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磨削加工在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛,在汽車、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用尤其重要,根據(jù)其工藝不同可以分為多種形式。經(jīng)過長期發(fā)展,磨削技術(shù)正朝高速、高效、低表面粗糙度值、精密、智能等方向發(fā)展。
普通磨削的砂輪圓周速度在45m/s以下,高速磨削在45m/s以上,超高速磨削則在150m/s以上(有的研究機(jī)構(gòu),如德國亞琛工業(yè)大學(xué)已經(jīng)達(dá)到500m/s)。高速超高速磨削可以大幅度提高磨削效率、延長砂輪壽命和降低表面粗糙度值,可以對硬脆材料實(shí)現(xiàn)延性域磨削,對高塑性和難磨材料也有良好的磨削表現(xiàn)。在普通磨削速度下,磨削鎳基合金的磨削力隨著磨除率提高而迅速增加,而在超高速磨削速度下,磨削鎳基合金的磨削力隨磨除率提高而增加幅度很小,進(jìn)給速度可以達(dá)到60m/min(而普通磨削進(jìn)給速度不能超過1m/min)(蔡光起:《磨削技術(shù)現(xiàn)狀與新進(jìn)展》,《機(jī)械工人》冷加工2000年第11期)。
高速磨削技術(shù)從前蘇聯(lián)傳入我國
高速磨削技術(shù)是20世紀(jì)50年代初期從前蘇聯(lián)傳入我國的。而前蘇聯(lián)同志來華進(jìn)行高速磨削表演、傳授實(shí)踐經(jīng)驗則是《機(jī)械工人》雜志首先予以宣傳推廣的。如1956年,蘇聯(lián)機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)者代表團(tuán)訪華,其中的團(tuán)員庫爾金是莫斯科汽車工廠的磨削高手,他有近30年的磨削生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗,而且不斷改進(jìn)工藝過程,極大地提高了勞動生產(chǎn)率,因此獲得數(shù)枚前蘇聯(lián)頒發(fā)的勞動榮譽(yù)勛章。庫爾金到北京機(jī)床廠做了高速磨削表演(見圖1)。當(dāng)時北一機(jī)床還是以手工刮研燕尾定位板的燕尾槽,而庫爾金使用修整成一定角度的砂輪進(jìn)行磨削,只需要2.5min,比當(dāng)時北一機(jī)床的生產(chǎn)效率高47倍
20世紀(jì)六七十年代,西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家對高速磨削進(jìn)行了深入的基礎(chǔ)研究,取得了較大的突破,80年代,高速磨削技術(shù)取得新的進(jìn)展,德國鈷領(lǐng)(GUHRING)制造了一臺高效深磨磨床。
我國高速磨削技術(shù)的長足發(fā)展
我國高速磨削領(lǐng)域在20世紀(jì)六七十年代也取得了一些進(jìn)展。1964年,鄭州磨料磨具磨削研究所與企業(yè)合作進(jìn)行高速磨削試驗,上海機(jī)床廠、上海沖剪機(jī)床廠等單位在采用高速磨削中也積累了不少經(jīng)驗。70年代,我國生產(chǎn)和改裝了數(shù)百臺高速磨床,在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用了50~60m/s高速磨削,也進(jìn)行了80~125m/s高速磨削的試驗研究。70年代,河南省還成立了高速磨削推廣小組,召開過幾次高速磨削推廣會議。在此期間,《機(jī)械工人》雜志根據(jù)技術(shù)發(fā)展,向行業(yè)宣傳推廣企業(yè)采用高速磨削的實(shí)踐經(jīng)驗。如1973年5月河南第二次高速磨削推廣會議召開后,河南方面應(yīng)邀在《機(jī)械工人》介紹了高速磨削技術(shù)要點(diǎn)和高速磨削砂輪的選擇標(biāo)準(zhǔn)(河南省高速磨削推廣小組:《高速磨削》,《機(jī)械工人》1973年第6期,見圖2);鄭州柴油機(jī)廠成功地改造M8365凸輪磨床,使其砂輪線速度由35m/s提高到50m/s,工效提高一倍多(鄭州柴油機(jī)廠:《高速磨削在M8395凸輪磨床上的應(yīng)用》,《機(jī)械工人》1973年第6期)。
