磨削技术的新进展

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磨削在现代制造业中占有重要地位，技术发展迅速。本文就精密和超精密磨削，磨料新品种、高效率磨削、超硬磨料磨具磨削与磨削自动化等技术的现状与发展作了综述。 , w0 m9 {" V* L) J- \* o# p" B 　　一、精密磨削和超精密磨削 6 ]% P2 z/ z2 Z. e( { # a& ~+ t/ I. m. {/ Y0 E0 l　　随着技术创新与高科技产品的不断涌现，零件的加工精度和表面完整性要求愈来愈高。例如，广泛用于液压随动系统中精密偶件的阀芯与阀套的配合精度常要求达到μm级，录像头、影碟机等精密零件的加工精度已提高到0.1μm，激光陀螺平面反射镜的平面 度误差要求小于0.05μm、Ra＜0.001μm。目前作为传统精密加工方法的磨削正在向超精密磨削、超精密研磨和抛光等方向发展。精密和超精密磨削的关键是最后一道工序，要从工件表面降去一层小于或等于工件最后精度等级的表面层。因此，要实现精密或超精密磨削，首先要减少磨粒单刃切除量，而使用微细或超微细微粉的磨粒是减少单刃切除量的最有效途径。日本镜面磨削时使用的磨具粒度为4000~8000#，其微粉的平均尺寸为1.5μm~4μm，加工后工件表面粗糙度可达Ra0.003μm~0.005μm。使用粒径为20nm的SiO2超微细微粉及锡抛光盘对蓝宝石单晶进行无损超精密研磨的抛光，可获得Ra＜1nm的表面。目前精密量块、光学平晶、集成电路的硅基片等精密零件都是采用上述方法来获得高质量的表面。为使研磨压力均匀可控，近几年来还开发了磁力研磨，磁流体超精研磨及弹性发射加工（EEM）等新技术。 ) ^7 p# {: ?: k3 m4 |- c 6 C4 z I! K$ z6 V8 C2 p. m) J　　实现超精密磨削是一项系统工程，包括研制高速高精度的磨床主轴、导轨与微进给机构，精密的磨具及其平衡与修整技术，以及磨削环境的净化与冷却方式等。我国郑州磨产磨具磨削研究所开发的喷涂陶瓷精密磨削工艺，其尺寸精度和加工表面粗糙度均与国外水平相当，磨削效率高于国外一倍左右。该工艺在张家口石油机械厂、武汉青山热电厂等单位使用后，取得了显著的经济效益。 - G1 F. A+ T3 V: r 　　二、开发了SG和ABN800等磨料新品种 2 u7 C. I; Q* H4 R 　　SG磨料是美国Norton公司首先推出的。它是由亚微米级的Al2O3晶体，采用溶胶凝胶（Sol-gel）工艺合成并经烧结制成的新型陶瓷刚玉磨料。与普通电熔刚玉磨料相比，不但硬度高，而且因磨粒是微晶结构，它有很多晶解面，在外力作用下或在修锐和修整中仅微晶脱落，不断产生锋利的切削刃，自锐性好，且剥落较少，用其制作的磨具具有耐磨性好、磨削热少，使用寿命长、磨削比（磨除材料体积与磨具消耗体积之比）大、切除率高和磨削质量好等优点，现已广泛用于航空航天、汽车、轴承、工模具、仪器仪表等领域的精磨与成形磨削等方面的加工。目前常用的是SG与WA（白刚玉）或A（棕刚玉）的混合磨料，其中SG所占比例有100%、50%、30%、20%、10%等多种，分别用SG、SG5、SG3、SG2、SG1来表示。国外一些性能优异的磨具制品，如德国Hermes磨料公司的CB宝石蓝砂轮、奥地利Tyrolit公司开发的CSS砂轮、美国Cincinnati Milacron公司生产的MSB砂轮、日本Noritake株式会社推出的新型CX陶瓷砂轮，都是类似SG磨料的微晶烧结刚玉的产品。 : g+ }/ @5 n& G; r0 q; R* h4 f 　　在激烈的市场竞争中，近年来美国Norton公司又推出了SG磨料的第二代产品——TG（Targa）磨料。它保留了SG的优点，在磨料形状上作了新的突破，很有细的棒状晶态结构，适用于缓进给磨削及加工铬镍铁合金、高温合金等难加工材料。据称，TG磨料的材料切除率为刚玉的2倍，寿命为刚玉的7倍。 - }: M. v" A1 l$ T$ U* C 　　SG磨料的磨削性能介于刚玉与CBN（立方氮化硼）之间，价格适中，是一种很有应用前景的磨料新品种。新型SG磨料我国亦已开发成功，第七砂轮集团公司已在进行该磨料的工业性应用。 ( N2 r) m* T& B- g8 o 　　ABN800和ABN600是De Beers公司开发的CBN磨料新品种。其磨粒均是微晶结构，具有较高的抗压强度和热稳定性。其中ABN800有更独特的晶体特性，磨料在受力破碎时无论大小都具有尖角，使其在使用过程中能始终保持锋利的磨削性能，因而磨削时产生的磨削力小，功率消耗少，加工质量好，使用寿命长。近几年来在国际展览会上，国外展出的一些CBN磨具大多是ABN800和ABN600的微晶CBN磨料制品。 9 Q0 k; ]! c, c; Y+ s( K! b3 N5 k" l　　三、高效率磨削 　　高简编和高精度是现代制造技术追求的两大目标。大家知道，磨削虽然在达到的加工精度和表面粗糙度方面具有无可比拟的优势，但其材料切除率Q（单位时产内磨除材料的体积，mm3/s）难以与其他切削抗衡。这是因为Q等于磨屑平均断面积、磨屑平均长度和单位时间内的作用磨粒数（磨屑数）三者的乘积。所以，为了提高磨削效率，必须采用增大单位时间内作用的磨粒数（如高速磨削、超高速磨削、砂带磨削等）、增大磨屑平均断面积（如各种重磨削）及增大磨屑平均长度（如缓进给深磨、立轴平磨）等许多高效率磨削技术。其中重负荷荒磨、超高速磨削、砂带磨削和高效深磨技术的发展尤为引人注目。