超高速磨削通常指砂輪速度大于150m/s的磨削。超高速磨削在歐洲、日本和美國等發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快,被譽(yù)為“現(xiàn)代磨削技術(shù)的最高峰”。國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)將其確定為面向21世紀(jì)的中心研究方向,并進(jìn)行了一些著名的合作研究。超高速磨削可以對硬脆材料實(shí)現(xiàn)延性域磨削加工,對高塑性等難磨材料也有良好的磨削表現(xiàn)。與普通磨削相比,超高速磨削顯示出極大的優(yōu)越性: 大幅度提高磨削效率,減少設(shè)備使用臺數(shù)。如采用電鍍CBN砂輪以123m/s的高速磨削割草機(jī)曲軸,原來需要6個(gè)車削和3個(gè)磨削工序,現(xiàn)在只需要 3個(gè)磨削工序,生產(chǎn)時(shí)間減少65%,每小時(shí)可以加工180件。再如人們以125m/s的速度應(yīng)用普通砂輪高效磨削淬硬低碳鋼42CrMo4,切除率達(dá) 167mm³/mms,比緩進(jìn)給磨削大11倍。 磨削力小,零件加工精度高。速度360m/s以下的試驗(yàn)表明,在一個(gè)較窄的速度范圍(180-200 m/s)內(nèi),摩擦狀態(tài)由固態(tài)向液態(tài)急劇變化,并伴隨著磨削力的急劇下降。筆者在單顆磨粒高速磨削45鋼和20Cr鋼試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),摩擦系數(shù)在臨界速度以下,隨速度的增大而大幅度減少;超過臨界速度后,摩擦系數(shù)卻隨速度的增大而略有增加。 降低加工工件表面粗糙度。在其它條件相同時(shí),33m/s,100m/s,和200m/s的速度磨削時(shí),表面粗糙度值分別為Ra2.0,Ra1.4和Ra1.1µm。 砂輪壽命延長。
在金屬切除率相同的條件下,砂輪速度由80m/s提高到200m/s,砂輪壽命提高8.5倍。在200m/s的速度磨削時(shí),以2.5倍于80m/s時(shí)的磨除率,壽命仍然提高1倍。 1 超高速磨削的發(fā)展 歐洲 歐洲,高速磨削技術(shù)的發(fā)展起步早。最初高速磨削基礎(chǔ)研究是在60年代末期,實(shí)驗(yàn)室磨削速度已達(dá)210-230m/s。70年代末期,高速磨削采用 CBN砂輪。意大利的法米爾(Famir)公司在1973年9月西德漢諾威國際機(jī)床展覽會上,展出了砂輪圓周速度120m/s的RFT-C120/50R 型磨軸承內(nèi)套圈外溝的高速適用化磨床。
90年代初,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了最高速度350m/s的磨削實(shí)驗(yàn)。目前,實(shí)際應(yīng)用中,高速磨削和精密磨削最大磨削速度在 200-250 m/s之間。 德國的Guhring Automation公司1983年制造了功率60kW,轉(zhuǎn)速10000r/min,砂輪直徑400mm的強(qiáng)力磨床。阿亨工業(yè)大學(xué)的目標(biāo)為500m/s的超高速磨床也是該公司制造的。德國CBN砂輪高速磨削的應(yīng)用,一個(gè)典型的例子是加工齒輪輪齒,在155m/s的速度下,以811mm³ /mms的切除率,實(shí)現(xiàn)了對16MCr5鋼齒輪的高效加工。另一個(gè)例子是,采用電鍍CBN砂輪,在300m/s的速度下,以140mm& sup3;/mms的切除率,實(shí)現(xiàn)了對100Cr6高硬度(60HRC)滾動軸承鋼水泵回轉(zhuǎn)輪窄槽的高效加工。瑞士Studer公司也曾用改裝的S45型外圓磨床進(jìn)行280m/s的磨削試驗(yàn)。瑞士S40高速CBN砂輪磨床,在125m/s時(shí),高速磨削性能發(fā)揮最為充分,在500m/s也照常工作。此外 Kapp公司,Schandt公司、Naxa Union公司、Song Machinery公司等也相繼推出了各類高速磨床。 美國 1970年美國的本迪克斯公司曾生產(chǎn)了91m/s切入式高速磨床。1993年,美國的Edgetek Machine公司首次推出的超高速磨床,采用單層CBN砂輪,圓周速度達(dá)到了203m/s、用以加工淬硬的鋸齒等可以達(dá)到很高的金屬切除率。美國 Connectient大學(xué)磨削研究與發(fā)展中心的無心外圓磨床,最高磨削速度250m/s,主軸功率30kW,修整盤轉(zhuǎn)速12000r/min,砂輪自動平衡,自動上料。
目前美國的高效磨削磨床很普遍,主要是應(yīng)用CBN砂輪。可實(shí)現(xiàn)以160m/s的速度75mm³/mms的切除率,對高溫合金 Inconel718進(jìn)行高效磨削,加工后達(dá)Ra1~2µm,尺寸公差±13µm。另外采用直徑400mm的陶瓷CBN砂輪,以150-200m/s的速度磨削,可達(dá)到Ra0.8µm,尺寸公差±2.5-5µm。