高速磨削（精选7篇）
高速磨削 篇1
0 引言
随着科学技术的发展,工程陶瓷以其强度高、膨胀率低、耐磨损及化学性能稳定等优越性被广泛应用于高技术工程领域中。然而,目前陶瓷与金属相比其使用范围往往受到限制,主要原因就是加工效率低、成本高,且磨削过程中在陶瓷材料表面和亚表面区域内形成了一个裂纹群,影响了构件的稳定性。磨削一直是加工工程陶瓷最主要的方法。近十几年来,研究者们将高速磨削技术引入工程陶瓷加工工艺中[1,2,3,4,5,6,7],希望发挥高速磨削加工工艺的优越性来解决工程陶瓷加工的难题。现有文献关于陶瓷材料高速磨削的研究主要集中在提高砂轮线速度对磨削特性、陶瓷加工表面和加工效率的影响,磨削过程采用的高速砂轮基本是烧结或者电镀金刚石砂轮。本文在有关工作的基础上[8,9,10,11],采取钎焊金刚石砂轮对氧化铝陶瓷进行高速磨削试验,重点探讨工程陶瓷高速磨削过程的能量特征。
1 试验条件
1.1钎焊金刚石砂轮
采用真空炉钎焊技术制备钎焊金刚石砂轮,制备的钎焊金刚石砂轮如图1所示。砂轮基体为40Cr,直径为350mm,砂轮厚度为25mm,中心孔直径为127mm。钎料为镍基合金粉末。磨料选用ISD1650高品级的金刚石,粒度为30/35,粒径为500～600μm。钎焊工艺参数如下:钎焊温度1040℃,保温时间8min,真空度0.41Pa。在做高速磨削试验前,砂轮经过动平衡和高速回转测试。
1.2试验装置和参数
试验在BLOHM高速磨床上进行,试验系统如图2所示。磨削过程中采用Kistler 9257BA型压电晶体测力仪测量不同加工参数下的磨削力。磨削力的原始信号通过DEWE-2010动态信号分析仪实时显示和采集。采集的原始信号通过虚拟数字滤波器进行滤波处理。
试验采用的工件材料为氧化铝,尺寸为23.6mm×23.6mm×10mm。磨削时,为了获得长的磨削长度,5块陶瓷被同时夹在平口钳中,分别采用顺磨法和逆磨法进行磨削,磨削过程不使用冷却液,以干磨的方式进行。采用的磨削参数如表1所示。
1.3磨削比能计算
磨削比能U是指磨除工件上单位体积材料所消耗的能量,或者是去除单位体积材料所消耗的功率,可由下式得到[11,12,13]:
式中,Ft为切向磨削力;b为磨削宽度。
单颗磨粒最大切削厚度hmax是研究磨削加工过程很重要的一个物理量,它直接影响单颗磨粒的受力情况,其大小可计算如下[11,12,13,14]:
式中,θ为磨粒顶锥角大小的一半,通常取θ=60°;C为单位砂轮面积上的有效磨粒数(本文C=0.6粒/mm2);ds为砂轮直径。
2 结果与讨论
2.1砂轮线速度的影响
图3反映了不同磨削深度下磨削比能随砂轮线速度的变化情况,其中工件速度固定为20m/min。由图3可以看见,随着砂轮线速度的增大,使得单颗磨粒最大切削厚度减小,导致磨削比能变大。这是因为硬脆性材料磨削加工时,材料的去除方式受到单颗磨粒最大切削厚度的影响,当未变形切削厚度减小时,材料将更易于产生塑性变形,塑性划痕增多,导致磨削比能增大。
2.2磨削深度的影响
图4所示为不同磨削深度下磨削比能的情况,其中砂轮线速度为120m/s。由图4可以看出,磨削比能基本上随着磨削深度的增大而减小,这是由于磨削深度的增大使单颗磨粒最大切削厚度增大,材料更多地被脆性去处,脆性剥落增多,导致磨削比能减小。
2.3工件速度的影响
图5所示为磨削比能与工件速度之间的关系,其中砂轮线速度为120m/s。由图5可以看出,磨削比能随工件速度的增大而减小。这是由于随着工件速度的增大,单颗磨粒未变形磨屑厚度增大,更多材料以大量级的形式被去除,因此降低了材料去除所需的能量,磨削比能降低。
2.4材料去除率的影响
磨削比能随材料去除率Q′w的变化情况如图6所示。由图6可以看出,在材料去除率小的地方磨削比能大,随着去除率的增大,磨削比能减小。这是由于高的材料去除率趋于生成厚的磨屑,材料更易于以脆性断裂的方式被去除,导致磨削比能小;小的材料去除率相当于未变形的切屑厚度小,磨粒与脆性材料之间的滑擦与耕犁增多,导致磨削比能大。
但是在相同的材料去除率下,磨削条件的不同也使得磨削比能发生变化。图7所示是磨削速度为120m/s,固定不同的材料去除率时,磨削比能随单颗磨粒最大切削厚度hmax的变化情况。由图7可以看出,当Q′w固定时,磨削比能随着单颗磨粒最大切削厚度的增大而减小。这是由于在Q′w固定时,不同磨削深度和工件速度的组合会造成不同的单颗磨粒最大切削厚度以及形成不同的磨屑形态,hmax增大,磨粒切削轨迹将变短,磨屑由长而细的形式变为短而厚的形式,这将减小磨粒和工件材料之间的划擦与耕犁作用,增加材料的脆性断裂去除方式。因此,当Q′w固定时,磨削比能的变化同样受到磨屑厚度和长度两种相反变化共同作用的影响。因此,从能量消耗的角度考虑,采用小的磨削深度和大的工件速度的磨削参数组合有利于降低能耗。
2.5单颗磨粒最大切削厚度的影响
由前面的分析可知,各磨削参数对磨削比能的影响主要取决于单颗磨粒最大未变形切削厚度hmax,因此,将本文钎焊金刚石砂轮高速磨削陶瓷时磨削比能与单颗磨粒最大未变形切削厚度的变化情况用图8来表示。由图8可以看出,hmax从1.7μm增大到4μm时,磨削比能迅速减小,磨削比能从17J/mm3迅速减小到5J/mm3;当hmax继续增大时,磨削比能减小趋势变缓,并逐渐趋向平稳。图8中曲线是根据实验数据得出的磨削比能与单颗磨粒最大未变形切削厚度的关系,用方程可以表示为
