【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)展重負(fù)荷磨削、磨削速度已達(dá) 80m/s 及壓力250~500kgf(2500N~5000N)以上使金屬去除率大大提高。冶金行業(yè)近年自國外引進(jìn)不少高效鋼坯磨床外，由冶金部組織東北工學(xué)院，蘇州冶金機(jī)械廠等單位開發(fā)了 YLM－ 1 型雙面立式半自動(dòng)修磨生產(chǎn)線，填補(bǔ)了當(dāng)時(shí)的國內(nèi)空白。重慶特殊鋼廠發(fā)展的鋼坯磨削技術(shù)在生產(chǎn)中經(jīng)過多年考驗(yàn)證明是成功的。在這方面第三砂輪廠已擁有大批量生產(chǎn)高速重負(fù)荷砂輪的技術(shù)能力及生產(chǎn)能力，第三砂輪廠不僅已對 63m/s 250~500kgf 砂輪進(jìn)行了鑒定，而且也已試制了 80m/s 重負(fù)荷砂輪，在磨料方面已采用了粗粒度剛玉，燒結(jié)剛玉及二者混合壓制燒結(jié)產(chǎn)品，得到了用戶歡迎。從磨削科技進(jìn)展看，在高速重負(fù)荷磨削方面由于寶山鋼廠、大冶、大連、長城、齊齊哈爾諸鋼廠引進(jìn)國外許多鋼坯磨床，而促進(jìn)了重負(fù)荷磨削的發(fā)展。 發(fā)展了其 它各種形式的磨削。如磁力研磨 (哈工大 )、砂頁輪拋光磨河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 削 (河北煤建學(xué)院），磨料流加工工藝 (一汽 )，立軸平磨的強(qiáng)力磨削 (東工 )。為了提高磨削效率而積極研究各種磨削液，如對鈦材的加工 (西北工大 )， SM－ 2 化學(xué)合成磨削液 (東工 )，發(fā)展 GL1 系列重力式紙帶過濾機(jī)(上海磨研所 )。而大連組合機(jī)床所研制的多種型號(hào)半自動(dòng)離心式凈化裝置及全自動(dòng)紙帶過濾機(jī)可廣泛應(yīng)用于各種精密磨床，珩磨拋光等。在高效磨齒工藝方面，上海磨床所發(fā)展了用球面蝸杠砂輪磨，重慶大學(xué)在高效磨齒工藝上做了很多工作。 2. 繼續(xù)提高磨削精度、質(zhì)量、發(fā)展超精密磨削 在高精度磨削所需要的磨慶方面，經(jīng)過長期努力，已批量生產(chǎn)供應(yīng)市場。上海機(jī)床廠已有多年生產(chǎn)。北京第二機(jī)床廠的 MG1420E， MG1432E屬于部優(yōu)產(chǎn)品，上海第三機(jī)床廠生產(chǎn)的 MGBA1420 為遠(yuǎn)銷國外的產(chǎn)品，漢江機(jī)床廠的 SGK7303 型為數(shù)控高精度千分尺絲杠磨床， MMB8612 型半自動(dòng)花鍵軸磨床。此外還有絲杠磨床及內(nèi)螺紋磨床及蝸杠磨床等。 提高磨削精度仍是工藝的主要方面，在高精度平面磨削中為了降低由于砂輪不平衡而造成的波紋，已開展試用 CBN 砂輪磨削。立軸平面磨床砂輪對精度及波紋的影響的研究 (杭州機(jī)床廠 )，滾珠 螺母內(nèi)滾邊的磨削精度的研究 (西安交大 )等。 提高表面質(zhì)量與改善磨削表面質(zhì)量情況是重要方面。這方面研究工作進(jìn)行較多的如預(yù)應(yīng)力磨削表面殘余力研究 (華南理工大學(xué) )，磨削燒傷用模糊數(shù)學(xué)法加以預(yù)測 (吉林工大 )或用模糊數(shù)學(xué)方法評定磨削表面質(zhì)量等 (北方工大 )。 隨著集成電路等工業(yè)部門的興起，硅片內(nèi)孔切割用的金鋼石薄片砂輪已成功生產(chǎn)，表面超精密加工的科技工作已在一些研究院所及高校進(jìn)行。 