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切削加工中,砂輪圓周速度越高,所需切削力就會(huì)變小。CBN砂輪尺寸精度穩(wěn)定,在高速磨削時(shí),變形量很小,磨損量也很小,這決定了CBN砂輪有相當(dāng)高的使用壽命。砂輪壽命值G為100,000個(gè)工作周期。而且還可再生后進(jìn)入下一工作周期。CBN砂輪圓周速度與磨粒刃角的磨損關(guān)系如圖1所示。
當(dāng)砂輪圓周速度提高時(shí),磨粒與工件表面的接觸時(shí)間以μs計(jì)。此間產(chǎn)生的加工熱,不但不會(huì)傳遞給砂輪,更不會(huì)傳遞給工件表面,磨屑也易于排除。即使是對(duì)加工熱敏感的工件,磨削過程中也不會(huì)引起工件表面組織的變化?？梢哉J(rèn)為,高速磨削是一種低溫磨削加工,對(duì)工件無熱損傷,這是高速磨削最重要的優(yōu)點(diǎn)之一。
3排屑力
高速磨削不是僅指提高砂輪圓周速度,就可視之為高速磨削加工。例如,若走刀量不變,僅提高砂輪圓周速度,磨粒受到擠壓,就會(huì)產(chǎn)生不令人滿意的結(jié)果。
高速磨削時(shí),走刀量大,單位時(shí)間內(nèi)磨粒與工件表面的接觸量也大,在進(jìn)行強(qiáng)力磨削時(shí)這是最基本的。由此而得到的切屑,其長(zhǎng)度在1mm以內(nèi),屑厚為數(shù)個(gè)μm。
高速磨削單位時(shí)間的排屑量可達(dá)103mm3/mm.s。這一數(shù)值表明,這是金屬磨削加工排屑率最高的一種加工方法。
對(duì)被切削工件表面金屬進(jìn)行瞬間切除,是高速切削的特點(diǎn)。高速磨削可以解決高硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料在磨削加工中切屑拖長(zhǎng),發(fā)生粘結(jié)的問題。高速磨削中,切屑排出值、G值、冷卻液三者的關(guān)系如圖2所示。
高速磨削加工中,允許進(jìn)刀深度對(duì)磨料的均勻程度、結(jié)合劑材料有嚴(yán)格要求。磨粒在磨削加工時(shí)的磨損,結(jié)合劑的退化是砂輪磨損的主要原因。它們決定著砂輪的壽命。 CBN作為單晶體(適于強(qiáng)力磨削)或復(fù)合晶體(適于表面加工),都有各自相適的結(jié)合劑,這是十分重要的。
目前,CBN砂輪用結(jié)合劑有以下幾種。
(1)陶瓷結(jié)合劑 它具有多孔性,能適應(yīng)各種硬度的材料的高速磨削,用金剛石滾子式砂輪修整器比較容易修整。這是當(dāng)前評(píng)價(jià)較高的一種結(jié)合劑。
(2)金屬結(jié)合劑 其特點(diǎn)是硬度高,密度大。
(3)電沉積結(jié)合劑 電沉積結(jié)合劑CBN 砂輪多用于金屬屑排量大的高速磨削加工中。
5工件表面質(zhì)量
用CBN砂輪進(jìn)行高速磨削加工,砂輪圓周速度與工件表面粗糙度的關(guān)系如圖3所示。由圖可見,經(jīng)高速磨削的加工表面粗糙度Ra值是較低的,質(zhì)量是很高的。
此外,用CBN砂輪對(duì)軸類零件外圓、環(huán)形零件平面進(jìn)行高速磨削,軸類零件的圓度、 環(huán)形零件雙平面平行度等指標(biāo)都是其他磨削方法所不能比擬的。
以上已簡(jiǎn)要敘述了用CBN砂輪進(jìn)行高速磨削的主要優(yōu)點(diǎn)。不言而喻,高速磨削在高硬質(zhì)材料、高精度零件的大批量生產(chǎn)中是保證質(zhì)量,提高效率的先進(jìn)的加工方式。但僅就高速磨削用冷卻介質(zhì)來說,加工中需要大量壓力達(dá)20個(gè)大氣壓以上的冷卻液(100L/min),目前多數(shù)仍采取油冷卻。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)問題的重視,發(fā)達(dá)國家已將采用水溶性冷卻劑作為高速磨削的替代品,列為最優(yōu)先課題。冷卻介質(zhì)的特性曲線如圖4所示。
磨削實(shí)例2
瑞士S40高速磨床性能優(yōu)越,床身采用礦石熔鑄加工,剛性、振動(dòng)衰減性極高,溫度等引起的變化極其微小。主軸設(shè)計(jì)有高速用緊定套,保證砂輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的圓度。砂輪修整有簡(jiǎn)單易行的/sW2循環(huán)軟件。機(jī)上裝有高精度傳感器。是現(xiàn)今高速磨床中最先進(jìn)的一種。用S40高速磨床磨削加工實(shí)例如圖5～圖7所示。
材料:16MnCr5 硬度:HRC60 砂輪:CBN/陶瓷結(jié)合劑 砂輪圓周速度:125m/s 排屑量:66mm3/mm/s 工作時(shí)間:2min 表面粗糙度Ra:0.3以下
圖5 軸
材料:100Cr6 硬度:HRC58 砂輪:CBN/電沉積 砂輪圓周速度:206m/s 排屑量:66.5mm3/mm//s 工作時(shí)間:24s/溝槽（切入）
圖6 切斷用滾筒
材料:司太立合金12(閥座)/調(diào)質(zhì)鋼(軸)/ 硬度:HRC49 (閥座) 砂輪:CBN/陶瓷結(jié)合劑 排屑量:41mm3/mm/s 工作時(shí)間:軸3min閥座45/s 表面粗糙度Ra:0.8以下
圖7 大型發(fā)動(dòng)機(jī)閥門
高速磨削加工技術(shù)發(fā)展很快,不久將取 代相當(dāng)一部分傳統(tǒng)磨削工藝。這是社會(huì)進(jìn)步及工程技術(shù)進(jìn)步的必然結(jié)果。