其中,A、B为常数,其拟合值见图8,该结果和文献[15]得到的关于磨削比能与单颗磨粒最大未变形切削厚度的结果是一致的。
本文高速磨削的磨削比能与文献[8]在磨削速度80m/s以下磨削的磨削比能对比如图9所示。由图9可见,当hmax大于4μm时,本文高速磨削的磨削比能变化与文献[8]的磨削比能变化情况是一样的:磨削比能平稳地减小,磨削比能较小,基本都小于5J/mm3。
与文献[1,2,3,4,5,6,15]中采用电镀金刚石砂轮和树脂结合剂金刚石砂轮磨削陶瓷时的磨削比能相比,尽管采用的砂轮和磨削条件不同,得到的磨削比能的大小和变化范围也不一样,但可以发现,当在相同的单颗磨粒最大切削厚度时,磨削比能的变化范围相差不多,基本的变化规律与式(3)所表示的磨削比能与单颗磨粒最大未变形切削厚度的结果是一致的。
3 磨削比能的分配机理分析讨论
在金刚石砂轮磨削工程陶瓷的过程中,工件材料在金刚石磨粒的作用下以脆性断裂或者塑性变形方式被去除,因此磨削能量主要可能消耗在工程陶瓷的断裂能、磨屑的动能以及金刚石与陶瓷工件之间的滑擦和耕犁等几个方面。因而,对于磨削比能的研究需要了解哪一方面是磨削过程中能量消耗的主要因素,通过对这些影响因素的分析才能揭示磨削过程的加工机理,也为磨削热的主要来源提供理论分析基础。下面分别计算可能消耗磨削能的几个方面所消耗能量的情况以及所占的比例,分析在工程陶瓷磨削过程中能量的主要消耗方式。
3.1工程陶瓷的脆性断裂能
磨削过程中可通过计算脆性断裂表面积与材料单位面积的断裂能的乘积来估算工程陶瓷脆性断裂能的大小[15,16]。为了简化分析,可将工程陶瓷的磨屑看成半径为rc的小球体,则可得到单位体积断裂能Uf的计算式:
式中,Ac为去除单位体积材料所产生的磨屑表面积;γ为工程陶瓷材料的断裂表面能;Gc为工程陶瓷形成裂纹的能量释放率。
对于工程陶瓷磨屑,最小颗粒的尺寸取其半径rc(约1μm),实际上加工后大部分磨屑的尺寸远远大于这一尺度。根据式(4)可计算出氧化铝陶瓷的单位体积断裂能Uf为0.0615J/mm3,这一数值不超过实际磨削比能(图8和图9)的5%。可见,磨削过程中,材料脆性断裂消耗的能量只占磨削比能的很小一部分,实际加工中的磨削能量应该消耗在其他方面。
3.2工程陶瓷的磨屑动能
假设磨削过程中单位时间内所有的工程陶瓷磨屑全部以速度vch飞出,则单位体积磨屑消耗的动能Uch为[15]
式中,m为工程陶瓷磨屑的质量;b为磨削宽度,实验中为工件的宽度;ρ为工程陶瓷的密度。
假设磨削过程中工程陶瓷的磨屑飞出的速度vch=120m/s,由式(5)可以计算出氧化铝陶瓷的磨屑动能也仅为Uch=0.0266J/mm3,远小于实际的磨削比能,可见,这一部分的能量消耗是可以忽略不计的。
3.3塑性耕犁消耗磨削功率的分析
由以上分析可见,工程陶瓷磨削过程中虽然工件材料一般是以脆性断裂和塑性变形两种方式去除,但是以脆性断裂方式去除材料所消耗的能量很少,所以大部分磨削能量应该是消耗于磨削过程中的金刚石磨粒对陶瓷工件的滑擦、塑性耕犁过程。因此,研究磨削过程的能量消耗就很有必要结合金刚石磨粒的耕犁面积进行分析。为了研究磨削功率与磨粒耕犁面积之间的关系,这里引进两个参量[15,16]:单位宽度磨削功率Pm与单位时间单位宽度内金刚石颗粒两侧耕犁面积Sw,它们可以分别由以下公式计算得出:
式中,lc为砂轮与工件的接触弧长;Ag为单颗磨粒耕犁的两侧面面积。
由式(6)和式(7)计算本文钎焊金刚石砂轮高速磨削氧化铝陶瓷时单位宽度磨削功率Pm和单位时间单位宽度内金刚石颗粒耕犁面积Sw的关系如图10所示,可以看出,Pm随Sw的增大而增大,并且显示出较好的单调线性增长关系。
根据Pm与Sw的关系曲线,文献[12,15,16]认为,在脆性材料的磨削加工中,Pm与Sw的关系可由下式来表示:
其中,Js与Bp为常数。如果忽略截距Bp的影响,并假定所有的磨削能都是由塑性耕犁引起的,那么斜率Js就可以认为是单位耕犁面积上所消耗的能量。而磨粒耕犁工件材料过程中消耗的能量实际上包含工件材料塑性变形去除和金刚石磨粒与工件间滑动摩擦所消耗的能量,因此,Js也可以视为是与磨粒和工件间滑动摩擦相关的表面能量。Js越大,意味着磨削过程中消耗的摩擦能越大,也就意味着需要消耗的功率也越大。图10中Js的最小值(8.34×103J/m2)远大于氧化铝陶瓷材料的断裂表面能(γ=20.5J/m2),进一步说明耕犁所消耗的能量占绝大部分。由图10还可以看到,逆磨时的Js要比顺磨的Js大,说明逆磨时摩擦消耗的能量比顺磨消耗的能量更多。
4 结语
本文在砂轮线速度90～120m/s下,采用钎焊金刚石砂轮进行氧化铝陶瓷高速磨削的试验研究,得出以下的结论:
(1)增大磨削深度、工件速度以及材料的去除率,减小砂轮线速度,将导致单颗磨粒最大未变形切削厚度变大,从而使磨削比能降低。
(2)磨削比能随着单颗磨粒最大切削厚度的增大而减小,并逐渐趋向一个稳定值。磨削比能受单颗磨粒最大切削厚度的直接影响。
(3)磨削过程中,以脆性断裂方式去除材料所消耗的能量所占的比例小,能量大部分消耗于金刚石磨粒对陶瓷工件的滑擦与塑性耕犁。单位宽度磨削功率Pm与单位时间单位宽度内金刚石颗粒耕犁面积Sw有良好的线性关系。
解析超高速磨削砂轮技术发展 篇2
1 超高速磨削的优点