1991 年 5 月沈陽第一機(jī)床廠等單位成功地研制了小徑定心花鍵側(cè)面河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 磨床磨削工藝，為貫徹國家標(biāo)準(zhǔn) GB－ 1144－ 87矩形花鍵連接標(biāo)準(zhǔn)提供了重要技 術(shù)依據(jù)，并且在 1991 年 9月的第二屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)上展出了據(jù)此工藝而研制成功的 MB8712 型立式矩形花鍵孔鍵側(cè)磨床，為今后機(jī)床行業(yè)滑動(dòng)花鍵副及相應(yīng)齒輪副配合質(zhì)量的進(jìn)一步提高創(chuàng)造了有利條件。 3. 繼續(xù)為提高磨削加工過程的自動(dòng)化程度、發(fā)展數(shù)控磨床、附加數(shù)顯裝置及自動(dòng)測量等 我國目前磨床品種雖已達(dá) 400種左右，但對于數(shù)控生產(chǎn)型及自動(dòng)化生產(chǎn)型的產(chǎn)品還感不足，上海重型機(jī)床廠與德國合作生產(chǎn)的 30－ 158 精密尤門導(dǎo)軌磨床，配有自行開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，具有 NC 設(shè)定選擇粗精磨削量，凹凸形狀的磨削功能，已向國內(nèi)外提供了數(shù)臺(tái)產(chǎn) 品。險(xiǎn)峰機(jī)床廠與德國瓦德里希 .濟(jì)根廠合作生產(chǎn) MK84125， MQK84315 型數(shù)控軋輥磨床，提供給武鋼等大型企業(yè)。武漢機(jī)床廠發(fā)展了 MK6430 數(shù)控滾刀刃磨床，精度可達(dá) AA級，無錫機(jī)床廠為滿足噴油嘴大批量、高精度生產(chǎn)而開發(fā)了 WX－ 042A 噴油咀中孔座面自動(dòng)磨床。北京第二機(jī)床廠開發(fā)了 MG1320 數(shù)控外圓磨床和 MGB1420E 高精度半自動(dòng)萬能外圓磨床， MBS1320E 半自動(dòng)高速外圓磨床。此海第三機(jī)床廠的 MGBA 高精度半自動(dòng)萬能外圓磨床，MK1320 數(shù)控外圓磨床， MK2945 數(shù)控立式單柱座標(biāo)磨都為磨加工高度自動(dòng)化增 添了新設(shè)備。沙市機(jī)床工業(yè)公司的生產(chǎn)的 3MZ306 全自動(dòng)軸承溝道超精研機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)而且粗糙度可達(dá) ~。 上海機(jī)床廠、濟(jì)南第四機(jī)床廠分別制造了 H194 數(shù)控端面外圓磨床和J4－ 026 型高精度數(shù)控外圓磨床，還開發(fā)了 MK9020 數(shù)控光學(xué)曲線磨床。在自動(dòng)化軸承環(huán)內(nèi)外圓磨床方面開發(fā)并生產(chǎn)的型號(hào)有 3MZK203B，3MA1410S， MZ208C 等等。在磨床用數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)方面，有北京機(jī)床研究所承擔(dān)、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所參加研制的產(chǎn)品，測量范圍為ф 5~ф河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 180mm，重復(fù)性 1181。m。 4. 