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          立方氮化硼在超高速陶瓷砂輪中的應用

          發布時間: 2020-06-20 發布者: 富耐克應用研究中心

          一、超高速磨削技術的特點

          近年來,為全面應對現代工業技術和高性能科技產品對機械零件加工精度、表面質量、加工效率的要求,出現了一些先進的磨削加工技術,其中以超高砂輪線速度和超硬磨料砂輪為主要技術特征的超高速磨削技術的發展最為引人注目。普通磨削砂輪的VS一般小于50m/s,當VS大于50m/s時為高速磨削,當VS大于150m/s時便為超高速磨削。

          超高速磨削技術被譽為“現代磨削技術的最高峰”。國際生產工程學會(CIRP)將超高速磨削技術確定為面向21世紀的中心研究方向之一,高速磨削、超高速磨削與一般磨削相比有以下突出的優勢:①大幅度提高了磨削效率,減少磨床使用數量,降低成本;②磨削力小、磨削溫度低、加工表面的精準度和完整性好;③提高砂輪的耐用度,有助于實現磨削加工的自動化;④可實現對難加工材料(鎳基耐熱合金、高溫合金、鋁及鋁合金等)的磨削加工。

          二、CBN在超高速磨削中的應用優勢

          立方氮化硼和金剛石砂輪被稱為超硬磨料砂輪,其是高效和高速磨削的保障。與金剛石磨料相比,立方氮化硼(CBN)磨料在高溫下具有較高的熱穩定性、耐熱性、導熱性以及對鐵族元素的化學惰性,而陶瓷結合劑具有良好的化學穩定性,耐油、耐熱、耐酸堿侵蝕,適合的磨削液種類多。由此制得的陶瓷結合劑CBN砂輪,具有多孔性,可增加容屑空間,改善了砂輪散熱性能,這使得陶瓷結合劑CBN砂輪在較高使用溫度下仍然穩定且硬度高,不僅具有切削鋒利、磨削力小、生產效率高、使用壽命長、易于整形與修銳等優點,而且由于CBN的比磨削能低,在對大金屬的切除中能夠實現對工件的保護,避免工件發生燒傷,在確保磨削質量的基礎上可加大進給速度,大大提高生產效率。因此,陶瓷結合劑CBN砂輪成為了能夠同時實現高效、節能、高精的超高速磨削的首選磨具。

          三、超高速陶瓷砂輪對CBN的要求

          1.對CBN質量的要求

          作為陶瓷結合劑中使用的CBN磨粒,磨具在燒結過程中,一定程度上會被結合劑中起助熔作用的各種組份如堿性氧化物(Na2O,K2O,Li20)所侵蝕,從而導致結晶完好、棱角分明的CBN單晶被侵蝕變細,失去有效的切削能力,使CBN強度受損,因此,這就要求所選用的CBN單晶必須具有晶形完整、無缺陷、耐熱性好、強度高的特點。

          2.對CBN粒度的要求

          CBN磨料的粒度反映磨粒幾何尺寸的大小,是砂輪的主要特性指標之一。選擇磨料的粒度主要應考慮被加工工件的表面粗糙度和加工效率的要求。超高速精加工時應選擇較細的磨料或多晶、微晶磨料。但是粒度過細,每顆磨粒上承受的磨削力過小,使磨粒不易切入工件,會影響磨削效率。所以,在滿足加工要求的前提下一般選取較粗的粒度。有時為了提高砂輪的耐用度也采用混合磨料(韌、脆性互補、粒度不同的CBN)。表1是普通速度下的粒度與磨削方式的對應表。對超高速磨削有一定的借鑒作用,但因超高速磨削的特殊性該表的對應關系還有待修正。

          表1 粒度在磨削方式中的選用

          磨削方式

          粗磨

          半精磨

          精磨

          超精磨

          粒 度

          50/60-120/140

          120/140-200/230

          200/230-W36/54

          W22/36-W0/0.5

          注:來源于《現代磨削技術》,李伯民、趙波著。

          3.對CBN濃度的要求

          濃度是CBN砂輪的重要特性之一,它對超高速磨削效率和加工成本影響很大。CBN砂輪的濃度不能選得太低,否則磨削效率不高。高濃度可帶來高的磨削比,但是,濃度過高,很多磨粒會過早脫落、造成浪費。CBN砂輪濃度的選擇主要是根據其結合劑的種類、磨料的粒度。目前,超高速高效磨削均采用較高濃度,陶瓷結合劑CBN砂輪的濃度一般選擇125%以上,如一些進口的陶瓷CBN砂輪,其濃度一般均為175%~ 200%。

          超高速磨削陶瓷結合劑CBN砂輪作為超高速磨削工藝中的關鍵工具,在超高速磨削技術的研究、應用中扮演著非常重要的角色。同時超高速陶瓷CBN砂輪的制造技術也是一個高度集成的工藝系統,包括砂輪基體的設計制造技術、CBN磨料的選擇與處理技術、陶瓷結合劑的制備技術、磨具配方及尺寸設計、磨具的成型及燒成技術、砂輪的后續加工與檢測技術等。因此,超高速陶瓷CBN砂輪特性的合理選擇對超高速磨削效率、磨削速度、磨削質量等都有著直接和本質的影響。

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