超高速磨削不仅可以对超硬材料进行加工, 而且也可以对高塑性材料进行加加工, 同普通磨削进行比较, 其具有以下优点。
(1) 在磨削过程中可以大幅度的提高加工效率, 并且可以减少磨床的数量, 磨削速度与磨削技术发展关系密切, 同时磨削效率也一直都是磨削技术发展的重点内容, 通过五十多年的发展, 磨削去除率已经提高了近百倍。
(2) 降低磨削力, 提高精准度。磨削过程需要磨削力对其进行反映, 超高磨削可以大幅度减少磨削力, 实际应用表明, 当进给量固定时, 磨屑变薄, 加工精度将会提高。砂轮的线速度速度变大, 因此在单位时间内粒数也将会变得更多, 单颗磨粒承担的磨削力将会下降, 而提高磨削速度, 工件面与砂轮之间的摩擦区将会有最初的固态逐渐转变为液态, 有效的降低磨削力。
(3) 提高了工件表面的光滑度。磨削速度的提高对于提高工件表面光滑度和质量有着重要作用, 同时也应当降低每颗磨粒切削厚度。提高磨粒在磨削区域内的移动, 并且加快了工件进给速度, 从而使磨削区得以快速与工件表面发生脱离, 降低相应温度, 减小工件表面上的余力。同时砂轮线速度的不断提高, 可以有效的降低单颗磨粒去除工件材料时犁两侧隆起的面积比沟槽横截的面积的值, 使磨削表面变得更加光滑, 提高工件质量。
(4) 减低成本, 提高社会效益。超高磨削能够降低成本, 提高社会效益主要因为其主要以下优点:高生产率、加工工序简单、加工时间合理、人员和设备投入低、产生的污染小。
2 超高速磨削砂轮
2.1 自动平衡
自动平衡在超高速磨削的砂轮系统中有着重要作用, 超高速磨削砂轮在工作中即使存在很小的不平衡也会产生很大的离心力, 导致机床发生强烈的振动, 损坏设备。一般来说, 砂轮自动平衡系统主要由振动控制器、传感器、平衡头等部件组成。传感器的主要作用是对砂轮在旋转过程中产生的信号进行处理, 从而确定不平衡量的相位和大小, 然后利用振动控制器和平衡头对产生的不平衡进行校正, 确保超高速磨削砂轮能够正常运行。气体式、液体式、机械式是超高速磨床中经常使用的三种在线动平衡系统。在线动平衡系统对确保产品质量、提高机床寿命、提高磨床生产力都有着重要作用, 德国、日本德国发达国家在磨床上都应用了在线动平衡系统。
2.2 磨料
立方氮化硼和金刚石砂轮和称为超硬磨砂料, 其是高效和高速磨削的保障。立方氮化硼和金刚石两者的性能上互补。立方氮化硼砂轮可以磨削高韧性、高强度、耐热、淬硬度高的金属材料, 金刚石砂轮则更加善于磨削陶瓷、光学玻璃、宝石等脆性高、硬度高的非金属材料, 两者之间的相互配合为磨削产业带来了福音。目前超硬磨料砂轮已经得到了广泛的应用, 尤其是在较高温度下仍然较稳定并且硬度高的立方氮化硼砂轮, 将其应用在加工产业中提高了经济效益, 同时实现了高效, 节能的目的, 是目前工具的主要发展方向。
超高速磨削中使用的立方氮化硼具有以下特点:
(1) 在高温下具有较高的稳定性, 在标准气压下1300℃环境下立方氮化硼不会发生化学反应, 而金刚石在标准气压下其化学性质的稳定性智能维持在800℃, 由此可见立方氮化硼同金刚石相比耐燃性更强。
(2) 导热系数高, 在磨削过程中如果产生同样的热量立方氮化硼出入工件中的热量要明显低于金刚石, 因此在施工中可以有效的控制空间温度, 同样的冷却条件下, 使用立方氮化硼可以减低工件因为温度过高而受到伤害, 从而提高了工件表面的完整性和精准性。
(3) 比磨削能低, 利用立方氮化硼砂轮在大金属切除中能够实现对工件的保护, 避免工件发生烧伤, 实际加工中可以在确保磨削质量的基础上加大进给速度, 提高生产效率。
2.3 修整砂轮
修整砂轮的目的在于确保砂轮磨粒和几何形状高度的合理。立方氮化硼砂轮, 很难取出砂轮周围表面的立方氮化硼磨粒, 因此需要使用的修正工具可能会发生较大的磨损, 修整费用较高。单层氮化硼砂轮在维修上并不需要像陶瓷或树脂结合剂一样修整。但在精密超高速磨削加工中, 因为磨粒在长期的使用过程中会发生钝化, 磨粒突出高度将会产生变化, 各个磨粒高度将会有差差别, 因此会增大磨削力, 从而使工件的完整性和质量有所下降。此时则需要休整立方氮化硼砂轮。
目前, 休整立方氮化硼的主要方法是接触休整法, 利用传感器系统对休整工具和砂轮的接触进行控制, 在利用修整工具微量进给系统进行微米级进给, 从而使砂轮的形貌达到期望的效果, 确保了加工的精密度。目前, 休整超硬磨料砂轮主要可以分为两类:
(1) 休整工具本身旋转, 例如滚压修整器、金刚石修整滚轮。
(2) 修整工具不不旋转, 例如单排金刚石、金刚石修整笔等。
3 结束语
超高速磨削加工在现代工业中得到了广发应用, 对其进行应用可以大幅度的提高加工的质量, 并且可以提高生产效率, 降低生成本, 提高企业的经济效益。现阶段, 高速磨削技术受到了工业发达国家的高度重视, 但我国在超高速磨削技术上的研究同工业发达国家相比存在一定差距, 因此在日后的发展中, 我国应当加强在高速磨削技术上的研究, 并对其应用进行推广, 提高我国在机械制造产业上的水平。
参考文献
[1]宋贵亮, 巩亚东, 蔡光起.超高速磨削及应用[J].航空精密制造技术, 2011, 6 (03) :16-20.
[2]赵恒华, 冯宝富, 蔡光起.超高速磨削技术在机械制造领域中的应用[J].东北大学学报 (自然科学版) , 2013, 4 (06) :564-568.