發(fā)展超硬磨料 磨削 我國從六十年代人工合成金鋼石，并在其后研制成功立方氮化硼CBN，現(xiàn)在有的工廠已達(dá)到年產(chǎn)金剛石數(shù)百萬克拉的可觀規(guī)模。雖然比不上國外個(gè)別大國已所產(chǎn)數(shù)以千萬克拉計(jì)的人造金鋼石和 CBN，但是國內(nèi)在這方面的進(jìn)展還是相當(dāng)迅速的。一個(gè)重要問題是企業(yè)要對應(yīng)用金剛石及立方氮化硼有個(gè)觀念上的改變，即從極高的磨削比和被磨零件產(chǎn)品質(zhì)量上著眼，推廣使用超硬磨料磨具。國內(nèi)個(gè)別很有遠(yuǎn)見的工廠考慮到含碳類鋼鐵材料的廣泛應(yīng)用，及早引進(jìn)國外較為先進(jìn)的 CBN 生產(chǎn)技術(shù)，這無疑是正確的。 改進(jìn)對超硬磨料磨具的修整，改善對難加工材料的磨削。國內(nèi) 這方面以航天航空部門及其所屬大學(xué)和研究所開展工作較多。例如： 對鈦合金的在削 (南航、浙大 )，高效鈦合金磨削液的研究 (西北工大 )，不同砂輪磨削熱噴焊鎳基合金的效果 (鄭州三磨所 )。 以金鋼石砂輪磨削工程陶瓷材料方面，國內(nèi)近年開展工作較多的如華中理工大學(xué)、東北工學(xué)院、鄭州三磨所、天津大學(xué)等，東北工學(xué)院還和日本關(guān)西大學(xué)對金屬陶瓷磨削研究進(jìn)行了國際間協(xié)作。 M17 鎳基合金的緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削燒傷問題西北工大與沈陽航院聯(lián)合進(jìn)行了研制，另對等離子噴涂碳化鎢高硬材料的磨削進(jìn)行了研究 (東北工學(xué)院 )。 陶瓷結(jié)合劑 CBN 砂輪磨削機(jī)床 導(dǎo)軌問題，多年前在日本東芝機(jī)械等機(jī)床廠開始了實(shí)際有交的應(yīng)用，目前已在上海機(jī)床廠等單位以端面磨削方式得到了很好應(yīng)用，這是鄭州磨料磨具磨削研究所和上海磨床研究所共同進(jìn)行的，沈陽第一機(jī)床廠用 CBN 砂輪對內(nèi)花鍵側(cè)面磨削工藝已成功地通過了部級科技鑒定。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 21 5. 發(fā)展其他形式的磨削以及非金屬材料的削 例如開展了電解研磨復(fù)合加工，用冰層緊固法的電子冷凍磨削加工(沈陽工業(yè)學(xué)院 )，深孔珩磨中的內(nèi)孔表面質(zhì)量，大型精密油缸孔徑的研磨技術(shù) (上海試驗(yàn)機(jī)廠 )等，在一汽開展了磨料流加工，大連理工大學(xué)研究了粘彈磨料加工。煙臺(tái)砂輪廠近幾年先后 研制成功了樹脂結(jié)合劑強(qiáng)力珩磨油石，金鋼石珩磨油石，和蝸桿珩磨砂輪等系列產(chǎn)品，替代了進(jìn)口產(chǎn)品，在推廣應(yīng)用強(qiáng)力珩磨新工藝工作中，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。 在開展石材加工方面，鄭州磨料所研究了菱苦土磨具及其在石材工業(yè)中的應(yīng)用，該所還研究了花崗石拋光方法的合理選擇及拋光機(jī)理的研究。武漢工業(yè)大學(xué)對單顆磨粒犁削石材削量的計(jì)算方面進(jìn)行了研究。大連理工大學(xué)對巖石磨削拋光機(jī)理及工藝做了系統(tǒng)而深入的研究。 