切削加工中,砂輪圓周速度越高,所需切削力就會變小。CBN砂輪尺寸精度穩定,在高速磨削時,變形量很小,磨損量也很小,這決定了CBN砂輪有相當高的使用壽命。砂輪壽命值G為100,000個工作周期。而且還可再生后進入下一工作周期。CBN砂輪圓周速度與磨粒刃角的磨損關系如圖1所示。
當砂輪圓周速度提高時,磨粒與工件表面的接觸時間以μs計。此間產生的加工熱,不但不會傳遞給砂輪,更不會傳遞給工件表面,磨屑也易于排除。即使是對加工熱敏感的工件,磨削過程中也不會引起工件表面組織的變化。可以認為,高速磨削是一種低溫磨削加工,對工件無熱損傷,這是高速磨削最重要的優點之一。
3排屑力
高速磨削不是僅指提高砂輪圓周速度,就可視之為高速磨削加工。例如,若走刀量不變,僅提高砂輪圓周速度,磨粒受到擠壓,就會產生不令人滿意的結果。
高速磨削時,走刀量大,單位時間內磨粒與工件表面的接觸量也大,在進行強力磨削時這是最基本的。由此而得到的切屑,其長度在1mm以內,屑厚為數個μm。
高速磨削單位時間的排屑量可達103mm3/mm.s。這一數值表明,這是金屬磨削加工排屑率最高的一種加工方法。
對被切削工件表面金屬進行瞬間切除,是高速切削的特點。高速磨削可以解決高硬質材料和軟質材料在磨削加工中切屑拖長,發生粘結的問題。高速磨削中,切屑排出值、G值、冷卻液三者的關系如圖2所示。
高速磨削加工中,允許進刀深度對磨料的均勻程度、結合劑材料有嚴格要求。磨粒在磨削加工時的磨損,結合劑的退化是砂輪磨損的主要原因。它們決定著砂輪的壽命。 CBN作為單晶體(適于強力磨削)或復合晶體(適于表面加工),都有各自相適的結合劑,這是十分重要的。
目前,CBN砂輪用結合劑有以下幾種。
(1)陶瓷結合劑 它具有多孔性,能適應各種硬度的材料的高速磨削,用金剛石滾子式砂輪修整器比較容易修整。這是當前評價較高的一種結合劑。
(2)金屬結合劑 其特點是硬度高,密度大。
(3)電沉積結合劑 電沉積結合劑CBN 砂輪多用于金屬屑排量大的高速磨削加工中。
5工件表面質量
用CBN砂輪進行高速磨削加工,砂輪圓周速度與工件表面粗糙度的關系如圖3所示。由圖可見,經高速磨削的加工表面粗糙度Ra值是較低的,質量是很高的。
此外,用CBN砂輪對軸類零件外圓、環形零件平面進行高速磨削,軸類零件的圓度、 環形零件雙平面平行度等指標都是其他磨削方法所不能比擬的。
以上已簡要敘述了用CBN砂輪進行高速磨削的主要優點。不言而喻,高速磨削在高硬質材料、高精度零件的大批量生產中是保證質量,提高效率的先進的加工方式。但僅就高速磨削用冷卻介質來說,加工中需要大量壓力達20個大氣壓以上的冷卻液(100L/min),目前多數仍采取油冷卻。隨著對環境保護問題的重視,發達國家已將采用水溶性冷卻劑作為高速磨削的替代品,列為最優先課題。冷卻介質的特性曲線如圖4所示。
磨削實例2
瑞士S40高速磨床性能優越,床身采用礦石熔鑄加工,剛性、振動衰減性極高,溫度等引起的變化極其微小。主軸設計有高速用緊定套,保證砂輪高速旋轉時的圓度。砂輪修整有簡單易行的/sW2循環軟件。機上裝有高精度傳感器。是現今高速磨床中最先進的一種。用S40高速磨床磨削加工實例如圖5～圖7所示。
材料:16MnCr5 硬度:HRC60 砂輪:CBN/陶瓷結合劑 砂輪圓周速度:125m/s 排屑量:66mm3/mm/s 工作時間:2min 表面粗糙度Ra:0.3以下
圖5 軸
材料:100Cr6 硬度:HRC58 砂輪:CBN/電沉積 砂輪圓周速度:206m/s 排屑量:66.5mm3/mm//s 工作時間:24s/溝槽（切入）
圖6 切斷用滾筒
材料:司太立合金12(閥座)/調質鋼(軸)/ 硬度:HRC49 (閥座) 砂輪:CBN/陶瓷結合劑 排屑量:41mm3/mm/s 工作時間:軸3min閥座45/s 表面粗糙度Ra:0.8以下
圖7 大型發動機閥門
高速磨削加工技術發展很快,不久將取 代相當一部分傳統磨削工藝。這是社會進步及工程技術進步的必然結果。
