1 前言
在高性能磨削或高效深磨中嫉称，由于采用極高的砂輪線速度(100m/s～250m/s左右)進(jìn)行深磨(切深5mm～20mm)挟晒，工件進(jìn)給速度也相當(dāng)高插呜，因而無(wú)論對(duì)機(jī)床和砂輪都提出了很高的要求蟀蛆。對(duì)于砂輪來(lái)說(shuō)友熟，必須具有很高的抗破碎強(qiáng)度、很好的形狀精度保持性以及盡可能高的耐用度男沛，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)離心力的影響和縮短更換砂輪所需的時(shí)間栓占。傳統(tǒng)的陶瓷和樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪已不能滿足高性能磨削的需要，必須采用新型的砂輪以適應(yīng)高速和大切深滞泣。目前國(guó)內(nèi)外在金屬材料的高性能磨削中主要采用單層電鍍CBN砂輪橡彬，另外為了解決單層電鍍砂輪容屑空間比較小的問(wèn)題媳阴，還開(kāi)發(fā)出了一種金屬單層CBN砂輪。以下簡(jiǎn)要討論一下高性能磨削砂輪的基本特征和兩種不同結(jié)合劑形式砂輪的性能特點(diǎn)橄霉。
2 高性能磨削砂輪的基特征本
高性能磨削的效果與砂輪的合理設(shè)計(jì)和使用密切相關(guān)窃爷，而用于高性能磨削的砂輪與普通砂輪有很大區(qū)別。
在正確的使用條件下姓蜂，高性能磨削時(shí)砂輪的磨損非常小按厘，即使在高效深磨的條件下，磨削比也可達(dá)到20000甚至更高钱慢，而且這種現(xiàn)象隨砂輪速度的提高表現(xiàn)得愈加明顯逮京，而速度的提高對(duì)砂輪強(qiáng)度提出了極高要求。高強(qiáng)度和半永久性是高性能磨削砂輪兩個(gè)基本特征束莫。高性能砂輪設(shè)計(jì)應(yīng)遵循三個(gè)原則：(1)安全性好懒棉；(2)加工精度高；(3)良好的磨削性能麦箍。其中安全性是最主要的漓藕。高性能砂輪的安全性很大程度上依賴于基體強(qiáng)度陶珠，對(duì)磨料層強(qiáng)度挟裂、基體與磨料層結(jié)合強(qiáng)度也有很高要求。由于磨料層厚度相對(duì)很小揍诽，砂輪的安全設(shè)計(jì)主要是基體綜合設(shè)計(jì)诀蓉，這也是與普通砂輪設(shè)計(jì)的重要區(qū)別。根據(jù)有關(guān)原則(最大切向應(yīng)力竖枚、疲勞強(qiáng)度劝讯、砂輪全塑性變形)可以確定砂輪的臨界失效轉(zhuǎn)速。另外還要考慮砂輪直徑與主軸轉(zhuǎn)速的合理匹配路棍，對(duì)基體截型應(yīng)考慮多種因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)持乌。
高性能磨削中極高的砂輪線速度和很高的工件進(jìn)給速度相結(jié)合，有可能導(dǎo)致磨削系統(tǒng)振動(dòng)攀叼，因而要求砂輪應(yīng)具有一定的阻尼減振特性硫搏，一般可通過(guò)在砂輪和主軸之間加入阻尼墊或采用阻尼特性好的高分子或復(fù)合材料制作砂輪盤。由于砂輪切除率很大要嘿，故砂輪盤應(yīng)具有足夠的剛性以承受較大的法向和切向磨削力涝调，另外砂輪盤還應(yīng)具有較好的導(dǎo)熱性。鋼和鋁基砂輪盤具有高強(qiáng)度和很好的導(dǎo)熱性或腔，但阻尼特性較差臭器。在實(shí)際的系統(tǒng)中，鋼和鋁基砂輪盤較為常見(jiàn)蔚便，其它復(fù)合材料制作的砂輪盤也有報(bào)道毙玻。
