0 引言

      自20 世紀40 年代起，國（guó）內外的（de）學者就對內冷卻磨削進行了大量研究，這些研究主要集中在開槽砂輪切削液內（nèi）冷卻［1-3］、多孔隙燒（shāo）結型（xíng）砂（shā）輪（lún）切削（xuē）液內冷卻［4-6］、徑向開孔電鍍（dù）CBN 砂輪低溫冷氣內冷卻［7］、徑向（xiàng）開孔（kǒng）砂（shā）輪切削液內冷卻［8-9］等幾個方麵。開槽砂輪切削（xuē）液內冷卻和多孔隙（xì）燒結型砂輪（lún）切削液內冷卻技術較（jiào）為成熟，在生（shēng）產（chǎn）中已經有所應用［5］，但（dàn）是開槽砂輪的開槽（cáo）工藝複雜，成本高，同時在冷卻過程（chéng）中出現冷卻盲區，也無法實現連續冷卻。因此，開槽砂輪內冷卻在生產中應用很少。目前徑向開孔電鍍（dù）CBN 砂輪低溫冷氣（qì）內冷卻和徑向開孔砂輪切削液內冷卻技術尚處於實驗室研究階段，存在（zài）的主要問題是用低溫冷氣冷卻（què）有（yǒu）很好的冷卻效果，但低溫冷氣的抽取、壓縮和密（mì）封等裝置要求嚴格，使配置成（chéng）本很高。因此，磨（mó）削液的冷卻方式在目前還是最主（zhǔ）要的，是冷氣無法取代的。徑向開孔砂輪由於與試件接觸角度較大（dà），因此與試（shì）件的碰撞會產生較大的振動，並且會導致磨損加快，使加工質量不（bú）穩定，砂輪壽命縮短; 開孔砂輪製造困難，難（nán）於批量化生產，同時需要專用設備（bèi），因此成本較高。雖然內冷（lěng）卻磨削存在許多問（wèn）題，但是內冷卻磨削仍被大（dà）多數學者認為是降低磨削區溫度，避免磨削燒（shāo）傷的最有效的冷卻（què）方法，對內冷卻磨削技術的研究具有重要（yào）的理（lǐ）論和現實意義。

      1 內冷卻平麵磨削實驗係統

      本文（wén）主要從兩（liǎng）個方麵研究開孔砂輪切削液內冷卻磨（mó）削，一是降低磨削溫度，避（bì）免磨削燒傷的效（xiào）果; 二是影響內冷卻磨（mó）削加工質量的因素。為（wéi）了達到以上研究的目的，筆者在對內冷卻磨（mó）削技術研究的基礎上，研製了用於M7130 平麵磨床（chuáng）的內冷（lěng）卻平麵磨削驗係統［11］，如（rú）圖（tú）1 所示，該係統在進行磨削加工時，切（qiē）削液從開孔砂輪內部孔道直接（jiē）噴射到磨削區，破壞磨削區的封閉性，提高冷卻效果，降低磨削區溫度（dù），避免（miǎn）磨削燒傷、裂紋，提高磨削加工質量。

      如圖1a 所示，內冷卻平麵磨削實（shí）驗係統主要由供液係統( 供液係（xì）統由（yóu）液箱（xiāng）1、過濾器2、齒輪泵3、溢流閥4 和節流閥5 構成（chéng）) 、砂輪架9、內冷卻砂（shā）輪( 開孔砂輪) 10 等部分（fèn）構成。內冷卻砂輪( 開孔砂輪（lún）) 10 通過砂輪（lún）架（jià）9 安裝（zhuāng）在磨床主軸11 上，試件13 通（tōng）過電磁吸盤（pán）或者夾具( 圖1 中未表示出來（lái）) 安裝在工作台14上。由液箱1、過濾器（qì）2、齒輪泵3、溢流（liú）閥4、節流（liú）閥5構成的（de）供液（yè）係統提供的切（qiē）削液通過旋轉接頭8，再經砂（shā）輪架9 內部孔道進（jìn）入開孔砂輪10 的中心區，在液壓力及離心力作用下沿徑向孔往外噴射，一部分（fèn）切削液直接作（zuò）用在磨削區，進行內冷卻; 一部分切削液被（bèi）砂輪（lún）護罩（zhào）12 遮擋、收集，從外部澆注到磨削加工部位，形成外冷卻。砂輪內部噴射出的切削液最終由積液盤15 收集，並流回液（yè）箱1 進行循環（huán）利用（yòng）。

