高速加工的概念(niàn)是由德國切削物理學家Carl.J.Salomon博士於1931年首先提出(chū),他發表了著名的Salomon曲(qǔ)線,創造性地預言了超越Talor切削方程式的非切削工作區域的存在,提出如能夠大幅度提高切削速度,就可以越過切削過程產生的高溫死穀而(ér)使刀具在超高速區進行高速切削,從而大(dà)幅度(dù)減少切削工時,成倍地提高機床生產率。
高速磨(mó)削的機理
在高(gāo)速磨削加工過程中,在保持其它參數不變的(de)條件下,隨著砂輪速度的大幅度提高,單位時間內磨削區的磨粒數(shù)增加,每個磨粒切下的磨(mó)屑厚度變薄;實驗表明在高速磨(mó)削條件下,磨(mó)屑的截麵積(jī)僅為普通磨削條件下的(de)幾十分之一。從而導致了每個磨粒承受的磨削力(lì)大大變(biàn)小(xiǎo),所以總磨削力大大降低。
若通過調整參數使磨屑厚(hòu)度保持不變,由於單位(wèi)時(shí)間內參與切削的磨粒數增加,磨除的磨(mó)屑增多,磨削效率會大大提高。高速磨削時,由於磨削速(sù)度很(hěn)高,單(dān)個磨屑的(de)形成(chéng)時(shí)間極短。在(zài)極短的時間內完成的(de)磨屑的高應變率(可近似認為等於磨削(xuē)速度)形成過程(chéng)與普通磨削有很大的差別,表現為工件表麵的彈性變形層變淺,磨削溝痕兩側因塑性流動而形成的隆起高度變小,磨屑形成過程中的耕犁和滑擦距離變小,工件表麵層(céng)硬化及(jí)殘餘應力傾(qīng)向減小(xiǎo)。此外,高速磨削時磨粒在磨削區上的移動速度和(hé)工件的進給速度均大大加快,加上(shàng)應變率響應(yīng)的溫度滯後的影響,會使(shǐ)工件表麵磨削溫度有所降低,因而能越過容易發生磨削燒傷的區域(yù),從而極大(dà)擴展(zhǎn)了磨削工藝參數的應用範(fàn)圍。
和普(pǔ)通磨削相(xiàng)比,高速磨削有(yǒu)以下特點:
生產(chǎn)效率高。由於單(dān)位時間內作(zuò)用的(de)磨粒數增加,使材料磨除率成倍增加,最高可達2000mm3/mm·s;,比普通磨削可提高30%~100%。
砂輪使(shǐ)用壽命長。由於每顆磨粒的負荷(hé)減小,磨粒(lì)磨削時間相應延長,提高了砂輪使(shǐ)用壽命。磨削力一(yī)定時(shí),200m/s磨削砂輪的壽命(mìng)是80m/s磨削的2倍;磨削效率一定時,200m/s磨削砂輪的(de)壽(shòu)命則是80m/s磨削的7.8倍。這非常有利於(yú)實現磨削自動化。
磨削表麵粗糙度值(zhí)低。超高速磨削單個磨粒的切削厚度變小,磨削劃痕淺,表麵(miàn)塑性隆起高(gāo)度減小,表麵(miàn)粗糙度數值(zhí)降(jiàng)低;同時由於超高速磨削材料的極高應變率(可達10-4~10-6s-1),磨屑在絕熱剪(jiǎn)切狀態下形成,材料去除機製發生轉變,因此可實現對脆性和(hé)難加工(gōng)材料的高(gāo)性能加工。
磨削力和工件受力變形小,工件加工精度(dù)高。由(yóu)於切削厚度小,法向磨(mó)削力Fn相應減小,從而有利於剛(gāng)度較差工件加工精度的提高。在切深相同時,磨削速度250m/s磨削時(shí)的磨削力比磨削速度(dù)180m/s時磨削力降(jiàng)低近一倍。
磨削溫度低。超高(gāo)速磨削中磨削熱傳入工件的比率減小,使工件表麵磨削(xuē)溫(wēn)度降低,能越過容易發生熱損傷的區(qū)域(yù),受力受(shòu)熱變質層減(jiǎn)薄,具有更好的表麵(miàn)完整性。使用(yòng)CBN砂輪200m/s高速磨削鋼件(jiàn)的表麵殘(cán)餘應力層深度不足10m。從(cóng)而極大地擴展了磨削工藝參數(shù)地應(yīng)用(yòng)範圍。
充分利用和發揮了超硬磨料(liào)的高硬(yìng)度和高(gāo)耐磨性的優異性能。電鍍和釺焊(hàn)單層超硬磨料砂輪是高(gāo)速磨削首選的磨具。特別(bié)是高(gāo)溫釺焊金屬結合劑砂輪,磨削力及溫度更低,是(shì)目前高
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