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國外高速磨床制造和應用概況

人氣：82發(fā)表時(shí)間：2018-06-20【大 中 小】
　　高速磨削的歷史較長(cháng)，早在上個(gè)世紀四十年代，國外就開(kāi)始試驗高速磨削工藝，到五十年代初已將50m/s的高速磨削應用于生產(chǎn)。據文獻介紹，1958年砂輪線(xiàn)速度已能達到60m/s。高速磨削從上世紀60年代以來(lái)得到較快的發(fā)展，各工業(yè)發(fā)達國家都積極采用高速磨削來(lái)提高磨削效率，美國諾頓砂輪制造公司60年代就制造出砂輪線(xiàn)速度超60m/s的高速砂輪，到70年代逐步提高到90m/s，80年代末已制造出最高線(xiàn)速度為120m/s的高速磨床。日本在上世紀60年代末首先在汽車(chē)和軸承行業(yè)采用高速磨床，到70年代中期已生產(chǎn)和應用線(xiàn)速度達80m/s的高速磨床。80年代以后，隨著(zhù)CBN砂輪的廣泛應用，砂輪線(xiàn)速度更是達到150m/s。目前，磨床砂輪的線(xiàn)速度普遍采用60m/s以上的高速，最高的甚至達到250m/s。德國的高速磨床發(fā)展同樣迅速，該國的BLOHM公司、ELB公司等廠(chǎng)家均大力發(fā)展高速磨床，產(chǎn)品已比較成熟。其中，BLOHM的一臺高速平面和成形磨砂輪轉速達8,000r/min，且各軸向的速度也較高，X軸為40m/min、加速度為3m/s2。目前，CBN砂輪的線(xiàn)速度已達150~250m/s以上。在提高砂輪線(xiàn)速度的同時(shí)，還要提高工作臺的往復速度，如德國B(niǎo)LOHM公司開(kāi)發(fā)的一種用于航空發(fā)動(dòng)機新材料的先進(jìn)磨削技術(shù)，其最大工作臺速度達到200m/min，最大工作臺加速度達到50m/s2，最大切削線(xiàn)速度170m/s，最大主軸轉速為11,000r/min。據稱(chēng)這是國際上第一臺工作臺速度達到200m/min、加速度達50m/s2的平面磨床。該機已投入正常使用，應用前景廣闊。斯來(lái)福臨公司在江蘇太倉的生產(chǎn)基地也生產(chǎn)高速磨床，線(xiàn)速度達到60m/s。德國的居林公司研究開(kāi)發(fā)出把高速磨削和深切緩進(jìn)給磨削結合在一起的高效深切磨削，成倍地提高磨削效率。德國阿亨大學(xué)對高速磨削有系統、深入的研究，最高的線(xiàn)速度達到500m/s的超高水平?？傮w說(shuō)來(lái)，這些工業(yè)發(fā)達國家通用磨床上都普遍采用了60m/s的高速砂輪，并積極研究和推廣線(xiàn)速度超高的高速磨削。
　　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(chēng)為高效深切磨削的方法，這種方法把高速磨削和緩進(jìn)給強力成形磨削結合在一起，采用了特別高的砂輪線(xiàn)速度，同時(shí)采用和緩進(jìn)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(xiàn)速度達到150m/s時(shí)，工件的溫升和60m/s時(shí)是一樣的，采用超高速磨削時(shí)存在一個(gè)臨界溫度，一旦超過(guò)這個(gè)臨界溫度，線(xiàn)速度的提高不會(huì )導致溫升，還有利于在接觸區散發(fā)熱量，反而對工件沒(méi)有熱損傷。由于高效深切磨削有這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因此在國外應用非常廣泛?！?br />   　近年來(lái)，隨著(zhù)工程陶瓷、光學(xué)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(lǐng)域由于這類(lèi)材料的高強度、高硬度和高脆性，給傳統的磨削工藝帶來(lái)了挑戰。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(lèi)材料加工成本非常高。而在此類(lèi)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(jīng)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(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程陶瓷領(lǐng)域的一系列的突破推動(dòng)了相關(guān)新技術(shù)的快速發(fā)展，如長(cháng)效耐磨的氮化硅陶瓷軸承被廣泛應用于各工業(yè)領(lǐng)域以減少摩擦、提高設備性能，再如汽車(chē)用陶瓷催化轉化器在減少汽車(chē)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(zhì)量的情況下，陶瓷是首選材料，它具備了減少維護費用、延長(cháng)了設備使用壽命、減少生產(chǎn)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(guò)程中表面和亞表面區域內易形成裂紋，從而影響了構件的穩定性。再如主軸軸承可采用陶瓷滾動(dòng)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(shí)尺寸穩定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)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(shù)脂或金屬結合劑等。樹(shù)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(lèi)型的砂輪相比，陶瓷結合劑砂輪易于修整。與高密度的樹(shù)脂和金屬結合劑砂輪相比，陶瓷結合劑砂輪可以通過(guò)變化生產(chǎn)工藝來(lái)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(diǎn)，使得修整后的容屑空間大，修銳簡(jiǎn)單，甚至在許多應用情況下可以不修銳。
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