3 單層電鍍和金屬單層CBN砂輪的特點(diǎn)
單層電鍍CBN或金剛石磨料砂輪一般多用于難磨材料的成型磨削，在近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高性能磨削或高效磨削中也得到了廣泛的應(yīng)用。而金屬單層CBN砂輪則是為適應(yīng)高性能磨削的需要淆珊，在最近才發(fā)展起來(lái)的新型砂輪夺饲。這兩類砂輪的共同特點(diǎn)是砂輪形狀精度保持性好，基體一般采用鋼或鋁合金制作施符，因而強(qiáng)度很高往声，適于砂輪線速度極高的場(chǎng)合。
單層電鍍砂輪是將一層磨料通過(guò)電鍍或電沉積獲得的鎳基結(jié)合劑層固定在鋼制基體上戳吝，砂輪的形狀保持性好浩销，成本低，作為半永久性砂輪是自動(dòng)化磨削的最佳選擇听哭。但電鍍砂輪的制造周期較長(zhǎng)慢洋，效率較低，對(duì)電鍍工藝規(guī)范要求嚴(yán)格陆盘。電鍍砂輪制造工藝分外鍍法和內(nèi)鍍法普筹。內(nèi)鍍法砂輪切刃等高性好、型面精度高丰搞、有效磨粒數(shù)多沉沾，因而磨削效率高，特別適用于大切深高性能磨削稚铡。但其制造工藝復(fù)雜革辖、成本高、制造效率特別低旺哀，因而一般傾向于采用外鍍法制造電鍍砂輪查袄。外鍍法制造工藝簡(jiǎn)單、成本低恤朝，但外露切刃參差不齊仓泣，初始有效磨粒數(shù)僅為5%～10%；磨削效率低棕虫，初始型面精度不易提高苏涧，而且砂輪耐用度低，磨料損失嚴(yán)重录切。改進(jìn)外鍍砂輪制造工藝炎剿，提高砂輪制造精度和改善磨粒等高性，是目前電鍍砂輪制造中主要研究的問(wèn)題蓝角。
電鍍砂輪在使用是阱穗，一般不必像樹(shù)脂或陶瓷結(jié)合基砂輪那樣進(jìn)行修整，可直接投入使用使鹅。另外揪阶，由于單層電鍍CBN砂輪的基結(jié)合基與磨粒和基體之間沒(méi)有化學(xué)結(jié)合做用昌抠，單個(gè)磨砂大部分體積(60%)被電鍍基合基包裹，因而磨粒間的容屑空間受到限制鲁僚，影響了磨除率的竟一步提高炊苫。
金屬單層CBN砂論則是同過(guò)一種熔焊工藝將一層磨料固定在鋼制基體上，結(jié)合劑與基體和磨料之間主要靠化學(xué)結(jié)合力結(jié)合在一起冰沙，在某些方面比單層電鍍砂輪顯示出優(yōu)越性侨艾。金屬單層砂輪結(jié)合劑是活性很高的金屬合金，因而磨粒被包裹體積較小拓挥，磨粒尺寸的80%露出結(jié)合劑界面唠梨，而不會(huì)發(fā)生脫落。由于其相應(yīng)的容屑空間較大侥啤，可獲得較高的磨除率当叭，磨削力相對(duì)而言也比較小。下圖為兩種砂輪磨粒結(jié)合形式對(duì)比弦蜀。
單層電鍍砂輪的主要優(yōu)點(diǎn)如前所述是磨削前不需修整室午，安裝后可直接投入使用；其主要的缺點(diǎn)是當(dāng)磨粒在使用中逐漸鈍化后栋负，磨削力逐漸增大孔菱，進(jìn)一步加劇磨粒磨損，有可能造成工件表面熱損傷邻因。另外季础，由于安裝后不進(jìn)行修整擅盏，因而砂輪在機(jī)床上安裝要求很高耽暖，無(wú)論軸向和徑向都要保證很高的安裝精度，對(duì)于高性能磨削纹硼，這尤其重要英胖，因?yàn)榭赡艿陌惭b誤差(以及砂輪本身制造誤差)會(huì)影響加工精度，并有可能造成轉(zhuǎn)動(dòng)力的不平衡使磨削力波動(dòng)壶缚，引起振動(dòng)皿港，使磨削條件惡化。磨粒是布敷在砂輪基體上的溉奕，砂輪的形狀精度因而受到基體(鋼芯)精度和電鍍植砂工藝的限制褂傀。用較細(xì)粒度的磨粒相對(duì)來(lái)說(shuō)可獲得較高的形狀精度，但由于砂輪單位面積的磨粒數(shù)增多加勤，磨粒間容屑空間減小仙辟，磨削力增大。因而鳄梅，要獲得高的磨除率叠国，一般應(yīng)采用粒度較大的磨粒丑孩。
