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磨料磨具特性参数的选择技术及其发展构想

日期: 2019-05-22
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磨料磨具特性参数的选择技术及其发展构想
赵海祥
石家庄市博深工具股份有限公司 河北石家庄 050000
摘 要: 磨料磨具特性参数是关系到磨具在生产工艺中最为关键的技术指标,由于我国磨具技术发展较晚,因此在质量标准的制定方面和国
外依然存在一定的差距,本文重点对磨料磨具特性参数的选择技术及其发展构想进行了详细的分析。
关键词: 磨料磨具;特性;参数;发展构想
中图分类号: C35 文献标识码: A

一、 前言
  本文首先介绍了磨料磨具的出现和意义,随后对相关技术参数的的选择问题进行了详细的分析,在此基础上,对我国磨料磨具今后发展的方向进行了展望。
二、我国磨具发展的基础
  1、以难磨材料为加工对象的高效强力磨削工艺迅速发展,并相应地发展新的磨具。80 年代尖端技术和新材料迅速发展,这些新材料的工件或者强度高而耐磨,或要求精度甚高而且生产效率很高才能与生产线节拍相匹配,促使高速高效磨削工艺日益显示出它的重要性。
  2、高速磨削的效率比普通磨削一般可提高 1-3 倍,光洁度可提高 1-3小级,砂轮耐用度可提高 1 倍左右。70 年代国际上高速磨削曾得到过飞速的发展,60 米 / 秒以上高速磨床品种超过 150 种,少数达到过 125 米 / 秒。但是在高速磨削中,工件表面层易变质,重新被淬硬时,磨削功率的增加几乎与切削效率成正比,振动加剧,因此高速磨床必须配备有能承受极大离心力的高强度结构的砂轮,具有能冲破高速气流、避免表面烧伤的冲洗性能良好的高压冷却润滑系统,具有能承受大功率、高转速、高刚度的机床结构,具有符合各种安全标准,确保操作人员绝对安全的高强度安全防护装置。从国外磨床的发展历史来看,大约砂轮的使用速度每 30、40 年提高 10米 / 秒左右,即使今后的速度提高将会加快,也不可能一下子提得很高。目前国外普遍采用的是 45、50 米 / 秒磨削,并作为一档逮度相对固定下来,与36 米 / 秒并存,机床结构只作少许变动。
  3、深切缓进给磨削是通过加大切入深度,降低磨削速度直接从毛坯磨削出零件要求的尺寸和精度的高效磨削工艺。它可以成倍地提高金属切除率,而且粗精磨削一次完成,可以有效地解决难加工材料成形表面特别是沟槽的加工问题,如滚子叶片槽、叶片的摔槽、滚动轴承的沟槽、花键槽加工等。切深应达到多大才称为深切入磨削,尚无明确规定,一般为零点几至 30mm,工件进给速度为 10、500mm/ 分。
  4、数控磨床迅速发展。自从 1958 年美国研制成第一台数控磨床以来,产量成倍增长,品种迅速增加,数控装置每隔 3、4年更新换代,技术水平日新月异。尤其是日本,目前已处于世界领先地位,无论在产量、品种、技术水平上都已超过欧美各国。随之而来的是要求更加均匀、稳定、耐用、锋利的砂轮。
三、选择磨具特性参数的一般性原则磨具特性参数主要包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织或浓度(超硬磨料磨具)、强度及砂轮形状尺寸等。选择这些特性参数的主要影响因素有工件材料、表面完整性、加工精度、磨削用量、磨削效率、机床及磨削条件等。
  (1)磨料种类主要是基于磨料和工件材料的理化性能,依据磨料对工件材料的磨削能力及加工适应性来选择。刚玉类磨料适合磨削抗拉强度较高的材料;而 SiC 磨料则适合磨削抗拉强度较低的材料。磨削难加工材料、高速及超高速磨削可选用 CBN 和金刚石超硬磨料。考虑化学磨损因素,人造金刚石砂轮适于磨削硬质合金、陶瓷等一些非金属难加工材料;而 CBN砂轮可用来加工高钒高速钢、工具钢、耐热合金等一些金属难加工材料;SiC 砂轮则不宜用来磨削钢,刚玉砂轮不宜磨削玻璃。
