高速加工的概念(niàn)是由德國切(qiē)削物理學家Carl.J.Salomon博士於(yú)1931年首先提出,他(tā)發表了著名的Salomon曲線(xiàn),創造性地預言了超越Talor切(qiē)削方程式(shì)的非切削工作區域(yù)的存在,提出如能夠大幅度提高(gāo)切削速度,就可以越過切削(xuē)過程產生的高(gāo)溫死穀而使刀具在超高速區進行高速(sù)切削,從而大幅度減少切削工時,成倍地提高機床生(shēng)產率。
高速磨削(xuē)的機理(lǐ)
在高速磨削加工過程中,在保持其它參數不變的條件下(xià),隨著砂輪速度的大幅度提高,單位時間內磨削區的磨粒數增加,每(měi)個磨(mó)粒切(qiē)下的磨屑厚度(dù)變薄(báo);實驗表明(míng)在高速磨削條件下,磨屑的截麵積僅為普通磨(mó)削條件下的幾十分之一。從而導(dǎo)致了每個磨粒承受的(de)磨削力(lì)大大變小,所以總磨削力大大降低。
若通過調整參數使磨屑厚度保持不變,由於單位時間(jiān)內(nèi)參與切削的磨粒數增加,磨除的磨屑增多,磨削效率(lǜ)會大大提(tí)高。高速磨削(xuē)時,由於磨削速(sù)度很高,單個(gè)磨屑的(de)形成時間極(jí)短。在極短的時間內完成的磨屑的高應變率(可近似認為等於磨削速度(dù))形(xíng)成過程與普通磨削有很大的差別,表現為工件(jiàn)表麵的彈性(xìng)變形層變淺,磨削溝痕兩側(cè)因塑性流動而形成的隆起高度(dù)變小,磨屑形成過程中(zhōng)的耕(gēng)犁和滑擦距離變(biàn)小,工件表麵層硬化及殘餘應力傾(qīng)向減(jiǎn)小。此外,高速磨削時磨粒在磨削區上(shàng)的移(yí)動速度和工件的進給速度均大大加快,加上(shàng)應變率響(xiǎng)應的溫度滯後的影響,會(huì)使工件表麵磨(mó)削溫度有所降低,因(yīn)而能越(yuè)過(guò)容易發生磨削(xuē)燒(shāo)傷的區域,從而極大擴展了磨削工藝參數的應用範圍。
和普通磨削相比,高速磨削有以(yǐ)下特點:
生產效率高。由於單位時間內作用的磨粒數(shù)增(zēng)加(jiā),使(shǐ)材(cái)料磨除率成倍(bèi)增加,最高可達2000mm3/mm·s;,比普通磨削可提高30%~100%。
砂輪使用壽命長。由於每顆磨粒的負荷減小,磨粒磨削時間相應延長,提高了砂輪使用壽命。磨削力一定時,200m/s磨削砂輪的壽(shòu)命(mìng)是80m/s磨削的2倍;磨削效率一定時,200m/s磨(mó)削砂輪的壽命則是80m/s磨削的7.8倍。這非常有利於實現磨削自動化。
磨削表麵粗糙(cāo)度(dù)值低。超高速磨(mó)削單(dān)個磨粒(lì)的切削厚度變小,磨削劃痕(hén)淺,表麵塑性隆起高(gāo)度減小,表麵粗糙度數值降低;同(tóng)時由於(yú)超高速磨削材料的極高應變(biàn)率(可達10-4~10-6s-1),磨屑在絕熱剪(jiǎn)切狀態下(xià)形成,材料去除機製發生轉變,因此可(kě)實現對脆性和(hé)難加工材料的高性能加工。
磨(mó)削力和工件(jiàn)受力變形小,工件加工(gōng)精度高。由於切(qiē)削厚度小,法向(xiàng)磨削力Fn相應減小,從而有利於剛度較差工(gōng)件加工精度的提高(gāo)。在切深相同時(shí),磨削速度250m/s磨削時(shí)的磨削力比磨(mó)削速度180m/s時磨削力(lì)降低近(jìn)一倍。
磨削(xuē)溫度低。超(chāo)高速磨削中磨削熱傳入工(gōng)件(jiàn)的比率減小,使工件表麵磨削溫度(dù)降低,能越(yuè)過容(róng)易發生(shēng)熱損傷的區域,受力受熱變質層減薄,具有更(gèng)好的表麵(miàn)完(wán)整性。使用CBN砂輪200m/s高速磨削鋼件的表麵殘餘應力層深度不足10m。從而極大地(dì)擴展(zhǎn)了磨削工藝參(cān)數地應用範圍。
充(chōng)分利用和發(fā)揮了超(chāo)硬磨料的高硬度和高耐磨性的優異(yì)性能。電(diàn)鍍和釺焊單層超硬(yìng)磨料砂輪是高速磨削首選的磨具。特別是高溫釺焊金屬結合劑(jì)砂輪,磨削(xuē)力及溫度更低,是目前高
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