凸轮轴高速磨削温度的实验研究 篇3
凸轮轴是汽车、摩托车、内燃机和柴油发动机的核心部件,通过合理设计凸轮轮廓型线可达到控制气门运动的目的,从而实现缸内气体的有效更换。汽车、船舶等产业的迅猛发展使得凸轮轴的需求量越来越大,但随着全球排放法规日益严格和国家新凸轮轴设计标准的出台,燃油系统不断向压力更高、转速更高以及响应更快的方向发展,这对凸轮轴的加工提出了更高的要求。磨削加工技术是现代机械制造业实现精密加工、超精密加工中最有效、应用最广的工艺技术[1],也是凸轮轴加工中最关键的工序环节。国内外研究与实践证明,高速磨削在一定条件下,可以实现质量和效率的完美结合[2],这也是目前凸轮轴加工技术的发展趋势。凸轮高速磨削过程中会产生大量的热量,大部分热量会以热能的形式进入工件,导致磨削弧区的局部温度急剧升高,极大地影响凸轮的表面完整性及其使用性能,甚至引起凸轮表面的热损伤(包括表面的烧伤、裂纹、残余应力等)[3],这将会导致凸轮轴的抗磨损性能降低,抗疲劳性能下降,从而缩短其使用寿命和降低可靠性。
通过研究磨削温度来分析磨削加工过程中的热作用机制,进而改善和抑制磨削热对工具和工件的负面影响,一直以来都是磨削加工技术和减少工件表面磨削烧伤研究的重要内容之一[4]。
对于磨削温度的研究,国内外学者已经做了很多工作,提出了许多假说和理论模型,使用了多种测量方法并获得了大量的实验数据[5,6,7,8,9,10,11,12]。然而,之前关于磨削热的研究主要集中在平面磨削和外圆磨削[13,14,15,16,17],而对于凸轮这种非圆轮廓的磨削热的研究还不多见。
磨削弧区温度的分布研究一般采用实验的方法和数值模拟的方法,但磨削本身的复杂性使得磨削温度的研究更多依赖于实验方法。目前比较成熟的实验测量技术主要包括热电偶技术和热成像测量技术。使用热电偶测量磨削温度往往需要破坏工件的完整性,测量的传热情况不符合实际,影响测得温度的真实性且响应速度慢,因此不适用于温度梯度大的场合[18]。凸轮轴作为典型的非圆轮廓工件,工件厚度不均匀,工件表面磨削温度梯度大,使用热电偶测温法难以测量到整个凸轮表面的温度变化,且在高速磨削过程中,热源对热电偶的作用时间极短难以达到热平衡时的温度。所以,以往常用的热电偶测量方式主要是针对平面磨削或均匀的外圆磨削,而不适用于非圆轮廓工件的磨削温度测量。
热成像技术是采用红外热像仪记录工件表面的温度场分布的,应用该技术测温将得到包括磨削区以外适当距离范围内的整个温度场的图像,具有实时测量表面温度的优点,可以直接读取整个磨削过程的温度场图,热成像技术能在不破坏工件的情况下测量工件表面的磨削温度,适用于测量脆性材料和非导材料、非圆轮廓工件的磨削温度,近些年已在国内外得到广泛使用[19]。
据此,针对非圆轮廓磨削弧区温度测量的特殊要求,本文设计基于红外热像仪的温度测试装置,用于测量凸轮轴高速磨削过程中的工件表面温度,采用正交试验法和单因素试验法相结合的方式设计实验,通过数字功率计测量磨削过程中的实时功率,用超景深显微镜观察已磨凸轮表面,并用MarSurf M300便携式粗糙度仪检测工件表面粗糙度。然后以极差法和方差法分析砂轮线速度、磨削深度、凸轮基圆处工件转速(简称工件转速)等磨削工艺参数对磨削温度的影响规律,进而分析凸轮轴高速高效磨削的可行性。
1 实验
1.1 凸轮轴高速磨削工件表面温度测试实验装置
凸轮轴高速磨削工件表面温度测试实验装置主要由超高速凸轮轴复合磨床、红外热像仪、数据采集系统、数字功率计等组成,如图1所示。超高速凸轮轴数控复合磨床型号为CNC8325,采用西门子840D数控系统,三轴二联动,大砂轮的主轴系统采用内置式电机电主轴(安装有在线动平衡系统),最高转速可以达到10000r/min。磨床使用粒度为120目、浓度为125%的陶瓷结合剂CBN砂轮,砂轮半径为200 mm,砂轮宽度为25mm,砂轮最大线速度为200m/s,采用金刚石滚轮对砂轮进行修整。红外热像仪型号为FLIR SC300-Series,测量范围为-20~1200℃。在实验之前,根据FLIR SYSTEM自带辐射率表推荐值,并通过使用热电偶标定了红外热像仪在同种材料相同磨削情况下的辐射率,确保了温度测量的精确度。为了适应凸轮轮廓多变的特征,设计了可自由活动的红外热像仪安装基座,通过该活动基座可手动实现红外摄像头上下位置、角度等的调节,使其处于最佳测量位置。数字功率计采用的是日本横田生产的WT330系列功率分析仪,采样频率为0.1s,用于测量主轴系统功率。
1.2 实验条件
以型号th465凸轮轴为实验试件,凸轮片宽度为20mm,凸轮轮廓结构如图2所示。开展不同砂轮线速度、工件转速及磨削深度下的磨削弧区工件表面温度正交试验以研究磨削工艺参数对磨削温度的影响规律,为直观揭示单个参数对磨削温度的影响规律,进一步采用单因素试验法进行深入探究,磨削实验条件如表1所示。为了保证每次磨削时的起始条件一致,将第7片凸轮(红外热像仪测量的最佳区域是第7片凸轮)先磨削至同一尺寸,每组实验加工3次,每次磨削5圈,工件表面最高温度取3次加工的算术平均值,同时每进行5组实验砂轮修整一次。
其中,从正交表中选择标准的三因素四水平正交表L16(34)设计实验方案,分别测量16组实验后工件表面磨削温度并观察已磨工件表面,各因素及其水平如表2所示。
2 凸轮轴高速磨削温度实验结果与分析
2.1 磨削温度测试实验结果
在vs=130 m/s,nw=90 r/min,ap=0.010mm条件下,测试结果如图3所示。前面两圈采集到的温度明显小于后面几圈采集到的温度,直到第三圈温度才达到稳定值。主要原因是:在磨削过程中,砂轮与工件接触会发生弹性退让现象,导致实际磨削深度小于设定磨削深度,造成磨削温度未能达到稳定值。而随着磨削的持续,砂轮退让程度会越来越小,实际磨削深度基本达到设定磨削深度。
在磨削进行到第3圈以后,磨削状态基本稳定,可视为理想的磨削温度采集区间。由凸轮磨削第4圈时工件表面温度实时测试结果局部放大图及采集的数据分析可知,在凸轮桃尖两侧位置发生温度突变,其中工件表面最高温度发生在桃尖右侧(从工件顺时针转动方向观察)10°处,伴随着严重烧伤,如图4所示。
2.2 磨削工艺参数对凸轮轴高速磨削弧区工件表面温度的影响
2.2.1 正交试验数据处理与分析
凸轮轴高速磨削弧区工件表面温度正交试验数据与极差计算结果如表3所示,方差计算结果如表4所示。
表3中,分别表示正交表中i因素1、2、3、4水平所对应工件表面最高磨削温度结果的平均值;Ri表示i因素四水平对应工件表面最高磨削温度结果的极差值,即最大与最小的结果平均值之差;分别是关于工件表面最高磨削温度结果的平均值和极差值。
比较表3极差分析的各平均值与极差值Ri可得出,各工艺参数对磨削表面温度的影响程度从大到小依次为磨削深度、砂轮线速度、工件转速。观察表4中方差分析的F值与显著性水平S值,可得出与表3分析一致的结果。
2.2.2 单因素试验数据处理与分析
采用单因素法进行多次试验,探索砂轮线速度、磨削深度及工件转速单个因素对磨削温度的影响进行规律,得到不同磨削工艺参数影响下的凸轮轴表面不同位置(工件表面最高温度、顶圆磨削温度、基圆段磨削温度)磨削温度变化曲线,如图5所示。
1.工件表面最高温度2.顶圆磨削温度3.基圆段磨削温度
