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干磨削工艺的可行性分析

【摘要】:为此可采取以下措施:1)选择导热性好或能承受较高磨削温度的砂轮,降低磨削对磨削液的依赖程度。新型磨料磨具的发展已为此提供了可能性,如具有良好导热性的CBN砂轮可采用干磨削加工方式。2)减少同时磨削的磨粒数量及砂轮与工件的接触面积,以降低磨削热的产生,如点式磨削方式。5)采用除施加磨削液外的新型冷却方式,这样既可减少因使用磨削液所带来的环境问题,又可达到散热目的,如采用强冷风磨削方式。

干磨削的优点与干切削的优点相同,但是实现干磨削的困难则要比干切削大。这是因为,原来由切削液承担的任务,如磨削区的润滑、工件的冷却以及磨屑的排除,都需要另外设法去完成。

对于磨削工艺而言,需特别重视的是散热问题。由于切除一定体积金属的磨削加工所需要的能量比车削或铣削要大,且摩擦功率所占的份额较高,所以通过磨屑带走的热量比较少,这样就要求砂轮的导热性要好,或采取改善散热的措施。

此外,干磨削时高的磨削温度有可能使工件过热,这样可能导致工件金属组织的破坏和工件尺寸与形状精度的下降,所以进行干磨削需要解决下列问题:减少所需的单位切削能量;减少传入工件的热量;改善磨屑及砂轮的散热状况。

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图5-1 平面磨削示意图

ae—磨削深度 Deq—砂轮直径

hm—平均切削厚度 lk—接触长度

vs—砂轮圆周速度 vw—工件速度

按照一般的设想,磨屑的形成分为三个阶段(见图5-1)。磨粒的形状决定了它在切削时有一个很大的负前角,与工件的接触轨迹是一个很扁平的啮合圆弧。开始磨削时,工件处于弹性变形过程中,磨粒只是在工件表面上摩擦。随着磨削深度的增加,工件材料开始塑性变形,继而伴随着微型沟槽的形成,工件材料也被挤向侧面。当超过切削起动厚度之后,才形成切屑。在这个过程中,摩擦、挤压与切屑形成过程同时存在。

在切入过程前两个阶段所消耗的能量并没有用于产生切屑,而基本上是转化成了热量。此外,这个热量是在磨粒之下被释放出来的,由于磨粒的导热性能比工件差,热量就传向工件。

由于砂轮中磨粒的分布不均匀,所以依次进入啮合磨粒之间的径向与轴向距离都不一样,因而也产生了不同的动态切屑厚度。基于这一原因,在进入啮合的磨粒中只有一部分磨粒有机会达到必须的切削起动厚度,其他磨粒则只能停留在切削过程的前两个阶段。

可以认为,磨削过程中输入的能量大部分都转化成摩擦热,除了由于切削角度不利的原因之外,主要由于切入过程太长,且与固定切削刃切削相比的切屑厚度太小,最终使得磨削过程的能量利用率很低。

由上述分析可知,影响干磨削的主要因素是磨削热,因此,如何降低磨削热的产生或使产生的磨削热很快地散发出去是能否进行干磨削的关键。为此可采取以下措施:

1)选择导热性好或能承受较高磨削温度的砂轮,降低磨削对磨削液的依赖程度。新型磨料磨具的发展已为此提供了可能性,如具有良好导热性的CBN砂轮可采用干磨削加工方式。

2)减少同时磨削的磨粒数量及砂轮与工件的接触面积,以降低磨削热的产生,如点式磨削方式。

3)减少砂轮的圆周速度vs与工件圆周速度vw之比的比值(q=vs/vw),这样可使磨削热源快速地在工件表面移动,因此更不容易进入工件内部。

4)提高砂轮的圆周速度,以减少砂轮与工件的接触时间。同时为了保持上述的速比值不变,应等量地提高工件的圆周进给速度。

5)采用除施加磨削液外的新型冷却方式,这样既可减少因使用磨削液所带来的环境问题,又可达到散热目的,如采用强冷风磨削方式。