切削加工中,砂轮圆周速度越高,所需切削力就会变小。CBN砂轮尺寸精度稳定,在高速磨削时,变形量很小,磨损量也很小,这决定了CBN砂轮有相当高的使用寿命。砂轮寿命值G为100,000个工作周期。而且还可再生后进入下一工作周期。CBN砂轮圆周速度与磨粒刃角的磨损关系如图1所示。
当砂轮圆周速度提高时,磨粒与工件表面的接触时间以μs计。此间产生的加工热,不但不会传递给砂轮,更不会传递给工件表面,磨屑也易于排除。即使是对加工热敏感的工件,磨削过程中也不会引起工件表面组织的变化。可以认为,高速磨削是一种低温磨削加工,对工件无热损伤,这是高速磨削最重要的优点之一。
3排屑力
高速磨削不是仅指提高砂轮圆周速度,就可视之为高速磨削加工。例如,若走刀量不变,仅提高砂轮圆周速度,磨粒受到挤压,就会产生不令人满意的结果。
高速磨削时,走刀量大,单位时间内磨粒与工件表面的接触量也大,在进行强力磨削时这是最基本的。由此而得到的切屑,其长度在1mm以内,屑厚为数个μm。
高速磨削单位时间的排屑量可达103mm3/mm.s。这一数值表明,这是金属磨削加工排屑率最高的一种加工方法。
对被切削工件表面金属进行瞬间切除,是高速切削的特点。高速磨削可以解决高硬质材料和软质材料在磨削加工中切屑拖长,发生粘结的问题。高速磨削中,切屑排出值、G值、冷却液三者的关系如图2所示。
高速磨削加工中,允许进刀深度对磨料的均匀程度、结合剂材料有严格要求。磨粒在磨削加工时的磨损,结合剂的退化是砂轮磨损的主要原因。它们决定着砂轮的寿命。 CBN作为单晶体(适于强力磨削)或复合晶体(适于表面加工),都有各自相适的结合剂,这是十分重要的。
目前,CBN砂轮用结合剂有以下几种。
(1)陶瓷结合剂 它具有多孔性,能适应各种硬度的材料的高速磨削,用金刚石滚子式砂轮修整器比较容易修整。这是当前评价较高的一种结合剂。
(2)金属结合剂 其特点是硬度高,密度大。
(3)电沉积结合剂 电沉积结合剂CBN 砂轮多用于金属屑排量大的高速磨削加工中。
5工件表面质量
用CBN砂轮进行高速磨削加工,砂轮圆周速度与工件表面粗糙度的关系如图3所示。由图可见,经高速磨削的加工表面粗糙度Ra值是较低的,质量是很高的。
此外,用CBN砂轮对轴类零件外圆、环形零件平面进行高速磨削,轴类零件的圆度、 环形零件双平面平行度等指标都是其他磨削方法所不能比拟的。
以上已简要叙述了用CBN砂轮进行高速磨削的主要优点。不言而喻,高速磨削在高硬质材料、高精度零件的大批量生产中是保证质量,提高效率的先进的加工方式。但仅就高速磨削用冷却介质来说,加工中需要大量压力达20个大气压以上的冷却液(100L/min),目前多数仍采取油冷却。随着对环境保护问题的重视,发达国家已将采用水溶性冷却剂作为高速磨削的替代品,列为最优先课题。冷却介质的特性曲线如图4所示。
磨削实例2
瑞士S40高速磨床性能优越,床身采用矿石熔铸加工,刚性、振动衰减性极高,温度等引起的变化极其微小。主轴设计有高速用紧定套,保证砂轮高速旋转时的圆度。砂轮修整有简单易行的/sW2循环软件。机上装有高精度传感器。是现今高速磨床中最先进的一种。用S40高速磨床磨削加工实例如图5～图7所示。
材料:16MnCr5 硬度:HRC60 砂轮:CBN/陶瓷结合剂 砂轮圆周速度:125m/s 排屑量:66mm3/mm/s 工作时间:2min 表面粗糙度Ra:0.3以下
图5 轴
材料:100Cr6 硬度:HRC58 砂轮:CBN/电沉积 砂轮圆周速度:206m/s 排屑量:66.5mm3/mm//s 工作时间:24s/沟槽（切入）
图6 切断用滚筒
材料:司太立合金12(阀座)/调质钢(轴)/ 硬度:HRC49 (阀座) 砂轮:CBN/陶瓷结合剂 排屑量:41mm3/mm/s 工作时间:轴3min阀座45/s 表面粗糙度Ra:0.8以下
图7 大型发动机阀门
高速磨削加工技术发展很快,不久将取 代相当一部分传统磨削工艺。这是社会进步及工程技术进步的必然结果。