由图5a分析可知,当工件转速nw和磨削深度ap恒定时,在60m/s<vs<130m/s的范围内,根据磨削尺寸效应,随着砂轮线速度的提高,滑擦和耕犁阶段接触弧长变长,切向磨削力增加,因此将会消耗更多的能量,同时最大磨削深度增大,热量不容易散发,由此带来了温升。同时,砂轮线速度的提高将导致磨粒划痕的增多,而彼此之间的间距减小。每颗磨粒划过工件,就形成一个新的接触区。单位时间内,在工件移动一个单位距离后,就有成千上万的接触区被建立,而后又被切除,即高速移动的砂轮带走的热量不断增加;当vs增大至130m/s附近某一临界值时,磨削热功率增大所产生的热量与砂轮带走的热量大致相当,此时磨削弧区工件表面温度达到最大,不再升高;当vs>130m/s时,温度开始缓慢下降。
图5b所示为工件转速对磨削弧区工件表面最高温度的影响规律。在砂轮线速度vs和磨削深度ap恒定的条件下,nw增大时,对应的材料去除率将增加,磨削时间缩短,热量在极短的时间内来不及进入工件内部就被砂轮和磨屑带走,所以磨削弧区工件表面温度随着工件转速的增加而有所降低。
由图5c可知,当工件转速nw和砂轮线速度vs恒定时,磨削深度ap的增大将使工件表面出现明显的温升,这是由于ap的增大,使得磨削功率增大,同时磨削接触弧长变长,磨削时所聚集的热量在更深处不容易散发,所以在ap增大时出现了磨削弧区工件表面温度较大幅度上升的现象。
2.2.3 凸轮轴高速高效磨削参数组合下磨削温度及表面粗糙度的变化规律
在正交试验与单因素试验的基础上,为进一步研究高速高效磨削参数组合对磨削温度及表面粗糙度的影响,进行了以下实验。在磨削深度不变的情况下,同比例增大砂轮线速度和工件转速,测量了工件表面磨削温度并采用MarSurf M300便携式粗糙度仪检测了凸轮基圆、顶圆以及升程部分三处的表面粗糙度,绘制了最高磨削温度以及升程部分的表面粗糙度随磨削工艺参数变化的曲线,见图6。
分析图6可知,保持速比不变时,随着工件转速和砂轮线速度的同时增大,磨削温度曲线呈现出先升高后下降的趋势,而表面粗糙度曲线呈现出略有增大的趋势,但变动范围很小。这表明在高工件转速与高砂轮线速度工况下,凸轮磨削工件表面粗糙度的变化不大而磨削温度呈现下降趋势。这一发现对凸轮的磨削加工中实现高效率和高精度具有重要意义。
3 结论
(1)正交试验结果及其极差分析与方差分析表明:对于工件表面最高磨削温度的影响大小排序为磨削深度、砂轮线速度、工件转速。
(2)通过单因素试验发现,磨削温度会随着砂轮线速度的增大先上升后下降,其最大值出现在vs=130m/s附近;磨削深度的增加将导致磨削温度的快速上升;磨削温度会随着工件转速的增大而下降,但影响不显著。
(3)通过开展高速高效磨削实验发现,高转速与高砂轮线速度工况下,凸轮磨削工件表面粗糙度的变化不大而磨削温度呈现先上升后下降趋势。这表明在机床和砂轮允许的情况下,凸轮轴高砂轮线速度与高工件转速磨削具有可行性。
机械制造中超高速磨削技术的运用 篇4
1 超高速磨削机理
德国物理学家早在1931提出了超高速切削理论, 即我们通常所说的萨洛蒙曲线, 按照相关理论, 如果切削速度提高到超高速范围之中, 那么机床的效率会产生较大水平的提高, 切削的超高速表明会具有较高的磨除率, 如果Vs不断增加, 在Vs=100m/s的某个区间中, 磨削力会大幅度下降, 一般要将下降幅度保持在50%左右, 同时, 随着磨除率的上升, 切削水平会产生大幅度下降, 同时, 随着磨除率的不断上升, 表面温度会产生明显下降。磨削厚度在超高速磨削技术中为十分重要的参数, 对超高速磨削中的现象进行明确解释。在其它参数保持不变的条件下, 砂轮速度的提高会导致切削数量的增加和磨削厚度的减低, 在高速切削的过程中, 会造成磨削细薄, 截面积只有普通水平的几十分之一, 最终使磨削水平下降, 在较短的实践内将磨削变形, 具体表现为工件的弹性减小。相关实验证明, 如果使材料的去除率保持不变, 在磨削速度增加的时候, 切向力不断降低, 但是磨削的功率提高, 在磨削速度相同的条件下, 工件去除率随着工件的速度增加而提高, 同时减少了热损伤。
2 超高速磨削的特征
超高速磨削具有较高的加工质量。第一, 磨削效率水平提高。超高速磨削的效率是一般磨削方式的五倍至六倍, 可以在一套工序中完成粗磨和精磨工作, 因为在单位时间中的磨粒数量增加, 会导致磨除率大幅度增长, 相关实验能够证明, 使用砂轮进行超高速磨削, 在砂轮线速度提高220m/s的时候, 金属切除率能够提高1950mm/mms。第二, 材料消耗率较低。主要表现在以下方面, 首先, 砂轮使用周期较长, 使用超高速磨削技术的过程中, 能够减少磨削力, 有效降低磨损率使砂轮的使用周期增加。第二, 减少了冷却液的使用数量, 使用超高速磨削技术的时候, 会使工件表面的温度降低, 减少冷却液的使用。
3 机械制造中超高速磨削的应用
在使用超高速磨削技术的过程中, 如果其它参数为固定值, 会使砂轮速度增加, 降低磨屑的厚度, 工件的精度水平大幅度提高, 在磨削效率不变的条件下, 使用超高速磨削技术能够降低厚度, 提高磨削的速度, 同时磨削力下降, 在磨削过程中产生的变形几率不断减少, 导致加工精度水平上升。第二, 磨削表面的粗糙水平会不断下降, 使用超高速磨削技术, 磨屑的厚度水平下降, 因为切削的速度很快, 工件的进给速度不断提升, 在较高速度的作用下, 磨削区能够很快离开工件的表面, 温度滞后, 使残留应力降低, 最终粗糙度下降。第三, 工件在加工的过程中, 会导致完整性提高, 与传统的磨削方式相比, 使用超高速磨削技术, 能够提高表面质量, 具有较高的精度和光洁度, 在磨削之后, 表面产生的裂纹和振纹较少, 尤其是在对面沟槽进行加工的过程中, 槽宽的精度很高, 工件表面会产生很少的残余应力, 最终使工件获得较好的物理性能和机械性能。例如, 在硬脆材料加工的过程中, 能够实现延性域磨削加工目标, 加工高塑性材料能够有效降低污染水平, 能量消耗少, 噪声污染水平低和加工时间短等。
高效深磨技术在近几年中开始兴起, 此种技术将砂轮高速度和高进给速度的优点相结合, 提高了磨削技术的加工效率, 有助于实现生产量的大幅度增长, 高效深磨技术的特点为在得到较高磨除率的过程中, 降低材料表面的粗糙水平, 因此, 可以将这种技术理解为缓进给磨削技术和超高速磨削技术的融合。
缓进给磨削技术指的是进给速度较低, 只有一般磨削技术的百分之一到千分之一左右, 磨削的深度水平较大, 是一般磨削技术的五倍至七倍, 同时加工的精度水平较高, 因为此种磨削技术具有磨削深度大和进给速度缓慢的特征, 因此, 切削的形状, 工件完整性和力效应水平与一般磨削相比具有较大差异, 能够在多种沟槽和型面中都能够使用, 尤其在金属陶瓷、陶瓷复合材料中具有较大应用价值。
砂带磨削技术指的是在接触轮和张紧轮的外部套上砂带套, 在接触面上施加一定水平的压力, 使砂带表面能够和工件接触, 此种磨削技术在发达国家中有着广泛的使用, 因为应用范围较大, 受到社会各界的广泛关注, 具有散热时间间隔较长、摩擦发热少、工件变形少、工件烧伤少和加工精度水平高的特征。
4 结语
总之, 如果切削速度提高到超高速范围之中, 那么机床的效率会产生较大水平的提高, 切削的超高速表明会具有较高的磨除率。超高速磨削具有较高的加工质量, 磨削效率水平提高。超高速磨削的效率是一般磨削方式的五倍至六倍, 可以在一套工序中完成粗磨和精磨工作。
参考文献
[1]蔡光起, 赵恒华, 高兴军.高速高效磨削加工及其关键技术[J].制造技术与机床, 2004.