玻璃的磨削及拋光，研磨是一個(gè)重要方面，遠(yuǎn)自五、六十年代我國對光學(xué)玻璃的加工主要是研磨進(jìn)行了大量生產(chǎn)上的使用，近十年由于建材工業(yè)和輕 工業(yè)的發(fā)展，玻璃的圓角加工，倒棱加工，斜邊加工 (主要用于制鏡業(yè)，全國已有數(shù)以百計(jì)的制鏡廠和數(shù)以成百上千的金剛石磨削玻璃邊緣的磨床 )也用了大量金剛石砂輪進(jìn)行加工，其中最新例子為輕工部沈陽輕工機(jī)械研究所研制成功的 MB－ 10B 型十個(gè)金剛石砂輪磨頭的玻璃斜邊磨削機(jī)床，已達(dá)到國際上八十年代初技術(shù)水平，于 1991 年 12月通過部級鑒定。 另一種特殊磨削加工為電火花加工與磨料復(fù)合加工，例如營口電火花機(jī)床廠最近推出的產(chǎn)品之一是 DM6350 電火花內(nèi)孔磨床，以銅線做電極磨削各種硬度的金屬小孔。 6. 重視磨削加工的理論研究，積極 開展國內(nèi)外科技交流的協(xié)作 國內(nèi)對磨削加工理論研究是重視的，同時(shí)同樣重視理論研究與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，盡快將研究成果變?yōu)樯a(chǎn)力。由鄭州三磨所和七所高校牽河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 頭，每兩年召開一次磨削及表面質(zhì)量研討會(huì)。 一項(xiàng)雙邊及多邊的國際金屬切削及特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議 IMCC，每兩年舉行一次，迄今在國內(nèi)已舉行了五次，每次都有大量的磨削，方面科研論文在會(huì)上宣讀。 除上述外近十年國內(nèi)學(xué)者及科技人員在美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì) ASME，日本精密工程學(xué)會(huì) JSPE 及其他國際各類學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表了不少篇磨削加工方面的研究成果。特別是在國際上影響更大些的國際生產(chǎn)工 程學(xué)會(huì)CIRP 年會(huì)上發(fā)表了十篇左右的磨削加工科技論文，從而在國際磨削加工學(xué)術(shù)界有了一定的影響。 磨削原理 研究磨具與工件在磨削加工過程中的各種物理現(xiàn)象及其內(nèi)在聯(lián)系的一門學(xué)科。磨削原理的研究內(nèi)容主要包括磨屑形成過程、磨削力和磨削功率、磨削熱和磨削溫度、磨削精度和表面質(zhì)量、磨削效率等，目的在于深入了解磨削的本質(zhì)，并據(jù)以改進(jìn)或創(chuàng)造磨削方法。 磨削原理的研究始于 1886 年，美國的 和磨削過程， 20年之后制訂出正確選擇砂輪類別和砂輪速度的原則；同時(shí)發(fā)現(xiàn)為了提高磨削效率和精度， 必須對砂輪進(jìn)行平衡，并在磨削過程中正確地修整砂輪 (見砂輪修整 )和使用切削液。 1914～ 1915 年，英國的 、磨屑大小和選擇砂輪等問題又作了進(jìn)一步的研究。此后，磨削原理的研究不斷深入。在磨屑形成方面，德國的 的因素進(jìn)行了幾何計(jì)算和研究在 1925 年提出了研究報(bào)告。德國的 萊恩和 ，在20 年代末至 30 年代先后提出了磨削過程中影響磨削力的諸因素，并使磨削力的測量技術(shù)不斷 發(fā)展。從 30 年代起，隨著測量磨削表面溫度實(shí)驗(yàn)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了有關(guān)磨削熱的理論研究。對于砂輪磨削性能的理論研究導(dǎo)致一系列新型高速砂輪的出現(xiàn)發(fā)展了砂帶磨削。由于金剛石和立方氮化硼磨料的應(yīng)用，磨削原理又得到新的發(fā)展。 70 年代以來，應(yīng)用掃描電子顯微鏡對磨削的微觀過程和超精密磨削的機(jī)理作了深入的分析。 