80年代初,東北大學(xué)等進(jìn)行了大量的高速磨削試驗研究,取得了一些研究成果。針對讀者對磨削尤其是高速高效磨削技術(shù)的需求,《機(jī)械工人》邀請業(yè)內(nèi)專家介紹行業(yè)的發(fā)展。上海機(jī)床廠磨床研究所李兆高等應(yīng)邀開設(shè)“磨削加工知識講座”,其中第六講介紹了高速磨削等高效磨削的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)(李兆高等:《磨削加工知識講座第六講:高效磨削》,《機(jī)械工人》冷加工1982年第6期)。鄭州磨料磨具磨削研究所張樹聲開設(shè)“磨削知識講座”,簡明扼要地介紹了高速磨削、高速深切快進(jìn)磨削等磨削新技術(shù)(張樹聲:《磨削新工藝新技術(shù)》,冷加工1988年第5期)。
磨料、磨削液的國產(chǎn)化
CBN(立方氮化硼)是繼人造金剛石之后的一種超硬磨料,1957年由美國GE首先合成,很快就引起工業(yè)領(lǐng)域的普遍重視。雖然CBN刀具在金屬高速切削領(lǐng)域已經(jīng)利如寶刀,但是其泛和用量的領(lǐng)域還是被制成超硬磨具,CBN磨具用于高速磨削,可使磨削效率提到數(shù)十倍,磨削質(zhì)量提高一個等級以上(周德生:《立方氮化硼在機(jī)械加工中的應(yīng)用》,《機(jī)械工人》冷加工1998年第4期)。西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家自20世紀(jì)70年代開始推廣CBN砂輪,90年代已普遍代替普通砂輪進(jìn)行高速磨削或超高速磨削,而在90年代CBN磨具的應(yīng)用在我國大部分工廠還是空白,僅應(yīng)用于一些難加工材料及軸承、工具等行業(yè)。鑒于當(dāng)時國內(nèi)大部分技術(shù)人員對CBN磨具還不夠了解,鄭州磨料磨具磨削研究所專家田書躍應(yīng)邀撰寫《CBN磨具的選擇及應(yīng)用》(冷加工1998年第4期),介紹CBN磨料及各種結(jié)合劑磨具的特性,著重介紹了陶瓷結(jié)合劑CBN磨具。
磨削液是高速磨削中重要的冷卻潤滑介質(zhì),分水基和油基磨削液兩種,其冷卻性、潤滑性、清洗性以及環(huán)保性能等是保證高速磨削性能的關(guān)鍵之一。國內(nèi)外都很重視磨削液的研制。70年代末以來,國內(nèi)如上海機(jī)床廠磨床研究所、廣州機(jī)床研究所、武漢材料保護(hù)研究所等不斷發(fā)展磨削液,如武漢材料保護(hù)研究所研制的WS-20磨削液(冷加工1982年第1期)、上海高橋化工三廠和洛陽軸承廠等單位共同研制的LPG-1磨削液(冷加工1985年第8期),在當(dāng)時,經(jīng)過測試各種性能都比較理想,可以替代國外同類產(chǎn)品,對磨削液國產(chǎn)化作出了貢獻(xiàn)(夏淦珍等:《進(jìn)口高效機(jī)床及冷卻液的國產(chǎn)化》,冷加工1991年第9期)。
21世紀(jì)以來,高速、超高速磨削加工的關(guān)鍵技術(shù)包括高速超高速砂輪技術(shù)、主軸及軸承技術(shù)、磨削液及其供給技術(shù)、磨削狀態(tài)檢測數(shù)控技術(shù)等都有長足的進(jìn)展(李長河:《高速和超高速磨削加工及其關(guān)鍵技術(shù)》,《現(xiàn)代零部件》2005年第9期;黃竹學(xué)等:《磨削加工自動化、智能化及虛擬化》,冷加工2007年第12期)。
總體而言,作為重要的制造技術(shù),我國的高速超高速磨削與國外相比還有很大差距,追趕水平還有待我國磨削領(lǐng)域同仁付出長期的辛勤努力。