0 引（yǐn）言（yán）

      自（zì）20 世紀40 年代起（qǐ），國內外（wài）的學者就對內冷卻磨削進行了大量研究，這些研究（jiū）主要集中在開槽砂輪切削液內冷卻［1-3］、多（duō）孔隙（xì）燒結型砂輪切（qiē）削液內冷卻［4-6］、徑向開孔電鍍CBN 砂輪低（dī）溫冷（lěng）氣內冷卻［7］、徑向開孔砂（shā）輪切削液內冷卻［8-9］等幾個方（fāng）麵。開槽砂輪切削液內冷卻和多孔隙燒結型砂輪切削液內冷卻技術較為成熟（shú），在生產中已經有所應用［5］，但是開槽砂輪的（de）開槽工藝複雜，成本高（gāo），同時（shí）在冷卻過程中出現冷卻盲區，也無法實現連（lián）續冷卻。因此，開槽砂輪內冷卻在生產中應用很少。目（mù）前徑向開孔電鍍CBN 砂輪低溫冷氣內冷卻（què）和徑向開（kāi）孔砂輪切削（xuē）液內冷卻技術（shù）尚（shàng）處於實驗室研究階段，存在（zài）的主要問（wèn）題是用低（dī）溫冷氣冷卻有很（hěn）好的冷卻效果，但低溫冷氣的抽取、壓縮（suō）和密封等裝置（zhì）要求嚴格（gé），使配置成本很（hěn）高（gāo）。因（yīn）此，磨（mó）削液的冷（lěng）卻方式在目前還是最（zuì）主要的，是冷氣無法取代的。徑向開孔（kǒng）砂輪由於與試件接觸角度較大，因此與試件的碰撞會產生較大的振動，並且會導致磨損（sǔn）加（jiā）快，使加工質量不穩定，砂輪壽命縮短; 開孔（kǒng）砂輪製造（zào）困（kùn）難，難於批量化生產，同時需要專用設備，因此成本較高。雖然內冷卻磨削存在許多問題，但是內冷卻磨削仍被大多（duō）數學者（zhě）認為是降低磨削區溫（wēn）度，避免磨削（xuē）燒傷的最有效的冷卻（què）方法，對內冷卻磨削技術的研（yán）究具有重要的理論和現實意義。

      1 內冷卻平麵磨（mó）削實驗係統

      本文主要從（cóng）兩個方麵研究開孔砂輪切削液內冷卻磨削，一是降低磨削溫度，避免磨削燒傷的效（xiào）果; 二是影響內冷卻磨（mó）削加工質量的因素。為了達到以上研究的目的，筆者在對內（nèi）冷卻磨削技（jì）術研究的（de）基礎上，研製了（le）用於M7130 平（píng）麵磨床的內冷卻（què）平麵磨削驗係（xì）統［11］，如圖1 所示，該係（xì）統在進行磨削加（jiā）工時，切削液從開孔（kǒng）砂輪內部孔道直接噴射到磨削區，破（pò）壞磨削區的封閉性，提高冷卻效果，降低磨削區溫度，避（bì）免磨削燒傷、裂紋，提高磨（mó）削加工質量。

      如圖1a 所示，內冷卻平麵磨（mó）削實驗係統主要（yào）由供液係統( 供液係統由液箱1、過濾器2、齒輪泵3、溢流閥4 和節流閥5 構成) 、砂輪架9、內（nèi）冷卻砂輪( 開孔砂輪) 10 等部分構成。內冷卻砂輪( 開孔砂（shā）輪) 10 通過砂輪（lún）架9 安裝在磨床主軸11 上，試件13 通（tōng）過電磁吸盤或者夾具( 圖（tú）1 中未表示出來) 安裝在工作台14上。由液箱1、過濾器2、齒輪泵3、溢流閥4、節流閥5構成的供液係統提（tí）供的切削液通過旋轉接（jiē）頭8，再經砂輪架9 內部孔道進（jìn）入開孔砂輪10 的中心區，在液壓力及離（lí）心力作用下（xià）沿徑向孔往外噴射，一部分切削液直接作用在磨削區，進行內冷卻; 一部分切削液被砂輪護罩12 遮擋、收集，從外部澆注到（dào）磨削加工部位，形成外（wài）冷卻。砂（shā）輪內部噴射出的（de）切削液最終由積液盤15 收集，並流回液箱1 進行循環利用。

      2 實驗（yàn）過程及實驗數據

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

      實驗1: 無切削（xuē）液空轉實驗。其目的是在（zài）不通切削（xuē）液（yè）的情況下進行砂（shā）輪回轉強度（dù）試驗（yàn），並觀察係統的幹涉和砂（shā）輪振動情（qíng）況。實驗（yàn）時，將內（nèi）冷卻平麵（miàn）磨削係統安裝在M7130C 平（píng）麵磨床上，在不（bú）通切削（xuē）液（yè）的情況下，進行砂輪空轉實（shí）驗。第一次（cì）實驗發現係統振動較大，且（qiě）伴隨有（yǒu）劇烈的噪聲（shēng）。經過分析發（fā）現問題在於旋轉接頭的密封麵處潤滑不夠充分，因此進行第二次實驗時，在起動電動機之前，先通切削液對旋轉接頭密封麵進行潤滑（huá），然後再關（guān）閉切削液，使係統在無切削液的狀態下空轉運行，砂輪連續空轉（zhuǎn）時間大約5min，運行過程砂輪振動小，係（xì）統產生的噪聲也很小。實驗表明: 砂輪回（huí）轉強（qiáng）度試驗合格; 內冷（lěng）卻平麵磨削係統不存在幹涉; 在旋（xuán）轉接頭潤滑充分的情況下，係統運行平穩（wěn）。實驗2: 通切削液空轉實驗。其目的是在通切削（xuē）液的情況（kuàng）下進行砂輪回轉強度試驗，並觀察切削液（yè）流量對砂輪振動的影響（xiǎng），以及霧（wù）化與切削（xuē）液流量之間的關係。實（shí）驗時在無切（qiē）削（xuē）液的情況下，起（qǐ）動電動機，待砂輪運轉平衡後，打開切削液開關，調（diào）節節流閥，使切削液的流量（liàng）逐漸增大，當流量很小時（shí），霧化理象明顯，隨切削液流量的增大，霧化明顯減弱。當切削液（yè）流量增（zēng）加（jiā）到最大後，保持（chí）流量讓砂輪空轉5min 左右。在整個實驗過程中（zhōng），砂輪振動很小，係統產生的（de）噪聲（shēng）也很（hěn）小。實驗表明: 砂輪回轉強度（dù）試驗合格; 切削液的流量變化（huà）對砂輪振動影響很（hěn）小; 霧化與切（qiē）削液流量負相關。

