引言：
       磨削是一種以高速材料去除率獲得較高工件表面光潔度的重要工藝。本研究采用田口實(shí)驗(yàn)法求得AISI D3鋼的平面磨削最佳工藝參數(shù)。利用臥軸矩臺(tái)平面磨床進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，L18正交陣列，輸入變量有砂輪類型、切割深度、工作臺(tái)速度、磨粒粒度和漿液密度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果由S/N比進(jìn)行優(yōu)化并經(jīng)過ANOVA的分析。研究發(fā)現(xiàn)CBN砂輪加工可以獲得較高的MRR，Al2O3砂輪可以獲得較好的表面光潔度；切割深度對(duì)MRR和表面粗糙度影響最大。
       關(guān)鍵詞：平面磨削,MRR，表面粗糙度,田口實(shí)驗(yàn)法,磨料
1 文獻(xiàn)綜述
       1870年P(guān)oole為諾頓公司制造出第一臺(tái)大規(guī)模精準(zhǔn)外圓磨床。根據(jù)S Vulc的研究，硬質(zhì)合金的粗糙度取決于砂輪粒度和切割參數(shù)。PV Vinay 研究發(fā)現(xiàn)干式磨削要比濕磨削能夠獲得良好的光潔度。
       磨削工藝是磨料加工中常見的工藝，金屬去除率和表面光潔度是分別對(duì)應(yīng)數(shù)量和質(zhì)量的重要輸出響應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)金屬去除率最大化，需要最大切割深度，最低工作速度和高砂輪速度。離線質(zhì)量控制的田口實(shí)驗(yàn)法是一種綜合有效的系統(tǒng)，可以減少重復(fù)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)。磨料不僅用于冷卻，還可以增加表面光潔度和MRR并降低工具磨損。本研究利用HSS鉆對(duì)不銹鋼SS304進(jìn)行鉆削加工從而研究其表面粗糙度的優(yōu)化。在干式、濕式、壓縮氣體條件下利用氧化鋁砂輪對(duì)AISI H11鋼進(jìn)行磨削加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓縮氣體加工條件下切割深度的增加和進(jìn)給速率的降低可以顯著增加材料去除率。表面粗糙度隨速度的增大和磨粒粒度的變化（從G46到G60）而降低?？諝獾募尤胗欣诟纳萍庸け砻娴墓鉂嵍?。冷卻液對(duì)切削力沒有太大必要，但可以降低表面粗糙度。隨著速度的增大，表面粗糙度降低；類似地，當(dāng)切割深度增大時(shí)，表面粗糙度也降低。切屑和粘附是工具磨損的主要原因；切割速度是影響表面光潔度最重要的因素。不同冷卻液的使用可以降低表面粗糙度并提高材料去除率。切割速度是外圓磨削中一個(gè)重要的參數(shù)。進(jìn)給速率對(duì)表面粗糙度和金屬去除率有著重要影響。工件材料為陶瓷或鋼材質(zhì)時(shí)，提高砂輪速度可以降低切屑平均厚度并增加砂輪的有效硬度，從而實(shí)現(xiàn)高效的材料去除率。表面光潔度隨砂輪速度的提高而增大。在磨削碳化硅材質(zhì)時(shí)，影響其表面完整性的參數(shù)主要是進(jìn)給速率、切割深度、磨粒粒度等。對(duì)于特定的材料去除率，磨削表面上沿著磨削方向會(huì)產(chǎn)生裂紋。材料去除率較高時(shí)會(huì)發(fā)生顫動(dòng)現(xiàn)象。在限定的材料去除率條件下，SiC砂輪可以用于Si3N4的精準(zhǔn)成形磨削以獲得一個(gè)較好的表面完整性。和溢流冷卻相比，微量潤(rùn)滑（MQL）磨削不需要增大磨削力即可實(shí)現(xiàn)同等水平的材料去除率。CBN MQL磨削在批量生產(chǎn)工藝中也具有可行性。在表面光潔度方面，氧化鋁砂輪要優(yōu)越于CBN砂輪。高效能加工需求的不斷增長(zhǎng)要求較高的切割速率和進(jìn)給速率，但同時(shí)也帶來了較高的切割溫度，從而降低工具壽命，且工件為硬質(zhì)耐熱材質(zhì)時(shí)，切割溫度還會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)此，傳統(tǒng)的冷卻方法就不是很有效；而低溫冷卻則可以顯著降低工具磨損率、尺寸誤差和表面粗糙度。
2 實(shí)驗(yàn)
       利用臥軸矩臺(tái)平面磨床進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；利用秒表計(jì)算MRR；使用Mitutoyo （SJ-210P）計(jì)算表面粗糙度。記錄下每組實(shí)驗(yàn)的MRR和表面光潔度。
2.1 加工裝置
       利用Jones Shipman-540平面磨床加工工件，磨床由一個(gè)滑鞍、框架和一個(gè)立式柱構(gòu)成；滑鞍包括工作臺(tái)；框架包括縱向、橫向、垂直進(jìn)給用的手持砂輪；立式柱包括一個(gè)臥軸和砂輪。磨床驅(qū)動(dòng)為1.5KW的電機(jī)。

