磨削加工的過(guò)去與未來(lái)
一 近2000年來(lái)機(jī)械制造精度,隨著產(chǎn)品性能的不斷提高而發(fā)展。
1770年制造第一臺(tái)蒸氣機(jī)汽缸用的鏜床,所能達(dá)到的制造精度僅為1mm,以后陸續(xù)出現(xiàn)了汽油發(fā)動(dòng)機(jī),柴油發(fā)動(dòng)機(jī),高速齒輪,軸承,第二次大戰(zhàn)后,噴汽發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星相繼發(fā)展,零件制造精度迅速提高,如圓度儀上的標(biāo)準(zhǔn)球,其加工精度為0.01μm機(jī)床,加工表面粗糙度也不斷降低,如生產(chǎn)型高精度外圓磨床相繼出現(xiàn),加工精度,可達(dá)0.1μm,工件表面粗糙度達(dá)Ra0.012μm,金屬材料的發(fā)展與產(chǎn)品發(fā)展也密切相關(guān),最初使用材料主要是低碳鋼和鑄鐵,然而近代制造的燃汽輪機(jī),就必須有耐熱,耐磨,腐蝕全新材料,于是出現(xiàn)了耐熱,耐磨,耐腐蝕及合金鋼復(fù)合材料,陶瓷,在發(fā)展航天飛機(jī),人造衛(wèi)星時(shí),又出現(xiàn)了鈦和鈦合金材料、其它高強(qiáng)度鋼等材料。極限抗拉強(qiáng)度幾乎提高了十幾倍。
所以適應(yīng)新材料各類(lèi)零件的磨削加工。磨床和砂輪的品種,性能也有了進(jìn)一步的發(fā)展。在基本型式的基礎(chǔ)上出了10個(gè)系列,精密高精度型,半自動(dòng)型,斜砂輪型,數(shù)控型,寬砂輪型,多片砂輪型,高速型,多砂輪架型,強(qiáng)力磨削型等。
二 現(xiàn)代機(jī)械加工發(fā)展及各種新型材料的出現(xiàn)
隨著現(xiàn)代機(jī)械加工不斷發(fā)展及各種新型材料的不斷出現(xiàn),對(duì)其加工精度表面粗度要求越來(lái)越高,其相應(yīng)的各種磨削分失不斷出現(xiàn)來(lái)滿足現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展
這些年來(lái),磨削技術(shù)正朝著這個(gè)方向發(fā)展,研制和使用新型的,超硬的磨料磨具開(kāi)發(fā)和推廣,超精密磨削,高效的磨削工藝和研制,應(yīng)用在高精度、高剛度的磨床和磨削加工中。
新型和超硬磨料磨具有:
陶瓷剛玉磨料
陶瓷剛玉磨料經(jīng)過(guò)化學(xué)陶瓷化處理,SG經(jīng)過(guò)晶體瓷膠儀后破碎成顆粒,最后燒結(jié)成磨料,陶瓷剛玉砂輪韌性比普通剛玉砂輪好,其自銳性鋒利性形狀保持及壽命高2—2.5倍,它目前制造成本高,它通常多與白剛玉式棕砂輪混合體,在發(fā)達(dá)國(guó)家這種混合砂輪普遍使用。
人造金剛石
人造金剛石砂輪,由磨料層、過(guò)渡層和基體三部份組成,人造金剛石砂輪用于磨削超高硬度的脆性材料,硬度合金,花崗巖,寶石,光學(xué)玻璃,和陶瓷等。
立方氮化硼砂輪
立方氮化硼砂輪的立方氮化硼顆粒粘在普通砂輪表面只有很薄一層,其磨粒韌性、硬度、耐用度是剛玉類(lèi)砂輪的100倍,適用于高速或超高速及難加工材料,高速綱,耐熱鋼等。它不能用普通切削液,需特殊的切削液。
三 高精磨,小粗糙磨和高速磨削
高精磨小粗糙磨及精密磨削,R0.05-0.1μm
超精密磨削R0.012—0.025μM
鏡面磨削Ra0.012μm以下,它對(duì)磨床精度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,環(huán)境條件,砂輪選擇運(yùn)用和修整,切削液選擇及澆注處理要求較高
高速磨削
強(qiáng)力磨削
強(qiáng)力度磨削一般指以大的磨削深度,進(jìn)行磨削加工如緩進(jìn)行磨削,磨削深度可達(dá)1—30mm為普通磨削100—1000倍,工件進(jìn)給緩慢5—300mm/分鐘,一次或數(shù)次行程中將工件加工至尺寸,工作效率高能獲得較高的加工精度,適合于韌材料(如鎳基合金和淬火硬材料)并特別適合于,成型面和溝槽,難加工材料的磨削加工,并可以從鑄、鍛毛坯,直接磨削加工出符合要求的零件。