      實驗3: 45 鋼材料磨削實（shí）驗。實驗目的是比較切削液流量大小對磨削試件磨削燒傷程度的影（yǐng）響。實驗過程: 首先將4 塊60mm × 60mm × 20mm 的45 鋼鋼塊按照圖2 所示的布置方式安裝在電磁吸盤上，無切削液啟動砂輪，按照表2 所示的方案調整磨（mó）削用量，改變切削液的（de）流量，依次完成（chéng）試件1 ～ 試件4 的加工。不同流（liú）量下（xià）加工出（chū）的試件如圖（tú）3 所示，試件1 ～ 試（shì）件4的表（biǎo）麵粗糙度（dù）分別為Ra0． 1μm、Ra0． 1μm、Ra0． 1μm、Ra0． 2μm。

      實驗4: 內冷卻磨削與外冷卻磨（mó）削對比實驗（yàn）。實驗目的是驗證內冷卻磨削在降低磨削溫度，避免磨削燒傷，提高磨削質量方麵的效果。實驗過程: 將4 塊60mm × 60mm × 20mm 的45 鋼（gāng）鋼塊（kuài）按照圖（tú）2 所示的布置方式安裝在電磁吸盤上，無切削液啟動砂輪，按照表3 所示（shì）的磨削用量及切削液流量，完成試件1、試件2 的內冷卻磨削加工; 由於外冷效果差，如果采用與內冷卻相同的切削液流量( 25mL /s) ，工件表麵將出現嚴重的磨削燒（shāo）傷，因此在實驗時，外冷卻磨削的切削液流量取（qǔ）得較大，取100mL /s。然後卸下內（nèi）冷卻磨削係統，安裝普通砂輪（lún），按照表3 調整磨（mó）削用（yòng）量，完成試件（jiàn）3、試件4 的（de）外冷卻磨削加工。加工出的（de）試件如圖4 所示，試件1 ～ 試（shì）件4 的表麵粗（cū）糙度分別為Ra0． 1μm、Ra0． 2μm、Ra0． 1μm、Ra0． 2μm。

      3 實（shí）驗數據分析及結論

      實驗1、實驗2 表明，由於磨床主軸剛性好，采用內冷卻引起的砂（shā）輪振動小，運轉平穩，控製好切削液的（de）流量，可以控製（zhì）霧化現象。

      實（shí）驗3 表明，內冷卻磨削加工時，隨著切削液流量增大，砂輪振動加劇，磨削加工表麵粗糙度會受到影響( 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（liàng）的增加，磨削（xuē）燒傷點逐漸減少，當流量增（zēng）加到某一數（shù）值時，燒傷點消失，如圖3所示。

      實驗4 表明，在相同的磨削用量情（qíng）況下，采用內冷卻磨削可以明顯改善工件的（de）磨削燒傷（shāng）( 對比圖4a 和圖4c 或對比圖4 b 和（hé）圖4d) ; 在相同磨削用（yòng）量的情況下，試件加工前的表麵（miàn）粗（cū）糙度越低，磨削燒傷點越少 ( 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（duì）內冷（lěng）卻平麵磨削可得到（dào）以下研（yán）究結論。1) 與傳統（tǒng）外冷（lěng）卻磨削相比，內冷（lěng）卻磨削引起的振動較小，對於（yú）磨削（xuē）加工的表麵粗（cū）糙度影響（xiǎng）較小，而采用內冷卻可以顯著降低磨削區溫度，避免磨削燒傷，因此，在加工精度要求高、且對磨削燒傷比（bǐ）較敏（mǐn）感的工件時，內冷卻磨削是避免磨削燒傷的一種實用、有效（xiào）的加工方法。2) 內冷卻磨削的冷卻作用，隨切削液（yè）流量的（de）增加而加強，但（dàn）流（liú）量增加時，振動會加劇，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（dà），必須保證其引起（qǐ）的（de）振動在（zài）砂（shā）輪主軸剛性（xìng）允許範圍內，這（zhè）樣既能達到良好的冷卻效果，避免磨削燒傷，又能保證被加（jiā）工表（biǎo）麵粗糙度。3) 在內冷（lěng）卻磨削加工中，切削（xuē）液的霧（wù）化可（kě）以通過控製切削液的流量加以控製，在加（jiā）工過程中對工人的操作影響不大（dà），隻是在機床設計時需考慮將水霧控製在一定的（de）範圍內，以利於環保和（hé）工人的健康。