国外高速磨床制造和应用概况

人气：82发表时间：2018-06-20【大中小】

　　高速磨削的历史较长，早在上个世纪四十年代，国外就开始试验高速磨削工艺，到五十年代初已将50m/s的高速磨削应用于生产。据文献介绍，1958年砂轮线速度已能达到60m/s。高速磨削从上世纪60年代以来得到较快的发展，各工业发达国家都积极采用高速磨削来提高磨削效率，美国诺顿砂轮制造公司60年代就制造出砂轮线速度超60m/s的高速砂轮，到70年代逐步提高到90m/s，80年代末已制造出最高线速度为120m/s的高速磨床。日本在上世纪60年代末首先在汽车和轴承行业采用高速磨床，到70年代中期已生产和应用线速度达80m/s的高速磨床。80年代以后，随着CBN砂轮的广泛应用，砂轮线速度更是达到150m/s。目前，磨床砂轮的线速度普遍采用60m/s以上的高速，最高的甚至达到250m/s。德国的高速磨床发展同样迅速，该国的BLOHM公司、ELB公司等厂家均大力发展高速磨床，产品已比较成熟。其中，BLOHM的一台高速平面和成形磨砂轮转速达8,000r/min，且各轴向的速度也较高，X轴为40m/min、加速度为3m/s2。目前，CBN砂轮的线速度已达150~250m/s以上。在提高砂轮线速度的同时，还要提高工作台的往复速度，如德国BLOHM公司开发的一种用于航空发动机新材料的先进磨削技术，其最大工作台速度达到200m/min，最大工作台加速度达到50m/s2，最大切削线速度170m/s，最大主轴转速为11,000r/min。据称这是国际上第一台工作台速度达到200m/min、加速度达50m/s2的平面磨床。该机已投入正常使用，应用前景广阔。斯来福临公司在江苏太仓的生产基地也生产高速磨床，线速度达到60m/s。德国的居林公司研究开发出把高速磨削和深切缓进给磨削结合在一起的高效深切磨削，成倍地提高磨削效率。德国阿亨大学对高速磨削有系统、深入的研究，最高的线速度达到500m/s的超高水平。总体说来，这些工业发达国家通用磨床上都普遍采用了60m/s的高速砂轮，并积极研究和推广线速度超高的高速磨削。
　　以立方氮化硼砂轮为代表的高速砂轮的广泛应用为高速磨削的发展创造了条件。上世纪80年代兴起了一种称为高效深切磨削的方法，这种方法把高速磨削和缓进给强力成形磨削结合在一起，采用了特别高的砂轮线速度，同时采用和缓进给磨削一样的大切深，金属去除率比普通磨削高100倍以上，甚至达到1,000倍。如德国居林公司采用CBN砂轮的高效深切磨削，金属磨除率达到惊人的2kg/min。研究试验表明，砂轮线速度达到150m/s时，工件的温升和60m/s时是一样的，采用超高速磨削时存在一个临界温度，一旦超过这个临界温度，线速度的提高不会导致温升，还有利于在接触区散发热量，反而对工件没有热损伤。由于高效深切磨削有这个优点，因此在国外应用非常广泛。　
　近年来，随着工程陶瓷、光学玻璃及半导体硅片等硬脆材料的应用日益广泛，在机械加工领域由于这类材料的高强度、高硬度和高脆性，给传统的磨削工艺带来了挑战。由于磨削温度高、磨削效率低，而且砂轮极易钝化、堵塞而丧失其切削性能，所以此类材料加工成本非常高。而在此类材料的加工中，高速超高速磨削工艺被认为是能够获得高去除率的经济有效的方法之一。砂轮速度的增加能够减小单颗磨粒最大未变形切屑厚度，从而使磨削力减小及表面粗糙度下降，为提高材料的去除率提供了条件。随着科学技术的发展，工程陶瓷领域的一系列的突破推动了相关新技术的快速发展，如长效耐磨的氮化硅陶瓷轴承被广泛应用于各工业领域以减少摩擦、提高设备性能，再如汽车用陶瓷催化转化器在减少汽车废气排放和空气污染方面，起到了重要作用。因此，在需要耐高温、耐腐蚀、耐磨损和减轻质量的情况下，陶瓷是首选材料，它具备了减少维护费用、延长了设备使用寿命、减少生产能耗、减少环境污染等一系列优势。然而，目前陶瓷与金属相比使用范围往往受到限制，主要原因是它具有相对较高的硬度和脆性，加工性能差，它在磨削过程中表面和亚表面区域内易形成裂纹，从而影响了构件的稳定性。再如主轴轴承可采用陶瓷滚动轴承，陶瓷球轴承具有重量轻、热膨胀系数小、硬度高、耐高温、高温时尺寸稳定、耐腐蚀、寿命高、弹性模量高等优点。其缺点是制造难度大，成本高，对拉伸应力和缺口应力较敏感。
　　超高速砂轮可以使用刚玉、碳化硅、CBN、金刚石磨料。结合剂可以用陶瓷、树脂或金属结合剂等。树脂结合剂的刚玉、碳化硅、立方氮化硼磨料的砂轮，使用速度可达125m/s。单层电镀CBN砂轮的使用速度可达250m/s，试验中更是高达340m/s。陶瓷结合剂砂轮磨削速度可达200m/s。同其它类型的砂轮相比，陶瓷结合剂砂轮易于修整。与高密度的树脂和金属结合剂砂轮相比，陶瓷结合剂砂轮可以通过变化生产工艺来获得大范围的气孔率。特殊结构拥有40%的气孔率。由于陶瓷结合剂砂轮的结构特点，使得修整后的容屑空间大，修锐简单，甚至在许多应用情况下可以不修锐。
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