  (2)磨料粒度的选择主要根据工件表面粗糙度和加工效率要求来确定,此外还要考虑工件材料和磨削条件如磨削液、机床及修整条件等。通常中等粒度应用普遍。一般是在满足工件表面粗糙度的前提下,为保证加工效率,尽可能选择较粗粒度。精磨选取细粒度,粗磨时选取较粗粒度。工件材料延伸率大和导热性差、接触弧较长或磨削深度较大时,选择较粗粒度,以防止堵塞和烧伤。工件刚性差,为减少热变形,选择较粗粒度。为保持砂轮形状精度,成型磨削选用较细粒度为宜。
  (3)磨具硬度的选择原则是:在磨削过程中保证适当的自锐性,还要避免磨具产生过大磨损和过高温度。工件硬度高,磨具硬度应低一些,以保持自锐性;工件硬度低,磨具硬度则应高一些,以充分发挥磨具的磨削性能。磨削延伸率大的材料如铜合金,选择较低的硬度,以保持自锐性。切入及成型磨削,选择较硬砂轮。表面质量要求较高或材料导热性差时,选择较低硬度,以防止裂纹和烧伤。断续及重负荷磨削,选用硬级或超硬级砂轮,以防止磨具过快磨损。接触面积大,磨粒易钝化,应选用较低硬度。此外,修整条件、磨削速度、生产率等对选择磨具硬度也有直接的影响,因此要兼顾这些因素。硬度选择合适,磨刃钝化与自锐处于一种平衡状态,使砂轮保持良好的锐利性和形状保持性,不仅可以保持较高的磨削效率和表面质量,还能降低磨具消耗,获得良好的经济效益。
  (4)结合剂的选择主要与磨削方法、磨削速度、工件表面质量等有关。常用结合剂主要有陶瓷、树脂、金属结合剂等。每种结合剂都有一定的适用范围。陶瓷结合剂热与化学稳定性好,脆性较大,磨削效率较高,适用范围广,在超硬磨料磨具中也有应用。树脂结合剂有较好的弹性、自锐性及工艺性好;耐热性及耐磨性较差,粗、精、细磨均可采用,也可用于超硬磨料磨具。金属结合剂包括青铜结合剂、金属陶瓷结合剂、电镀金属结合剂、高温钎焊金属结合剂等,主要用于超硬磨料磨具。金属结合剂强度较高,耐磨性好,但自锐性较差,不易修整。青铜及金属陶瓷结合剂超硬磨料磨具多用于磨削硬质合金及合金钢等难加工材料。电镀金属结合剂和高温钎焊金属结合剂的结合强度更高,砂轮磨粒锋利,容屑空间大,磨削效率高,主要用于高速及超高速砂轮或特殊用途磨削。特别是高温钎焊金属结合剂砂轮,磨削力及温度更低,是目前超高速及超硬磨料砂轮较为理想的结合剂。
  (5)不同组织的砂轮,磨粒率及孔隙不同。组织疏松时,磨削效率高,但磨具磨损快;组织紧密时,砂轮形状保持性好,但容屑性差。工件韧性高、接触面积大或加工粘性难磨材料时,选择疏松组织,以控制磨削温度。成型或精密磨削,选较紧密组织,以保持砂轮形状和加工精度。高速重负荷磨削,一般选用紧密的组织,以提高磨具强度。
  (6)浓度是超硬磨料磨具的重要特性。浓度过低,磨削效率不高;浓度过高,砂轮消耗大。浓度的选择主要是依据结合剂种类、磨料粒度、磨具形状、工序和加工要求来决定,每种结合剂都有最佳的浓度范围。一般粗磨工序或成型磨削宽工作面时,选用较高浓度;而半精磨和精磨工序可采用中等浓度,以满足表面粗糙度和磨削效率两方面的要求。抛光和低表面粗糙度磨削,采用较低浓度。
四、磨具特性参数选择技术的研究方向
  由以上分析可知,磨具特性参数选择是否准确合理,对磨削效率、磨削质量、磨料磨具及能源消耗、环境等有着重要的影响。目前国内外对磨削技术的研究主要集中在高效磨削、磨削过程控制、智能磨削、先进磨削设备及工艺等,而对磨具特性参数对磨削过程和磨削性能的综合作用机理及其影响规律,以及对磨具特性参数选择和应用技术的理论研究并不够深入。近些年来,国内外一些学者虽然利用计算机模拟与仿真、多目标优化、人工神经网络等技术对磨具特性参数影响磨削过程的机理及优化进行了分析研究,并建
立了相应的工程应用数据库,为深入研究此项技术建立了新的途径。
五、结束语
  综上所述,本文重点对磨具特性参数的发展以及磨具特性参数目前的现状进行了详细的分析,随后对未来的技术研究方向进行了详细的分析,供相关技术人员参考。
参考文献:
[1] 修世超,蔡光起,李长河 . 磨料磨具特性参数的选择技术及其发展构
想 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2014,(2).
[2] 张政梅 . 花岗石异型面加工技术与工具磨破损实验研究 [D]. 山东大学,2011.

 


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