      2 實驗過程及實驗數據

      磨（mó）削實驗用的試件有4 塊，尺寸為（wéi）60mm ×60mm ×20mm，材料為45 鋼鋼塊。普通砂輪和內冷卻砂輪各一片（piàn），砂輪參數如表1 所示。切削液采用5% 水基磨削（xuē）乳化液，最大（dà）流量為（wéi）125mL /s。

      實驗1: 無切削液空（kōng）轉實驗。其目的（de）是在不通（tōng）切削液的情況下進行砂（shā）輪回轉強（qiáng）度試驗，並觀察係統的幹涉和砂輪振動情況（kuàng）。實驗時，將內冷卻平麵磨削係統安裝在M7130C 平麵磨床上，在不通切削液（yè）的情況下，進（jìn）行砂輪空轉實驗。第一次實驗發現係統振動較大，且伴隨有劇（jù）烈的噪聲。經過分析發現問題在於旋轉接頭的密封麵處潤滑不夠（gòu）充分，因此進（jìn）行第二次實驗時，在（zài）起動電動（dòng）機之前（qián），先通切削液對旋轉接頭密封麵進行潤滑，然後再關閉（bì）切削液，使係統在無切削液的狀態下空轉運行（háng），砂輪連續空轉時間大約5min，運行過程砂輪振動小，係統（tǒng）產生的噪聲也很小。實驗（yàn）表明: 砂輪回（huí）轉強（qiáng）度試驗合格; 內冷卻平麵磨削係統不存在幹涉; 在旋轉接頭潤滑充（chōng）分的情（qíng）況下，係統運行平穩。實驗2: 通切削液空轉實驗。其目的是在（zài）通切削液的情況下進行砂輪（lún）回轉強度試（shì）驗，並觀察切削液流量對砂輪振（zhèn）動的影響，以（yǐ）及霧化（huà）與切削液流量之間的關係。實驗時在無切削液的情況下，起動電動機，待砂輪運轉平衡後，打開切削液開關，調節節流閥，使切削液的流量逐漸增大，當流量很小時，霧化理象明顯（xiǎn），隨切削液流量的增大，霧化明顯減弱。當切削液流量增（zēng）加到最大後，保持流量讓砂輪（lún）空（kōng）轉5min 左右。在（zài）整個實驗過程中，砂輪振（zhèn）動很小，係統產生的噪聲也很小（xiǎo）。實驗表明: 砂輪（lún）回轉強度試驗合格; 切削液的流量變化對砂輪（lún）振動影響很小; 霧化與切削液流量負相關（guān）。

      實驗3: 45 鋼材料磨削實驗（yàn）。實驗目的是比（bǐ）較切削液流量大小對磨削試件磨削燒傷程度的影響。實驗過程: 首先將4 塊60mm × 60mm × 20mm 的45 鋼鋼塊按照圖2 所示的（de）布置方式安裝在電磁（cí）吸盤上（shàng），無切削液啟動砂輪，按（àn）照表2 所示的方案（àn）調整磨削用量，改（gǎi）變切削液（yè）的流（liú）量（liàng），依次完成試件1 ～ 試（shì）件4 的加工。不同流量下加（jiā）工出的試件如圖3 所（suǒ）示，試件1 ～ 試件4的表麵粗糙度分別為Ra0． 1μm、Ra0． 1μm、Ra0． 1μm、Ra0． 2μm。

