鋼和20Cr鋼試驗中發現,摩擦係數在臨界速度以下,隨速度的增大而大幅度減少;超過臨界速度后,摩擦係數卻隨速度的增大而略有增加。降低加工工件表面粗糙度。在其它條件相同時,33m/s,100m/s,和200m/s的速度磨削時,表面粗糙度值分別為Ra2.0,Ra1.4和Ra1.1μm。

砂輪壽命延長。在金屬切除率相同的條件下,砂輪速度由80m/s提高到200m/s,砂輪壽命提高8.5倍。在200m/s的速度磨削時,以2.5倍於80m/s時的磨除率,壽命仍然提高1倍。

1超高速磨削的發展

歐洲

歐洲,高速磨削技術的發展起步早。最初高速磨削基礎研究是在60年代末期,實驗室磨削速度已達210-230m/s。70年代末期,高速磨削採用CBN砂輪。義大利的法米爾(Famir)公司在1973年9月西德漢諾威國際機床展覽會上,展出了砂輪圓周速度120m/s的RFT-C120/50R型磨軸承內套圈外溝的高速適用化磨床。90年代初,已經實現了最高速度350m/s的磨削實驗。目前,實際應用中,高速磨削和精密磨削最大磨削速度在200-250 m/s之間。

德國的Guhring Automation公司1983年製造了功率60kW,轉速10000r/min,砂輪直徑400mm的強力磨床。阿亨工業大學的目標為500m/s的超高速磨床也是該公司製造的。德國CBN砂輪高速磨削的應用,一個典型的例子是加工齒輪輪齒,在155m/s的速度下,以811mm3/mms的切除率,實現了對16MCr5鋼齒輪的高效加工。另一個例子是,採用電鍍CBN砂輪,在300m/s的速度下,以140mm3/mms的切除率,實現了對100Cr6高硬度(60HRC)滾動軸承鋼水泵迴轉輪窄槽的高效加工。瑞士Studer公司也曾用改裝的S45型外圓磨床進行280m/s的磨削試驗。瑞士S40高速CBN砂輪磨床,在125m/s時,高速磨削性能發揮最為充分,在500m/s也照常工作。此外Kapp公司,Schandt公司、Naxa Union公司、Song Machinery公司等也相繼推出了各類高速磨床。

美國

1970年美國的本迪克斯公司曾生產了91m/s切入式高速磨床。1993年,美國的Edgetek Machine公司首次推出的超高速磨床,採用單層CBN砂輪,圓周速度達到了203m/s、用以加工淬硬的鋸齒等可以達到很高的金屬切除率。美國Connectient大學磨削研究與發展中心的無心外圓磨床,最高磨削速度250m/s,主軸功率30kW,修整盤轉速12000r/min,砂輪自動平衡,自動上料。

目前美國的高效磨削磨床很普遍,主要是應用CBN砂輪。可實現以160m/s的速度75mm3/mms的切除率,對高溫合金Inconel718進行高效磨削,加工后達Ra1~2μm,尺寸公差±13μm。另外採用直徑400mm的陶瓷CBN砂輪,以150-200m/s的速度磨削,可達到Ra0.8μm,尺寸公差±2.5-5μm。美國高速磨削的一個重要研究方向是低損傷磨削高級陶瓷。傳統的方法是採用多工序磨俐,而高速磨削試圖採用粗精加工一次磨削,以高的材料去除率和低成本加工高質量的氮化硅陶瓷零件。

日本

日本高速磨削技術在近20年來發展迅速,1976年,在凸輪磨床上開始應用CBN砂輪進行40m/s的高速磨削,1985年前後,在凸輪和曲軸磨床上,磨削速度達到了80m/s。1990年後,開始開發160m/s以上的超高速磨床。目前,實用的磨削速度已達到了200m/s。400m/s的超高速平面磨床也已經研製出,該磨床主軸最大轉速3000r/min,最大功率22kW,採用直徑250mm的砂輪,最高周速達395m/s。並在30-300m/s速度範圍內研究了速度對鑄鐵可加工性的影響。

日本的豐田工機、三菱重工、岡本機床製作所等公司均能生產應用CBN砂輪的超高速磨床,日本的三菱重工推出的CA32-U50A型CNC超高速磨床,採用陶瓷結合劑CBN砂輪,圓周速度達到了200m/s。

中國

我國高速磨削起步較晚,1974年,第一汽車廠、第一砂輪廠、瓦房店軸承廠、華中工學院、鄭州三磨所等先後進行50-60m/s的磨削試驗;湖南大學進行了60-80m/s高速磨削試驗。1975年10月,南陽機床廠試製成功了MS132型80m/s高速外圓磨床。1976年,上海機床廠、上海砂輪廠、鄭州三磨所、華中工學院、上海交通大學、廣州機床研究所、武漢材料保護研究所等組成高速磨削試驗小組,對80m/s,100m/S高速磨削工藝進行了試驗研究。與此同時,上海機床廠設計製造了MBSA1332型80m/s半自動高速外圓磨床,磨削效率達到了車削和銑削的生產率。1977年,湖南大學在實驗室成功地進行了100m/s,120m/s高速磨削試驗、在2000年中國數控機床展覽會(CCMT'2000)上,湖南大學推出了最高線速度達120m/s的數控凸輪軸磨床。

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