[2]李长河, 孟广耀, 蔡光起.高速超高速磨粒加工技术的现状与新进展[J].青岛理工大学学报, 2007.
高速磨削 篇5
1 高速磨削
高速磨削是指砂轮线速度在45米/秒以上的磨削力一法。高速磨削是提高磨削效率的重要途经之一。
1.1 高速磨削的特点:
它与普通磨削相比, 可以提高生效率1~3倍;由于磨削速度的提高, 工件表面在磨粒犁耕后所形成的隆起高度减小, 因而使磨削的表面粗糙度减小;砂轮的寿命提高1倍左右;磨削力下降40%左右, 加工的精度相应也提高。
1.2 高速磨削必须采取的措施:
使用高速砂轮;使用高速磨床;采用自动上料、自动检测装置以减小辅助时间。
1.3 高速磨削的发展与应用
近年来, 国内外高速磨床品种已有外圆磨床、曲轴磨床、凸轮磨床, 轴承磨床、平面磨床, 内圆磨床等。工业发达的国家在推广采用45~60m/s的高速磨削, 80~150m/s的高速磨削已在一些国家开始应用。我国已生产磨削速度为50~80m/s的外圆磨床、凹轮磨床和轴承磨床等。
目前国外高速磨削采用较多的是轴承行业磨削轴承环内外沟, 在发动机行业高速磨削也得到广泛应用, 如, 美国AIM公司磨削V8发动机曲轴连杆颈用高速磨削, 英国的Newall公司高速磨削锻钢4拐汽车曲轴。不少国家磨削曲轴还采用多砂轮高速磨削 (用三、四个, 甚至七、八个砂轮同时磨) , 大大提高了磨削效率。
高速磨削对于多数牌号的钢材是适用的, 但对磨削时易产生裂纹的材料, 如钦合金, 耐热合金则不适用。对于某些材料, 如:不锈钢, 当砂轮线速度高于45m/s时, 磨削效率反而下降。
由于高速磨削对机床、砂轮、冷却和安全技术力一面都有特殊要求, 这将增加机床成本。因此, 目前高速磨削还只是在少数工件上使用。
2 强力磨削
强力磨削是指大进给量或大磨削深度, 以提高金属去除率的力一法。
2.1 主要特点:
它可以代替一部分车削、铣削和刨削等;强力磨削应用适当时, 可以直接从毛坯磨成成品, 粗精加工一次完成;加工效率可提高4~5倍;可以减少加工设备, 节省由于不同加工工序所需要的装卸调整等辅助时间;它不受工件表面条件 (如锈、硬点、断续表面等) 以及材料硬度, 韧性的限制;加工精度和表面粗糙度小。
2.2 强力磨削的应用
目前国内外强力磨削已应用到平面磨、外圆磨等磨床上。强力磨削采用较多的是主轴圆台平面磨床。切入式外用圆磨床及端面外圆磨床。磨床功率73.5~110.3k W;主轴平面磨床最大功率为220.5k W, 可能出现730k W的机床, 生产率达到500~600cm/min, 每小进金属切除率 (270-320) kg, 一次切深最大可达37mm。
强力磨削在兵器工业中也得到了广泛的应用。美国的M60A1中型坦克车体两侧安装12个扭力轴的倾斜基面是与车体底部浇涛在一起的, 用一般切削力一法难以加工, 采用强力磨削解决了加工困难, 是用两合Merairg强力磨床同时在两侧加工, 去除余量为6.35mm, 每台磨床功率为110.25k W, 采用直径为762mm, 厚度为203mm的多级砂轮。
美国华特弗里特兵工厂加工105mm坦克加农炮的炮门握柄采用强力磨削, 毛坯是4340炮钢 (即40GNi Mo A) , 硬度HKC42, 以前采用普通车削、切檀和磨削加工, 需要分五次加工, 时间为75min, 现在用强力磨削一次加工完成, 时间只需7-l0min;175mm野战炮的紧塞轴用力磨削加工, 毛坯为4340钢锻体, 一般加工力一法需车直径、车檀和倒角, 时间为3小时巧分钟, 改用强力磨削只需40min, 磨削时所采用的砂轮线速度为38m/s.
