0 引言

      自20 世紀40 年代起，國（guó）內（nèi）外的學者就對內冷卻磨削進行了大量（liàng）研究，這些研究主要集中在開槽砂輪切削液內冷卻［1-3］、多（duō）孔隙燒結型砂輪切削液內冷（lěng）卻［4-6］、徑向開孔電鍍CBN 砂輪低溫冷氣（qì）內冷（lěng）卻（què）［7］、徑向（xiàng）開孔砂輪切削（xuē）液內冷卻［8-9］等幾個方麵。開槽砂輪切削液內冷卻和多孔（kǒng）隙燒結（jié）型砂輪（lún）切削液內冷卻技術較為成熟，在生產中已經有所（suǒ）應用［5］，但是開槽砂輪的開槽工藝（yì）複（fù）雜，成本高，同時在冷卻過程中出現冷（lěng）卻盲區，也無法實現連續（xù）冷卻。因此，開槽砂輪內（nèi）冷卻在生產中應用很少。目前徑向開孔電（diàn）鍍CBN 砂輪低溫冷氣內冷卻和徑向開孔（kǒng）砂輪（lún）切削液內冷卻技術尚處於實（shí）驗室研究階段，存在的主要問題是用低溫冷氣冷卻有很好的冷（lěng）卻效果，但低溫冷氣的抽取、壓縮和密封等裝置要求嚴格，使配置成本很高。因此，磨削（xuē）液的冷卻（què）方（fāng）式在目前還是最主要的，是冷氣無法取代的。徑向開孔砂輪由於與試件接（jiē）觸角度較大，因此與試件的碰撞會產生較大的振動，並且會導致磨損加快，使加（jiā）工質量不穩定（dìng），砂輪壽命縮短; 開孔砂（shā）輪製造困（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（mó）削存在許多問題，但是內（nèi）冷卻磨削仍被大多數學（xué）者認為是降低（dī）磨削區溫度，避免磨削燒傷的最有效的（de）冷（lěng）卻方法，對（duì）內冷卻磨削（xuē）技術的（de）研究具有重要的理論和現實意義。

      1 內冷卻平麵磨（mó）削實驗（yàn）係統

      本文（wén）主要從兩個方（fāng）麵研究開孔砂（shā）輪切削液內冷卻磨削，一是降低磨削溫度，避免磨削（xuē）燒傷的效果; 二（èr）是影響內冷卻磨削加（jiā）工質量的因素（sù）。為了達到以上研究的（de）目的，筆者在對內冷卻磨削技術研究的基（jī）礎（chǔ）上，研製了（le）用於M7130 平麵磨床的內冷（lěng）卻平麵（miàn）磨削驗係統［11］，如圖（tú）1 所示，該係統在進行磨（mó）削加工時，切削液從開（kāi）孔砂輪內部孔道直接噴射到磨削區，破壞磨削區的封（fēng）閉性，提高冷卻效果，降低磨削區（qū）溫度，避免磨（mó）削燒傷、裂紋，提高（gāo）磨削加工質量。

      如圖1a 所（suǒ）示，內冷卻平麵磨削實（shí）驗係統主要由（yóu）供（gòng）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（fá）5 構成) 、砂輪架9、內冷（lěng）卻砂輪（lún）( 開孔砂輪) 10 等部分構成。內冷卻砂輪( 開孔砂輪) 10 通過砂輪架9 安裝在磨床主軸11 上，試件13 通過電磁吸盤或者夾具( 圖1 中未（wèi）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（gòng）液係統提供的切削液通過旋轉接頭（tóu）8，再經砂輪架9 內部孔道進入開孔砂輪10 的中（zhōng）心區，在液壓力及離心力作用（yòng）下沿徑向孔往外噴射（shè），一部分（fèn）切削液直接作用在磨削區，進行內冷卻; 一部分切（qiē）削液被（bèi）砂輪護罩12 遮擋、收集，從外部澆注到磨削加工部位，形成外冷卻。砂輪（lún）內部噴射出的切削（xuē）液最終由積液盤15 收（shōu）集，並流回液箱1 進行循環利用。