      實驗4: 內冷卻磨削與外冷卻磨削對比實驗。實驗目的是驗證內冷（lěng）卻（què）磨削在降低磨削溫度，避免磨（mó）削燒傷，提高磨削質量（liàng）方麵的效（xiào）果。實驗過程: 將4 塊60mm × 60mm × 20mm 的45 鋼鋼塊按照圖2 所示的布置方式安裝在電磁吸盤上，無切削液啟動砂輪，按（àn）照表3 所示的磨削用量及切削液流量，完成試（shì）件1、試件2 的內冷卻（què）磨削（xuē）加工; 由（yóu）於外冷效果差，如（rú）果采用與內冷卻相同的切（qiē）削（xuē）液流量( 25mL /s) ，工件表麵將出現嚴重的（de）磨削燒傷，因此在實驗時，外冷卻磨削的切（qiē）削液流量取得較大，取100mL /s。然後卸下內（nèi）冷（lěng）卻磨削係（xì）統，安裝普通砂輪，按照表3 調整磨（mó）削（xuē）用量，完成試件3、試件4 的（de）外冷卻磨削加工。加工（gōng）出的試（shì）件如圖4 所示，試件1 ～ 試件4 的表麵粗糙度分別為Ra0． 1μm、Ra0． 2μm、Ra0． 1μm、Ra0． 2μm。

      3 實驗數據分析及結論

      實驗1、實驗2 表明，由於磨床主軸剛性（xìng）好，采用內冷卻引起的砂輪振動小，運轉平（píng）穩，控（kòng）製好切（qiē）削（xuē）液的流量，可以（yǐ）控製霧（wù）化現象。

      實驗3 表明，內冷卻磨削（xuē）加工時，隨著切削液流量增大，砂輪振動加（jiā）劇，磨削加工表麵粗糙度會受到影響（xiǎng）( 試件1 ～ 試件3 表麵粗糙（cāo）度為Ra0． 1，試件4 為Ra0． 2) 。但是隨著流量的增加，磨削燒傷點逐漸減少，當流量增加到某一數值時，燒傷點消（xiāo）失，如圖3所示。

      實驗4 表明，在相同的磨削用量情況下，采用內冷卻磨削可以明顯改善工件的磨削燒傷( 對比圖4a 和（hé）圖4c 或對比圖4 b 和圖4d) ; 在相（xiàng）同磨削用量的（de）情況下，試件（jiàn）加工前（qián）的表麵粗糙度越（yuè）低，磨削燒傷點越（yuè）少 ( 對比圖4a 和圖4b 或對比圖4c 和圖4d 可知) 。基於上述分析，針對內（nèi）冷卻（què）平麵磨削可得到以下研究結論。1) 與（yǔ）傳統外冷卻磨削（xuē）相比，內（nèi）冷（lěng）卻磨削引起的（de）振動較小，對於磨削加工的（de）表麵粗糙度影響較小，而采用內冷卻可以顯著（zhe）降低磨削（xuē）區溫度，避（bì）免磨削燒傷，因此，在（zài）加（jiā）工精度（dù）要求高、且對磨削燒（shāo）傷比較敏感的工件（jiàn）時，內（nèi）冷卻磨削是避免（miǎn）磨削（xuē）燒傷的一種（zhǒng）實（shí）用、有效的加工方法。2) 內（nèi）冷卻磨削的冷卻作（zuò）用，隨切削液流量的增加而加（jiā）強，但流量增加時，振動會加（jiā）劇，會增大被加工表麵的表麵粗糙度。因此，在采用內冷卻磨削時，切削液的流量不能過大，必須保證其引起的振動在（zài）砂（shā）輪主軸剛性允許範（fàn）圍內，這樣既能達到良好的冷卻效果，避免磨削燒傷，又能保（bǎo）證被加工表麵粗糙度。3) 在內（nèi）冷卻磨削加工中，切削液的（de）霧化（huà）可以通過控製切削液（yè）的流量加以控製，在加工過程中對工人的操作影響不大，隻是在機床設計時需（xū）考慮將水霧控（kòng）製在（zài）一定的範圍內，以利於環保和工人的健康。