1. 磨屑形成過程 磨粒在磨具上排列的間距和高低都是隨機(jī)分布的，磨粒是一個(gè)多面體，其每個(gè)棱角都可看作是一個(gè)切削刃，頂尖角大致為 90176?！?120176。，尖端是半徑為幾微米至幾十微米的圓弧。經(jīng)精細(xì)修整的磨具其磨粒表面會(huì)形成一 些微小的切削刃，稱為微刃。磨粒在磨削時(shí)有較大的負(fù)前角 (見刀具 )，其平均值為 60176。左右。磨粒的切削過程可分 3個(gè)階段。 ①滑擦階段：磨粒開始擠入工件，滑擦而過，工件表面產(chǎn)生彈性變形而無切屑。 ②耕犁階段：磨粒擠入深度加大，工件產(chǎn)生塑性變形，耕犁成溝槽，磨粒兩側(cè)和前端堆高隆起； ③切削階段：切入深度繼續(xù)增大，溫度達(dá)到或超過工件材料的臨界溫度，部分工件材料明顯地沿剪切面滑移而形成磨屑。 圖 11 磨粒的切削過程 (局部放大 ) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 根據(jù)條件不同，磨粒的切削過程的 3 個(gè)階段可以全部存在，也可以部分存在。磨屑的形狀有帶狀、擠裂狀和熔融的球狀等，可據(jù)以分析各主要工藝參數(shù)、砂輪特性、冷卻潤滑條件和磨料的性能等對磨削過程的影響，從而尋求提高磨削表面質(zhì)量和磨削效率的措施。 圖 12 磨屑的形狀 2. 磨削力和磨削功率 磨削時(shí)磨粒受到工件材料變形的阻力以及磨粒與工件表面間的摩擦力，形成磨削力。磨削力可按工件與磨具的相對位置分解為切向分力 Ft，法向分力 Fn和軸向分力 Fa。一般法向分力較大，隨著工件材料和砂輪特性的不同， Fn/Ft=～ 3；當(dāng)采用潤滑性能好的切削液時(shí)，由于摩擦力減少， Fn/Ft 可高達(dá) 4。軸向分力較小，一般可不予考慮。磨削功率Pm(千瓦 )與切向分力 F(N)和磨削速度 (米 /秒 )的關(guān)系如下式： Pm=Ft?v/1000。在特定的磨削條件下，都有一個(gè)最佳磨削力區(qū)間，采用該區(qū)間的磨削力加工可獲得較高的金屬切除率、較小的表面粗糙度和較長的砂河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 輪壽命，因此發(fā)展了在磨削過程中使磨削力按預(yù)定數(shù)值保持恒定的控制力磨削技術(shù)。 3. 磨削熱和磨削溫度 磨削過程中所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)槟ハ鳠帷Ｔ囼?yàn)研究表明，根據(jù)磨削條件的不同，磨削熱約有 60～ 85％進(jìn)入工件， 10～ 30％進(jìn)入砂輪，～ 30％進(jìn)入磨屑，另有少部分以傳導(dǎo)、對流和輻射形式散出。磨削時(shí)每顆磨粒對工件的切削都可以看作是一個(gè)瞬時(shí)熱源，在熱源周圍形成溫度場 。磨削區(qū)的平均溫度約為 400～ 1000℃，至于瞬時(shí)接觸點(diǎn)的最高溫度可達(dá)工件材料熔點(diǎn)溫度。磨粒經(jīng)過磨削區(qū)的時(shí)間極短一般在 ～ 毫秒以內(nèi)，在這期間以極大的加熱速度使工件表面局部溫度迅速上升，形成瞬時(shí)熱聚集現(xiàn)象會(huì)影響工件表層材料的性能和砂輪的磨損。 4. 磨削精度和表面質(zhì)量 大多數(shù)情況下磨削是最終加工工序，因此直接決定工件的質(zhì)量。磨削力造成磨削工藝系統(tǒng)的變形和振動(dòng)，磨削熱引起工藝系統(tǒng)的熱變形，兩者都影響磨削精度。磨削表面質(zhì)量包括表面粗糙度、波紋度、表層材料的殘馀應(yīng)力和熱損傷 (金相組織變化、燒傷、裂紋 )。影響表面粗糙度的主要因素是