3 高速强力磨削
这是具有上述两种磨削特点的方法。
3.1 高速强力磨削的应用
可用于磨削外圆及平面, 主要是用切入式磨削法磨削圆柱形零件外圆型面、沟槽、多直径台阶。可将一般车削及磨削工序合并为一道工序。工件的余量一般在1.3-2.5mm, 表面粗糙度Ra为超过6.3微分, 精度不超过±0.076mm。目前高速强力磨削已在生产中得到一些应用。例如:磨削汽车齿轮轴、转向节、万向节及耐热合金透平叶片根部榫齿轮等。
上述高速磨削及强力磨削多在精密铸造, 锻件的大批量生产或中小批类似零件生产和自动化程度较高的机床上推广使用。
3.2 高速强力磨削的不是及其解决的措施
由于磨削速提高, 功能增大, 出现了振动加剧, 热量增加等问题, 常可采用下列措施来解决。
3.2.1 砂轮力一面主要是提高强度。
a.采用细粒度磨料;b.采用结合性能强的结合剂, 如, 加硼陶瓷结合剂, 硼玻璃结合剂等;c.采用中心孔局部增强砂轮或改变砂轮结构, 如, 无中心孔砂轮和砂瓦组合砂轮。立力一氮化硼砂轮已有应用。砂轮修整多采用金刚石滚轮。
3.2.2 机床力一面主要是加强刚性。
采用静压轴承、静压导轨、改进主轴和床身刚性, 采用砂轮平衡和自动平衡装置。
3.2.3 冷却力一面。
为了粉碎气流采用特殊冷却喷咀, 使气流产生偏析;采用高压冷却, 增加冷却液流量和容量。研究新成份油剂冷却或在水剂中加入添加剂以提高冷却效果。
3.2.4 安全防护力一面普遍是加厚砂轮罩壳厚
度, 采用半封闭或全封闭罩壳, 罩壳内填充塑料, 橡胶衬垫, 采用自动关闭砂轮罩壳等。
结束语
总之, 高速及强力磨削作为一项新兴的加工工艺, 其发展历史还很短暂, 涉及到的相关技术还较多, 存在的难题也较多。但相信在广大科技人员的不断探讨、研究之下, 高速及强力磨削高效率的新兴机械加工工艺会日益完善, 必将广泛地应用于生产实践中。
摘要：高速及强力磨削是在现代机械制造中发展起来的一项先进加工工艺。在保证零件加工质量的前提下, 提高了生产率, 降低了生产成本, 是国内外现代机械加工工艺的主要发展方面方向之一。
高速磨削 篇6
1 高速磨削
高速磨削是一种工作效率比较高的磨削技术, 其有着良好的应用效果, 可以保证磨削的速度, 可以提高机械加工企业的生产效率。高速磨削对磨削的速度有着较高的要求, 在应用的过程中, 需要控制砂轮的速度, 在运行的过程中, 砂轮的速度一般在45m/s左右。这项技术有着较多的优点, 与传统的磨削工艺技术相比, 其可以降低磨削的耗损率, 可以提高生产加工的效率, 应用这项技术可以保证加工的精度, 由于磨削力有所下降, 所以, 对砂轮的消耗也比较小。在应用的过程中, 也存在一定问题, 相关工作人员要控制好磨削的力度, 还要保证工件的光滑性。高速磨削需要应用特殊的工具, 其加工的工艺比较特殊, 在优化的过程中, 要减小辅助的时间, 实现磨削工艺的自动化运行, 还要做好质量检测工作, 这样才能保证高速磨削技术的应用效果。
高速磨削在机械加工行业有着广泛的应用, 很多机械加工企业在对生产工艺进行优化时, 比较重视提高工作效率, 所以, 磨削技术在推广的过程中, 收到了良好的效果, 为了增强这项技术的适用性, 相关工作人员还对高速磨削技术进行了优化, 这增加了技术的种类, 可以保证技术发挥着更大的效用。高速磨削在国外应用的时间比较早, 在发动机行业应用这行技术, 可以提高生产的效率。在磨削的过程中, 其对磨削的材料也有一定要求, 对于耐热合金, 不能采用高速磨削技术, 由于这种材料比较容易出现裂纹, 尤其是在速度比较快的磨削前提下, 会出现较多的质量问题。高速磨削在特殊工件的处理中发挥着重要的作用, 技术人员需要考虑材料的特性, 还要考虑应用的范围, 要降低磨削时砂轮的耗损率, 还要保证操作的规范性, 在机床加工中应用高速磨削技术, 还要保证磨削的精度, 不能只求速度不重质量。
2 强力磨削
强力磨削是指在磨削的过程中, 力度比较大, 磨削的深度也比较大, 在金属加工中有着广泛的应用, 可以对硬度比较大的材料进行切割, 这项技术在应用与推广的过程中, 一定要增加进给量。这项技术可以实现车削与铣削, 由于磨削的力度比较大, 所以, 技术人员一定保证磨削的精度, 要优化工艺流程, 还要改进制作工艺。在强力磨削时, 工作人员需要做好粗加工与细加工两种工作, 在应用的过程中, 要提高工作的效率, 还要降低设备的投入, 控制生产加工的成本, 应用强力磨削技术提高了工件的加工效率, 减少了设备投入, 节省工序也节省了各个工序的辅助工作时间, 并且强力磨削液不会收到材料表面条件以及材料的本身硬度的影响。
目前国内外强力磨削己应用到平而磨、外圆磨等磨床上。强力磨削采用较多的是主轴圆台平而磨床。切入式外用圆磨床及端而外圆磨床磨床功率73.5-110.3k W;主轴平而磨床最大功率为220.5k W, 可能出现730k W的机床, 生产率达到500-600cm/min, 每小进金属切除率 (270-32) kg, 一次切深最大可达37mm。强力磨削在兵器工业中也得到了广泛的应用。美国的M60A1中型坦克车体两侧安装12个扭力轴的倾斜基而是与车体底部浇涛在一起的, 用一般切削方法难以加工, 采用强力磨削解决了加工困难, 是用两合Merairg强力磨床同时在两侧加工, 去除余量为6.35mm, 每台磨床功率为110.25k W, 采用直径为762mm, 厚度为203mm的多级砂轮。
美国华特弗里特兵工) 加工105mm坦克加农炮的炮门握柄采用强力磨削, 毛坯是4340炮钢, 硬度HKC42, 以前采用普通车削、切檀和磨削加工, 需要分五次加工, 时间为75min, 现在用强力磨削一次加工完成, 时间只需7-10min, 改用强力磨削只需40min, 磨削时所采用的轮, 线速度为38m/s。
3 高速强力磨削
3.1 高速强力磨削的应用
高速强力磨削技术是具有上述两种磨削特点的方法, 可用于磨削外圆及平而, 主要是用切入式磨削法磨削圆柱形零件外圆型而、沟槽、多直径台阶。可将一般车削及磨削工序合并为一道工序。工件的余量一般在1.3-2.5mm, 表而粗糙度Ra为超过6.3微分, 精度不超过±0.076mm。目前高速强力磨削己在生产中得到一些应用。
3.2 高速强力磨削的不是及其解决的措施
由于磨削速提高, 功能增大, 出现了振动加剧, 热量增加等问题, 常可采用下列措施来解决。
3.2.1 砂轮方面主要是提高强度。
(1) 采用细粒度磨料; (2) 采用结合性能强的结合剂, 如, 加硼陶瓷结合剂, 硼玻璃结合剂等; (3) 采用中心孔局部增强砂轮或改变砂轮结构, 如, 无中心孔砂轮和砂瓦组合砂轮。立方氮化硼砂轮己有应用。砂轮修整多采用金刚石滚轮。
3.2.2 机床方面主要是加强刚性。采用静压轴承、静压导轨、改进主轴和床身刚性, 采用砂轮平衡和自动平衡装置。
3.2.3 冷却方面。
为了粉碎气流采用特殊冷却喷咀, 使气流产生偏析;采用高压冷却, 增加冷却液流量和容量。研究新成份油剂冷却或在水剂中加入添加剂以提高冷却效果。
3.2.4 安全防护方面普遍是加厚砂轮罩壳厚度, 采用半封闭或全封闭罩壳, 罩壳内填充塑料, 橡胶衬垫, 采用自动关闭砂轮罩壳等。
结束语
高速强力磨削是一种先进的技术, 其可以保证磨削的速度, 也可以保证磨削的强度, 是一种新型的加工工艺, 在机械加工行业有着良好的应用前景, 这种工艺技术在应用与发展的过程中, 也在不断的完善, 应用的范围在不断扩大。高速强力磨削可以保证机械加工的精度, 为了保证应用的效果, 工作人员也要在实践中不断的完善这项技术, 这也有助于促进机械加工行业更好的发展。
摘要：高速强力磨削是一种新型的机械加工技术, 其可以提高磨削的质量, 还可以降低机械加工的生产成本, 在机械加工中有着良好的发展前景。机械加工是制造业的重要组成, 在机械加工的过程中, 企业的管理者一直在追求高效率的生产方式, 在对机械加工技术进行优化的过程中, 需要保证加工的质量, 还要提高加工的效率, 要研究出一种高效的生产方式, 下面笔者对高速强力磨削在机械加工中的发展与应用进行简单的分析, 以供参考。
关键词：高速强力磨削,机械加工,发展,应用
参考文献
[1]刘胜农.探讨高速强力磨削在机械加工中的发展与应用[J].中华民居 (下旬刊) , 2013 (10) .