高速磨削
大于45m/s以上磨削加工,高速磨削可獲得明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益,50-60m/s,生產(chǎn)效率,可提高30-100%,砂輪耐用度,提高0.7-1,工件表面粗糙度降低50%,當(dāng)前高速磨削線速度達(dá)250m/s,并成功進(jìn)行了500m/s,超高速削試驗(yàn)。
砂帶磨削
砂帶磨削是以高速運(yùn)動(dòng)的,砂帶作為磨具并輔之接觸輪,張緊輪,驅(qū)動(dòng)輪等舊式的磨頭組件對(duì)工件進(jìn)行加工的一種磨削方法。
砂帶由基體,結(jié)合劑和磨粒組成,常用牛皮紙布,尼龍纖維和紙布組合體,砂帶上僅有一層經(jīng)過(guò)精選的粒度均勻的磨粒,通過(guò)靜電植砂,確定磨粒之間的位置,結(jié)合劑常用樹(shù)脂,切削刃具有良好的等高性,材料切除率高,磨砂表面質(zhì)量好。
砂帶磨削發(fā)展非常快,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家砂帶磨削已是磨削加工量的一半左右,與砂輪磨削比,砂帶磨削具有以下特點(diǎn)。
磨削效率高
切除率高,功率利用率高達(dá)700mm3/s, 比常規(guī)車(chē),銑生產(chǎn)率高,是普通切削10倍,普通磨削5倍。
加工質(zhì)量好
加工質(zhì)量好,盡寸精度3μm,表面粗糙度1μm,砂帶磨削已跨入了精磨,系超精密磨削加行列,尺寸精度可達(dá)0.1μm,Ra值可達(dá)0.01μm,即到鏡面效果。
磨削熱、小工件冷硬度與殘余應(yīng)力為砂輪磨削的十分之一,即使干磨也不易燒傷工件而且無(wú)微裂紋或金相組織的改變具有冷態(tài)磨削的美稱(chēng)。
工藝靈活性大適應(yīng)強(qiáng),如平面,內(nèi)外圓和異形曲面等加工。
材料,加工尺寸適應(yīng)范圍廣,可加工金屬,還可以加工皮革,木材,橡膠,塑料,對(duì)不銹鋼,鈦合金,鎳合金,難加工材料更顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前砂輪磨削最大寬度為1米,而寬達(dá)4.9m砂帶磨床已投入使用。
綜合成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投資少操作簡(jiǎn)單,生產(chǎn)輔助時(shí)間少,對(duì)工人技術(shù)要求不高,工作安全可靠。
它有占地空間大,噪聲大,不能加工小直徑深孔,盲孔,柱坑孔,階梯外園和齒輪等砂帶消耗量大。
四 超精度,高剛度磨床和磨削加工中心
超精度高剛度磨床
精密加工心須由高精度高剛度的機(jī)床保證,精密磨床應(yīng)采用油軸承,空氣軸承,磁軸承,靜動(dòng)壓軸承,及靜動(dòng)壓導(dǎo)軌,直線導(dǎo)軌,靜動(dòng)壓絲杠,進(jìn)給機(jī)構(gòu)高建化高精密化機(jī)床結(jié)構(gòu),采用穩(wěn)定性好,抗拉性好,等花崗巖,人造花崗巖,陶瓷,微晶玻璃代替鐵系材料,增加了機(jī)床的剛度等。
磨削加工中心
磨削加工中心具備自動(dòng)交換,自動(dòng)選擇及自動(dòng)修正磨削工具的機(jī)能,一次裝卡即能完成磨削加工,實(shí)現(xiàn)了磨削加工的復(fù)合化與集約化,甚至可實(shí)現(xiàn)無(wú)人化連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn),節(jié)約成本,節(jié)約工裝費(fèi)用,對(duì)機(jī)床高的剛度,熱變形等,進(jìn)一步提高加工精度,磨削加工,中心是當(dāng)今磨削技術(shù)進(jìn)步的主要標(biāo)志,也是磨削加工技術(shù)的發(fā)展方向。
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