      2 實驗過程及實驗數據

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

      實驗1: 無切削液空轉實驗。其目的是（shì）在不通切削液的情況下進行砂輪回（huí）轉強度試驗，並觀察係統的幹涉和砂輪振動情況。實驗時，將內冷卻平麵磨削係統安裝在M7130C 平麵磨床上，在不（bú）通（tōng）切削液的情況下，進行砂輪空轉實驗。第一次實驗發現係統振動較（jiào）大，且伴隨有劇烈的噪（zào）聲。經過分析發現問題在於旋轉（zhuǎn）接頭的密封麵處潤滑不夠充分，因此進（jìn）行第二次實驗時，在起動（dòng）電動機之前，先通（tōng）切（qiē）削液對旋轉接頭密封麵進行潤滑（huá），然後再關閉切削（xuē）液，使係統在無切削液的狀（zhuàng）態下空轉運行，砂輪（lún）連續空（kōng）轉時間大約5min，運行過程砂輪振動小，係統產（chǎn）生的噪聲也很小。實驗表明: 砂輪回轉（zhuǎn）強度試驗合格; 內冷卻平麵磨削係統不存在幹涉; 在旋轉接頭潤滑充分的情況下，係統運行平（píng）穩。實驗2: 通切削液空轉實驗。其目的是在通切削液（yè）的情況下進行砂輪回轉強度試驗，並觀察切削液流量對砂輪振動的影響，以及霧化（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（dài）砂輪運轉平衡後，打（dǎ）開切削液開關，調節節（jiē）流閥，使切削（xuē）液的流量逐漸增大，當流（liú）量很小時，霧化（huà）理象明顯，隨切削液流量的增大，霧化明顯減弱。當切削液流量增加到最（zuì）大後，保持流量讓砂（shā）輪空轉5min 左右。在整個實驗過程中，砂輪振動很（hěn）小，係統產（chǎn）生的噪（zào）聲也很小。實驗表明: 砂輪回轉強度試驗合格; 切削液的流量變化（huà）對砂輪振動影響很小; 霧化與切削（xuē）液（yè）流量負相關。

      實驗（yàn）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（mó）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 所示的布置方式安裝在電磁吸（xī）盤上，無切削液啟動砂輪，按照表2 所示的方案調整磨削用量，改變切削液的流量，依次完成（chéng）試件1 ～ 試件4 的加工。不同流量下加工出的試件如圖（tú）3 所示，試件1 ～ 試件4的表（biǎo）麵（miàn）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（lěng）卻磨削對比（bǐ）實（shí）驗。實驗目的是驗證內冷卻磨削在降低磨削溫度（dù），避免磨削燒傷，提高磨削質量方麵的效果。實驗過程: 將4 塊（kuài）60mm × 60mm × 20mm 的45 鋼鋼塊按照圖2 所示的布置方式安（ān）裝（zhuāng）在電磁吸盤上，無切削（xuē）液啟（qǐ）動砂輪，按照（zhào）表3 所示的磨削用量及（jí）切削液（yè）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（guǒ）采用與內冷卻相同的切削液流量( 25mL /s) ，工件表麵將（jiāng）出現嚴重的磨削燒傷，因此在實驗時，外冷卻磨削的切削液流量（liàng）取得較大，取100mL /s。然後卸下內冷卻磨（mó）削係統，安裝普通砂（shā）輪，按照表3 調整磨削用量，完（wán）成試件3、試件4 的外冷卻（què）磨削加工。加工出的試件如圖4 所示，試件1 ～ 試件4 的表麵粗糙度分（fèn）別為Ra0． 1μm、Ra0． 2μm、Ra0． 1μm、Ra0． 2μm。

      3 實驗數據分析及結論

      實驗（yàn）1、實驗2 表明，由於磨床主軸剛性（xìng）好，采用內冷卻（què）引起的砂（shā）輪振動小，運轉平穩，控製好（hǎo）切削液的流量，可以控製霧化現象。

      實驗3 表明，內（nèi）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 表麵粗糙度為Ra0． 1，試件（jiàn）4 為Ra0． 2) 。但是隨（suí）著流量的增加，磨削燒傷點（diǎn）逐漸減少，當流量增加到（dào）某一（yī）數值時，燒傷點消失，如圖3所示。

      實驗4 表明，在相同的磨削用量情況下，采（cǎi）用內（nèi）冷卻磨（mó）削可以明顯改善工件的磨削燒傷( 對比圖4a 和（hé）圖4c 或對（duì）比圖4 b 和圖4d) ; 在（zài）相同磨削用量的情況下，試件加工前的表麵粗糙度越低，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，針對內冷卻平麵（miàn）磨削（xuē）可得（dé）到以下研究結論。1) 與傳統外冷卻磨削相比，內冷卻磨削引起的振（zhèn）動較小，對於磨削加工的表麵粗糙度影響較小，而采用內冷卻可以顯著降低磨削（xuē）區溫度，避免磨削（xuē）燒傷，因此，在加工精（jīng）度要求高、且對磨削燒傷比較（jiào）敏感（gǎn）的工件時，內冷卻磨削是避免磨削燒傷的一種實用、有效的加工方法。2) 內冷卻磨削的冷卻作用，隨切削液流量的增加（jiā）而加強，但流量增加時，振動會加劇，會增大被（bèi）加工表麵的表麵粗糙（cāo）度。因此，在采用內冷卻磨削時，切（qiē）削液的流（liú）量不能過大，必須保證其引起的振動在砂（shā）輪主軸剛性允許範（fàn）圍內，這樣既（jì）能達到（dào）良好的冷卻效果，避免磨削燒傷，又能保證被加工表麵粗糙（cāo）度。3) 在內冷卻磨削加工中，切削液的霧化（huà）可以通過控製切削液的流量加以控製，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考慮（lǜ）將（jiāng）水霧控製在一定的範圍內，以利於環保和工人（rén）的健康。