高速磨削技术的前世今生,从历史中读懂未来

May 11 2015 点击:528

      磨削加工在机械制造业中应用非常广泛,在汽车、航空航天等领域的应用尤其重要,根据其工艺不同可以分为多种形式。经过长期发展,磨削技术正朝高速、高效、低表面粗糙度值、精密、智能等方向发展。

      普通磨削的砂轮圆周速度在45m/s以下,高速磨削在45m/s以上,超高速磨削则在150m/s以上(有的研究机构,如德国亚琛工业大学已经达到500m/s)。高速超高速磨削可以大幅度提高磨削效率、延长砂轮寿命和降低表面粗糙度值,可以对硬脆材料实现延性域磨削,对高塑性和难磨材料也有良好的磨削表现。在普通磨削速度下,磨削镍基合金的磨削力随着磨除率提高而迅速增加,而在超高速磨削速度下,磨削镍基合金的磨削力随磨除率提高而增加幅度很小,进给速度可以达到60m/min(而普通磨削进给速度不能超过1m/min)(蔡光起:《磨削技术现状与新进展》,《机械工人》冷加工2000年第11期)。

高速磨削技术从前苏联传入我国

      高速磨削技术是20世纪50年代初期从前苏联传入我国的。而前苏联同志来华进行高速磨削表演、传授实践经验则是《机械工人》杂志首先予以宣传推广的。如1956年,苏联机械制造业先进生产者代表团访华,其中的团员库尔金是莫斯科汽车工厂的磨削高手,他有近30年的磨削生产实践经验,而且不断改进工艺过程,极大地提高了劳动生产率,因此获得数枚前苏联颁发的劳动荣誉勋章。库尔金到北京第一机床厂做了高速磨削表演(见图1)。当时北一机床还是以手工刮研燕尾定位板的燕尾槽,而库尔金使用修整成一定角度的砂轮进行磨削,只需要2.5min,比当时北一机床的生产效率高47倍(北一机床报道:《库尔金的高速磨削表演》,《机械工人》1956年第6期)。 

  图1 1956年库尔金来华进行的高速磨削表演

  (《机械工人》1956年第6期)

  20世纪六七十年代,西方工业发达国家对高速磨削进行了深入的基础研究,取得了较大的突破,80年代,高速磨削技术取得新的进展,德国钴领(GUHRING)制造了世界第一台高效深磨磨床。

我国高速磨削技术的长足发展

      我国高速磨削领域在20世纪六七十年代也取得了一些进展。1964年,郑州磨料磨具磨削研究所与企业合作进行高速磨削试验,上海机床厂、上海冲剪机床厂等单位在采用高速磨削中也积累了不少经验。70年代,我国生产和改装了数百台高速磨床,在实际生产中已经应用了50~60m/s高速磨削,也进行了80~125m/s高速磨削的试验研究。70年代,河南省还成立了高速磨削推广小组,召开过几次高速磨削推广会议。在此期间,《机械工人》杂志根据技术发展,向行业宣传推广企业采用高速磨削的实践经验。如1973年5月河南第二次高速磨削推广会议召开后,河南方面应邀在《机械工人》介绍了高速磨削技术要点和高速磨削砂轮的选择标准(河南省高速磨削推广小组:《高速磨削》,《机械工人》1973年第6期,见图2);郑州柴油机厂成功地改造M8365凸轮磨床,使其砂轮线速度由35m/s提高到50m/s,工效提高一倍多(郑州柴油机厂:《高速磨削在M8395凸轮磨床上的应用》,《机械工人》1973年第6期)。

  图2 《机械工人》70年代高速磨削专题

  80年代初,东北大学等进行了大量的高速磨削试验研究,取得了一些研究成果。针对读者对磨削尤其是高速高效磨削技术的需求,《机械工人》邀请业内专家介绍行业的最新发展。上海机床厂磨床研究所李兆高等应邀开设“磨削加工知识讲座”,其中第六讲介绍了高速磨削等高效磨削的技术特点及优点(李兆高等:《磨削加工知识讲座第六讲:高效磨削》,《机械工人》冷加工1982年第6期)。郑州磨料磨具磨削研究所张树声开设“磨削知识讲座”,简明扼要地介绍了高速磨削、高速深切快进磨削等磨削新技术(张树声:《磨削新工艺新技术》,冷加工1988年第5期)。

磨料、磨削液的国产化

      CBN(立方氮化硼)是继人造金刚石之后的一种超硬磨料,1957年由美国GE首先合成,很快就引起工业领域的普遍重视。虽然CBN刀具在金属高速切削领域已经利如宝刀,但是其最广泛和用量最大的领域还是被制成超硬磨具,CBN磨具用于高速磨削,可使磨削效率提到数十倍,磨削质量提高一个等级以上(周德生:《立方氮化硼在机械加工中的应用》,《机械工人》冷加工1998年第4期)。西方工业发达国家自20世纪70年代开始推广CBN砂轮,90年代已普遍代替普通砂轮进行高速磨削或超高速磨削,而在90年代CBN磨具的应用在我国大部分工厂还是空白,仅应用于一些难加工材料及轴承、工具等行业。鉴于当时国内大部分技术人员对CBN磨具还不够了解,郑州磨料磨具磨削研究所专家田书跃应邀撰写《CBN磨具的选择及应用》(冷加工1998年第4期),介绍CBN磨料及各种结合剂磨具的特性,着重介绍了陶瓷结合剂CBN磨具。

      磨削液是高速磨削中重要的冷却润滑介质,分水基和油基磨削液两种,其冷却性、润滑性、清洗性以及环保性能等是保证高速磨削性能的关键之一。国内外都很重视磨削液的研制。70年代末以来,国内如上海机床厂磨床研究所、广州机床研究所、武汉材料保护研究所等不断发展磨削液,如武汉材料保护研究所研制的WS-20磨削液(冷加工1982年第1期)、上海高桥化工三厂和洛阳轴承厂等单位共同研制的LPG-1磨削液(冷加工1985年第8期),在当时,经过测试各种性能都比较理想,可以替代国外同类产品,对磨削液国产化作出了贡献(夏淦珍等:《进口高效机床及冷却液的国产化》,冷加工1991年第9期)。

      21世纪以来,高速、超高速磨削加工的关键技术包括高速超高速砂轮技术、主轴及轴承技术、磨削液及其供给技术、磨削状态检测数控技术等都有长足的进展(李长河:《高速和超高速磨削加工及其关键技术》,《现代零部件》2005年第9期;黄竹学等:《磨削加工自动化、智能化及虚拟化》,冷加工2007年第12期)。

      总体而言,作为重要的先进制造技术,我国的高速超高速磨削与国外相比还有很大差距,追赶国际先进水平还有待我国磨削领域同仁付出长期的辛勤努力。




                                                                                                                                 来自《金属加工》杂志