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          南通第二機床有限公司

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          新聞動態

          高速磨削的相關知識點

          發布時間:2022/6/21
            普通磨削砂輪的圓周線速度一般為30~35m/s,當砂輪的圓周線速度提高到45m/s以上時,則稱為高速磨削。采用高速磨削可獲得明顯的技術經濟效益,若將砂輪的圓周線速度從35m/s提高到50~60m/s時,一般生產率可提高30%~100%;砂輪的壽命可提高1倍左右,工件表面粗糙度值可減小約50%,能穩定在Ra0.8~0.4um。
            高速磨削已廣泛應用于各種磨削工藝,無論是粗糙還是精磨,小批量還是大批量生產,都已獲得了良好的效果。
            一、高速磨削的特點
            1)砂輪圓周線速度提高后,單位時間參加磨削的磨粒數量大大增加,若保持每顆磨粒切去的磨屑厚度不變,則可增大進給量,提高金屬切除率。在同樣磨削余量情況下,磨削時間可大大縮短,生產效率顯著提高。
            2)砂輪圓周線速度提高后,若進給量保持不變,則每顆磨粒切去的切屑厚度變薄,磨粒的負荷減小,使每次修整平面磨床砂輪可磨去更多的金屬,從而使砂輪的壽命得以提高。
            3)隨著磨削速度的提高,磨粒切去的切屑厚度減小,每顆磨粒在工件表面上的切痕深度減小,相應地減小了工件的表面粗糙度值。另外,由于切屑厚度變薄,工件上的法向磨削力減小,提高了加工精度。
            二、高速磨削對機床和砂輪的要求
            1.高速磨削對機床的要求
            1)砂輪驅動電動機的功率要相應加大,比普通磨削加大40%~100%。驅動電動機的功率相應加大,有關電氣元件的容量也應相應增大。
            2)正確選擇砂輪主軸與軸承的間隙。由于砂輪的轉速提高后,主軸與軸承之間的摩擦加劇,溫度也升高,易出現因熱膨脹而造成“咬死"現象,因此砂輪主軸與軸承的間隙要適當增大,以保證在熱平衡時的間隙合適;間隙也不能過大,一否則會影響砂輪主軸的回轉精度,間隙可適當增大至0.04~0.05mm。
            3)采用傳動帶卸荷裝置。當傳動帶拉緊時,不致影響主軸間隙的大小,保證主軸的回轉中心不受影響。傳動帶卸荷裝置要精確,避免其回轉時可能產生的振動,從而影響加工面的表面質量。傳動帶卸荷裝置如圖6所示。
            4)強化主軸的潤滑系統,選用粘度較小的2~3號專用主軸油,或采用10%的22號汽輪機油加90%的無水煤油。最好能采用循環冷卻潤滑系統。
            5)由于高速磨削的磨削區溫度高,因此冷卻系統要相應改進。加大磨削液的壓力和流量,能有效地防止工件燒傷,還可以加強對砂輪的沖洗,一般外圓磨床采用流量為25L/min、揚程為3m的切削液泵,高速磨削時可改為流量為45L/min、揚程為5.5m的切削液泵;采用帶空氣擋板的冷卻噴嘴(見圖7),克服高速氣流的影響,將磨削液射人磨削區域;增加磨削液箱的容量,降低磨削液的溫度;對磨削液進行過濾,采用磁過濾系統,最好能采用紙過濾系統,確保磨削液的清潔;機床應具有防磨削液飛濺裝置,最好采用全封閉結構。
            
            圖6傳動帶卸荷裝置
            1-體座;2-帶輪;3、4-墊圈;5-軸承;6-法蘭盤;7-村套;8-錐套;9、10-螺母
            6)加強砂輪的防護罩(見圖8),以防止砂輪意外破裂時傷及人身及設備。增加砂輪防護罩的厚度,比普通防護罩厚度增加40%以上;盡量減小防護罩的開口角,開口角越小砂輪碎裂時碎片飛出區域就越??;在防護罩內設置一層吸能材料,以減小砂輪碎裂時對防護罩殼的沖擊。
            
