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面向21世纪的超高速磨削技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-01-12    浏览次数:123
     磨削加工技术是先进制造技术中的重要领域,是现代机械制造中实现高速加工、精密加工、超精密加工最有效、应用最广泛的基本工艺技术。磨削加工量占机械加工总量的30%~40%。
    高速磨削技术是磨削工艺本身的革命性跃变,是适应现代高科技需要而发展起来的一项新兴综合技术,它集现代机械、电子、光学、计算机、液压、材料及计量等先 进科技成就于一体。随着砂轮强度和机床制造等关键技术的进步,砂轮速度大大提高,目前磨削去除率已猛增到了3000mm3/mm•s,甚至更多,可与车、 铣、刨等切削加工相媲美,尤其近年来各种新兴硬脆材料,如光学晶体、光学玻璃、陶瓷、单晶硅等的广泛应用,推动了高速磨削技术的迅猛发展。国际生产工程学 会(CIRP)已将高速磨削技术确定为面向21世纪的中心研究方向之一。
    砂轮速度高于45m/s的磨削称为高速磨削。现在高速磨削砂轮速度达60~250m/s,工件进给速度为1000~10000m/min。  在砂轮速度为60~120m/s内,  使用普通砂轮, 磨削去除率可达500~1000mm3/mm•s, 在砂轮速度为120~250m/s内,使用CBN(立方氮化硼)砂轮,磨削去除率可达2000mm3/mm•s。德国阿亨(Aachen)工业大学,进行 砂轮速度500m/s为目标的超高速磨削试验,对砂轮与磨削工艺技术进行综合研究。过去认为高速磨削工艺不适合于加工大平面或圆柱形表面精加工,主要用于 沟槽及缺口件磨削及切入磨削,但日本、德国的研究表明,提高磨削速度可明显地改善工件磨削质量,降低磨削力,获得较小尺寸误差及形状误差,提高加工精度。 日本研发的超高速(砂轮速度为160~260m/s)外圆磨床,使用CBN砂轮,可获得圆度误差为1μm,表面粗糙度值Rz=1.2μm的磨削效果。

    一、超高速磨削的特点
    超高速磨削与普通磨削相比具有以下突出优势:
    (1)磨削力小,零件加工精度高。当磨削效率相同时,磨削速度达200m/s时的磨削力仅为磨削速度为80m/s的50%,但在相同的单颗磨粒切除条件下,磨削速度对磨削力影响极小,从而提高加工精度。
    (2)可以得到高质量、低粗糙度值的工件表面。在材料磨除率不变条件下,提高磨削速度可以降低单颗磨粒的磨削深度,从而减小磨削力。降低工件表面粗糙度 值,且在加工低刚度工件时,易于保证加工精度。如果在高速磨削时仍保持原有的磨削力,则可提高进给速度,降低加工时间,提高生产效率。
    (3)可以大幅度提高磨削效率,减小设备使用台数。以往磨削仅适用于精加工,加工精度虽高但加工余量很小。磨削前需安排许多粗加工工序,需配合不同类型的 机床,构成了一个冗长的工艺链。当前高速磨削的材料磨除率已可与车削、铣削相比,为此磨削加工既可作精加工又可作粗加工,这样可大大减少机床种类,简化工 艺流程。对于某些以磨削为最终加工工序的产品来说,高速磨削可以大幅度地降低生产成本及提高产品质量。
    (4)可以大幅度延长砂轮寿命,有利于实现磨削加工的自动化。在磨削力不变的条件下,以磨削速度200m/s磨削时, 砂轮寿命比以80m/s磨削时提高一倍, 而在磨削效率不变条件下, 砂轮寿命可提高7.8倍。砂轮寿命与磨削速度成对数关系增长,使用金刚石砂轮磨削氮化硅陶瓷时,磨削速度由30m/s提高到160m/s,砂轮磨削比由 900提高到5100,有利于实现自动化磨削。
    (5)成功地越过了磨削热沟道的影响,工件表面层可得到残余压变力(对工件稳定性有利)。
 
 
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