[2]王勇.高速强力磨削在机械加工中的发展与应用[J].黑龙江科技信息, 2010 (17) .
高速磨削 篇7
在机械制造技术的研究过程中, 相关工作人员将磨削加工技术视作一种古老而自然的制造技术。随着机械制造及其他各个行业的蓬勃发展, 磨削加工技术的应用也备受各方相关人士的特别关注与重视。然而, 在相当长的一段发展时间内, 磨削加工技术在机械制造领域中的应用仍然处于探索研究阶段, 磨削加工过程中的磨削速度也一直处于低速水平。进入20世纪之后, 随着机械制造行业的迅速发展, 相关工作人员对磨削加工的工作效率期望更为具体, 从而开展了有关高速磨削技术的研究与尝试。在高速磨削技术的研究过程中, 工作人员发现, 当磨削速度提升至一定程度时, 磨削温度将呈现出较为显著的上升趋势, 极有可能导致砂轮部件出现明显的失效现象, 或使机械制造加工工件的表面出现磨削烧伤问题, 这在很大程度上制约了磨削速度的提升。针对该问题, 有关研究人员提出了切削速度指标与切削温度指标之间的相关性关系, 即在超高速切削区域内存在一个所谓的“热沟”, 这也正是机械制造领域应用超高速磨削技术的基础与关键。在这一区域内, 切削温度指标会随着切削速度指标的提升而呈现出极为显著的增加趋势, 当达到最大数值后, 切削温度指标会随着切削速度指标的进一步提升而表现出较为显著的下降趋势, 二者对应关系的曲线示意图如图1所示。
2 超高速磨削技术在机械制造领域中的应用优势
相比于常规磨削技术, 超高速磨削技术的生产效率及加工精度更高, 成品表面粗糙度更低, 且磨削磨粒及磨削加工设备的使用寿命更长。在机械制造领域中, 应用超高速磨削技术已成为磨削加工发展的主流方向。具体而言, 超高速磨削技术的主要应用优势可以概括为以下几个方面:
2.1 提高了生产效率
对于超高速磨削技术而言, 在单位时间内, 能够均匀且有效通过超高速磨削工作区的磨粒数量约为常规磨削技术磨粒数量的5~10倍。因此, 在磨削厚度保持恒定的条件下, 采用超高速磨削技术的作业进给度更高。此外, 高速磨削设备在单位时间内所需完成的工作强度也得到了有效控制, 这有利于延长超高速磨削设备的有效使用寿命。
2.2 提高了加工精度
相关研究人员通过试验验证发现, 超高速磨削技术在加工的精密性方面具有显著优势。假设进给量为恒定量, 分别在超高速磨削技术和常规磨削技术变量作用下, 比较2种技术所获得的磨削磨粒厚度情况。结果表明, 在超高速磨削技术作用下, 磨削磨粒厚度相对较低, 具备更加精密的加工精度, 因此, 可将该技术用于对加工精度有特殊要求的机械制造作业中。
2.3 降低了成品表面粗糙度
通过实践和应用发现, 在超高速磨削技术作用下, 获取的加工成品表面比采用常规磨削技术加工的成品表面更加光洁, 说明在机械制造过程中引入超高速磨削技术, 能够显著降低所加工产品的表面粗糙度。
2.4 延长了磨粒和砂轮的使用寿命
正如上文所提到的, 采用超高速磨削技术, 可以显著提高磨削作业阶段的进给度, 这也就使得磨粒平均负担的负荷水平相对于常规磨削技术得到了一定程度的降低。此外, 在超高速磨削过程中, 可以对磨削设备中砂轮的磨削速度进行调整, 从而将砂轮部件的有效使用寿命提升10倍左右。超高速磨削技术一方面提高了磨削磨粒的使用寿命, 另一方面也延长了超高速磨削设备的生命周期, 这就使其在机械制造领域的应用具备了经济性优势。
3 超高速磨削技术在机械制造领域中的具体应用
理论上说, 超高速磨削技术主要是指砂轮以高于150m/s的线速度运行, 来完成机械制造过程中磨削加工作业的技术。从机械制造作业实践的角度上看, 在超高速磨削技术的应用过程中, 假定其他条件均为恒定值, 则砂轮运行速度指标与超高速磨削作业区域范围内单位时间条件下的磨粒数指标存在正比例关系, 即通过提高砂轮运行速度可以提升磨粒数指标。在较高的砂轮运行速度及磨粒数条件下, 超高速磨削过程中, 每一个独立运行磨粒所磨削的厚度指标将有所降低。对于机械制造实际作业而言, 采用超高速磨削技术进行机械制造加工的过程中, 磨粒所对应的截面积指标仅为一般磨削技术所对应截面积指标的几十分之一, 因此, 每一个磨粒所承受的磨削作用力更小, 从而合理降低了磨削过程中的总体磨削力指标。超高速磨削技术一方面能够提高机械制造领域的作业质量和加工精度, 另一方面还能够提高整个磨削过程的可控性和可靠性。
4 结语
综上所述, 在机械制造领域中应用超高速磨削技术一方面能够显著提高磨削加工的作业效率, 另一方面能够确保磨削加工精度的显著提升, 这对于机械制造行业的发展而言无疑有着重要意义。本文针对超高速磨削技术在机械制造领域应用过程中所涉及的相关问题进行了简要分析和说明, 希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
参考文献
[1]陈明君, 董申, 李旦, 等.脆性材料超精密磨削时影响表面质量因素的研究[J].机械工程学报, 2001 (3)
[2]陈明君, 张飞虎, 董申, 等.光学玻璃塑性模式超精密磨削加工的研究[J].中国机械工程, 2001 (4)
[3]牟影, 刘宪伟.有关超高速磨削技术在机械制造领域中的应用分析[J].中国化工贸易, 2013 (1)
[4]王安照.超高速磨削技术在机械制造领域中的应用[J].科技致富向导, 2012 (36)
[5]景然.超高速磨削技术在机械制造领域中的应用[J].科技创业家, 2012 (23)