            圖7帶空氣
            擋板的冷卻噴嘴 l-工件;2-側板;3-橫板
            
            圖8加強的
            砂輪防護罩 l-砂輪覃殼;2-段能層;3-砂輪
            7)機床必須采取有效的防振措施。對高速旋轉部件要經過仔細平衡;傳動帶應長短一致,軸承的間隙要調整合適,加大整個系統的剛性,隔離外來振動的影響。
            2.高速磨削對砂輪的要求
            高速磨削要求砂輪除具有足夠的強度以保證在高速磨削時不致破裂外,還要求平面磨床砂輪具有良好的磨削性能,以獲得高的磨削效率、壽命和良好的表面加工質量。
            (1)磨料高速砂輪主要選用韌性較高的剛玉系列磨料,以棕剛玉(A)應用較為普遍。磨削一般碳鋼和合金鋼時,選用棕剛玉(A)磨料較為理想;磨削球墨鑄鐵材料時,選用棕剛玉(A)或棕剛玉與碳化硅(GC)混合的磨料。
            (2)粒度高速砂輪的粒度大都選用F60、F70、F80,較普通砂輪的粒度細。粒度細,單顆粒負荷相應減小,不易鈍化;磨粒自激脫落比較均勻,砂輪正確的幾何形狀保持性好,切削平穩,砂輪的壽命長。一般精磨時宜選用F70、FS0,有利于提高砂輪的切削力和壽命。加工塑性材料及避免工件燒傷時,宜選用略粗一些粒度的砂輪。當砂輪的線速度大于8i)m/s時,粒度宜選FS0~F1000
            (3)硬度高速砂輪的硬度比普通砂輪的硬度稍低些,一般在J~M范圍內,精磨時宜選軟些的;粗磨和磨削余量大時可選硬些。對于磨削一些不平衡的零件,如曲軸、凸輪軸等,由于不能提高工件轉速來減少表面燒傷,砂輪硬度可適當選軟些。此外,砂輪硬度必須均勻,否則各部分磨粒破裂和脫落不均勻,破壞了砂輪的正確幾何形狀及砂輪的工作平衡性。
            (4)結合劑 高速砂輪多采用硼玻璃陶瓷結合劑。在陶瓷結合劑中加入硼、鋰、鋇、鈣等特殊化學成分,以提高結合劑的強度。
            (5)組織高速磨削時,因進給量加大,砂輪的粒度較細,因此要求砂輪的表面上有一些微小氣孔;以利于磨屑和磨削熱的排除,使磨削效率和砂輪的壽命得以提高。但氣孔不能夠太大,否則使得磨粒不均勻脫落加劇。
            三、高速磨削的工藝參數
            1.砂輪線速度v。
            目前普遍采用50~60mJs,磨削條件好時可達80m/s。
            2.工件速度矽霄
            隨著砂輪速度和進給量的增加,高速磨削時磨削溫度增高,易燒傷工件表面。提高工件速度,可使熱源作用于工件的時間縮短,且減少了工件每轉的進給量,可改善工件磨削表面的燒傷程度。但工件速度太高時,易引起工件、砂輪系統的自激振動,頂尖加速磨損。一般砂輪的線速度與工件的線速度之比在60~100之間。對于細長軸和不平衡的零件,工件速度不宜太高,其比值可取100~250。
            3.軸向進給量
            軸向進給量的大小直接影響磨削效率、砂輪壽命和加工表面質量。當軸向進給量增加時,工件每轉在砂輪寬度上參加磨削的磨粒數目增加,磨削效率提高。但磨削力加大,砂輪的不均勻磨損加劇,易導致工件表面粗糙度值增大。一般可取比在(0.2~0.5)B/r(B為砂輪寬度)。
            4.背吃刀量
            背吃刀量的大小對磨削過程的影響與軸向進給量相似。在選擇背吃刀量時還要考慮機床和工件的剛性以及驅動砂輪的電動機功率能否滿足要求。一般粗磨.無=0.02~0.07mm/d·st,精磨六=0.005~0.02mm/d·st,磨細長軸宜選較小值,磨短粗工件宜選大值。
            高速外圓磨削鋼材時的磨削用量見表7。
                                 表7高速外圓磨削鋼材時的磨削用量

          砂輪速度

          vs/(m/s)

          速比vs/vw

          磨削

          vf/(mm/min)

          縱向磨削

          縱向進給速度vfa/(m/a)

          背吃刀量?a/(mm/d·Bt)

          45

          60-90

          1-2

          0.016-0.033

          0.015-0.020

          50-60

          2-2.5

          0.033-0.042

          0.020-0.030

          80

          60-100

          2.5-3

          0.042-0.050

          0.040-0.060

            四、超高速磨削
            磨削速度在150m/s以上的磨削稱超高速磨削。超高速磨削可大幅度提高磨削效率、延長砂輪壽命和減小加工表面粗糙度值,可以對硬脆性材料實現延性域磨削,對高塑性和難磨材料也有良好效果。
            在超高速外圓磨床上可將毛坯直接磨成曲軸,每1min可磨除2kg金屬。在普通磨削速度下,磨削鎳基高溫合金,磨削效率隨磨除率提高而迅速增加。由于受砂輪磨損和熱損傷的限制,鎳基合金只能在低磨除條件下進行磨削。但在磨削速度大于等于140m/s時,磨削力隨磨除率提高而增加很少,所以進給速度可提高60倍(普通磨削進給速度不超過1m/min),磨除率大大提高,同時不發生熱損傷。
            國外在實驗室已開發出磨削速度為500m/s的超高速砂輪。陶瓷結合劑CBN砂輪磨削速度可達160m/so成形磨削可用金剛石滾輪修整成形,磨削形面精度可達±0.005mm;鋼輪體電鍍CBN砂輪,磨削速度可達80~200m/s;單層高溫釬焊CBN砂輪的材料磨除率高于電鍍CBN砂輪,砂輪磨耗小,壽命長,磨削速度可達300m/s以上;鑄鐵基金剛石微粉砂輪,可用電解在線修整法(FLID)整形,適用于玻璃、陶瓷等硬脆非金屬材料的高速精密磨削。
            五、高速點磨削
            高速點磨削是使砂輪的軸線在水平面內形成一個很小的傾角,這樣砂輪和工件在理論上成為點接觸,這樣不但減少了磨削接觸區的面積,也不存在磨削封閉區,有利于磨削液注入到磨削區。由于磨削接觸區小,切削力也減小,減少了磨削產生振動的可能性,使磨削變得更平穩。
            高速點磨削因磨削接觸區的減小而損失的磨削效率,被提高了的磨削速度來補償。提高磨削速度可充分利用超硬磨料的高硬度和高耐磨性,目前投入使用的磨削速度已達到120~180m/s。由于磨削速度的提高,每粒磨粒的切削厚度下降,減輕了磨粒上的負荷,有利于排屑,提高了砂輪的壽命。還因磨削速度的大大提高,使得磨削時的大量熱量來不及傳導到砂輪和工件上而被切屑帶走,是一種冷態磨削,從而提高了被加工零件的表面質量。
            高速點磨削還因磨削接觸區的減小,可減薄砂輪的厚度,這樣降低了平面磨床砂輪的價格,還減少了砂輪修整的費用。減薄砂輪的厚度減輕了砂輪的自重,還有利于砂輪的質量均勻和砂輪的平衡。
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