圖一：加工裝置

       實(shí)驗(yàn)采用CBN砂輪和氧化鋁砂輪，尺寸均為200*20*31.75mm。利用碳化硅粉末制備磨粉漿。20%、25%和35%的粉漿濃度分別對(duì)應(yīng)800、1000和1200的粒度。加工材料為AISI D3鋼，這是一種高碳高鉻工具鋼。加工材料事先切割成65*30*6的矩形狀。
2.2 參數(shù)

表一：參數(shù)

2.3 L18正交陣列
       本實(shí)驗(yàn)選擇五種不同的工藝參數(shù)。L18正交陣列為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法之一。

表二：L18正交陣列

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟
       用電子秤測(cè)得工件的初重；然后利用CBN砂輪、氧化鋁砂輪和磨粉漿將材料加工出預(yù)期的深度?？偣?8組參數(shù)不同的實(shí)驗(yàn)。利用秒表計(jì)算磨削工件所需的時(shí)間。對(duì)磨削加工處理后的工件再次進(jìn)行稱重。利用公式[MRR＝（Wb－Wa）/t]求得材料去除率。利用Mitutoyo （SJ-210P）計(jì)算加工表面的表面粗糙度。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
       根據(jù)田口實(shí)驗(yàn)法推薦的標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。MRR對(duì)應(yīng)的S/N比和表面粗糙度如表三所示。

表三：觀察表

3.1 對(duì)MRR的影響
       實(shí)驗(yàn)觀察到CBN砂輪加工時(shí)的材料去除率要比氧化鋁砂輪加工時(shí)的材料去除率要大。因此，將CBN砂輪作為磨削工具使用會(huì)導(dǎo)致加工表面的快速磨損從而改善MRR。改善程度的計(jì)算公式如下所示：
改善程度＝
       經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)使用CBN砂輪可以將材料去除率改善10.98%。

       材料去除率隨切割深度增大而增大。MRR隨磨粒粗糙度增大而增大。磨粒粒度越大，材料去除率就越大。當(dāng)漿液濃度為35%時(shí)材料去除率較高；如果濃度降低至25%和20%，材料去除率則降低。
3.2 對(duì)表面粗糙度的影響

       使用氧化鋁砂輪要比CBN砂輪能改善材料去除率24.19%。表面粗糙度隨切割深度增大而增大。工作臺(tái)速度為14.26mm/sec時(shí)表面粗糙度較高。磨粒粗糙度越大，表面粗糙度就越大，從而影響表面質(zhì)量。漿液濃度為20%和25%時(shí)，表面光潔度最佳。濃度大于這兩個(gè)比例時(shí)，表面粗糙度則變大。
3.3 磨粒輔助/冷卻液輔助磨削的對(duì)比
       為對(duì)比磨粒輔助磨削和冷卻液輔助磨削，研究采用氧化鋁砂輪和SS 5200冷卻液進(jìn)行9組實(shí)驗(yàn)操作。

表四：百分率對(duì)比

       從中可以觀察到，當(dāng)使用碳化硅粉漿替代冷卻液時(shí)，MRR平均增長(zhǎng)了16%。

統(tǒng)計(jì)圖五：MRR對(duì)比

3.4 變量分析（ANOVA）
       利用ANOVA預(yù)測(cè)不同工藝參數(shù)對(duì)性能特征的影響比例，每個(gè)因子的影響比例如表5所示。

表五：ANOVA（MRR）

       分析完上述數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，切割深度的影響比例為91.40%，是材料去除率最大的影響因子。

表六：ANOVA（表面粗糙度）

       切割深度參數(shù)在AISI D3鋼磨削工藝中對(duì)表面質(zhì)量的影響程度為64.02%。砂輪類型、磨粒粒度和漿液濃度都是顯著因子，而工作臺(tái)速度則為非顯著因子。
4 結(jié)論
       切割深度是表面粗糙度和材料去除率的顯著影響因子，影響程度分別為63.91和95.84。
       使用CBN砂輪、磨粒粒度為800、漿液濃度為35%，切割深度為0.15切工作臺(tái)速度為8.75mm/sec時(shí)，材料去除率達(dá)到最大。
       使用氧化鋁砂輪、切割深度0.05mm、工作臺(tái)速度8.75mm/sec、磨粒粒度為1200切漿液濃度為25%時(shí)，表面粗糙度達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
       氧化鋁砂輪和CBN砂輪相比，使用CBN砂輪可以是MRR改善10.98%；而使用氧化鋁砂輪則使表面質(zhì)量改善24.19%。
       采用氧化鋁砂輪磨削時(shí)，磨粒輔助磨削工藝要比普通冷卻液輔助磨削能夠改善MRR16%。（編譯：中國(guó)超硬材料網(wǎng)）