對(duì)于MSL砂輪壹瘟，在安裝后可通過(guò)常規(guī)的金剛石滾輪微量修整改善砂輪的形狀精度，因而其安裝精度要求相對(duì)來(lái)說(shuō)就可以低一些。而且由于其容屑空間相對(duì)較大约绒，磨削液也易于進(jìn)入磨削區(qū)，為進(jìn)一步提高高效深磨的磨除率提供了條件几苍。對(duì)單層電鍍CBN砂輪蚀浆，國(guó)外也嘗試過(guò)用專門設(shè)計(jì)的裝置對(duì)砂輪表面進(jìn)行余量極小的微量修整，即所謂剃修香追，目的僅在于改善砂輪表面的平整性条舀，獲得較低的表面粗糙度。但這往往會(huì)造成磨削力增大杰赴，工件有可能發(fā)生燒傷喇坊。
4 兩種砂輪的磨削性能
單層電鍍CBN砂輪在普通磨速下磨削時(shí)，當(dāng)砂輪磨粒磨損鈍化后便金，磨削功率將顯著上升知掉。相應(yīng)地，磨削效率断克、加工精度及加工表面完整性都要受到影響戈般；但在高性能磨削中，由于砂輪線速度極高(150m/s左右)抑琳，在磨除率不變的情況下候塞，高的砂輪線速度使單位時(shí)間投入磨削的磨粒顯著增加，單顆磨粒未變形切屑厚度減薄果嗜，磨削力降低季键，磨粒承受的沖擊和磨損減小。有關(guān)的試驗(yàn)研究已經(jīng)證實(shí)补颗，即使在深磨以及較高的進(jìn)給速度下可都，如果砂輪線速度足夠高，則砂輪壽命可獲極大的提高蚓耽，而且工件不會(huì)出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象渠牲。根據(jù)有關(guān)資料，高效深磨中單層電鍍CBN砂輪的磨削比G值可達(dá)到20000或更高步悠，這在傳統(tǒng)磨削中是難以想象的签杈。
對(duì)于這兩類不同類型砂輪的磨削性能，有一些初步的試驗(yàn)比較鼎兽。對(duì)于同樣粒度(B252)的砂輪答姥，在相同磨除率條件下，單層電鍍砂輪的法向磨削力要比金屬單層砂輪高85%,同時(shí)切向力和總的磨削功率也比較高接奈。
至于砂輪耐用度踢涌，有些文獻(xiàn)估計(jì)金屬單層砂輪要比單層電鍍砂輪高通孽，因?yàn)榻饘賳螌由拜喨菪伎臻g較大，在相同磨除率下睁壁，磨粒承受的磨削力相對(duì)減小背苦，磨損量也要相應(yīng)減少。這還需要進(jìn)一步磨削試驗(yàn)來(lái)證實(shí)癌割。在磨削一些難磨合金時(shí)腋钞，單層電鍍砂輪的磨削比G值要比金屬單層砂輪高一些，可能與結(jié)合劑和工件材料窟怪、磨削液之間的化學(xué)作用有關(guān)肺倾。具體機(jī)理尚不是很清楚，還需進(jìn)一步的研究嫡笔。
實(shí)際上圈咬，對(duì)于高效磨削來(lái)說(shuō)，砂輪耐用度已不是一個(gè)主要的問(wèn)題辞仇。單就單層電鍍CBN砂輪來(lái)說(shuō)鹏汁，其可達(dá)到非常高的磨削比，而且砂輪基體一般是可以重復(fù)使用的板拂，從經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)是完全可行的磕艺。就目前來(lái)看，還是以采用單層電鍍砂輪為主嬉竞，而且其制作工藝也在不斷得到完善光叉。金屬單層砂輪作為一種新概念，工藝及使用各方面尚不成熟挚躯，還需要時(shí)間的考驗(yàn)强衡。
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