難加工材料的磨削加工

趙軼 宋萬萬

摘 要：近年來，隨著科技的快速發(fā)展，世界各國在航空領(lǐng)域都得到了快速發(fā)展。鈦合金等一系列具有高耐溫性、耐腐蝕性以及高硬度和強(qiáng)度的合金材料被廣泛應(yīng)用在航空航天工業(yè)中，但是應(yīng)用何種方法對其進(jìn)行加工成為了當(dāng)前機(jī)械加工領(lǐng)域所急需解決的問題。本文主要是以難加工材料磨削的特點(diǎn)為基礎(chǔ)對難加工材料的磨削技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，以期為難加工材料的磨削加工提供理論支持和參考。

關(guān)鍵詞：難加工材料；磨削加工；航空航天

中圖分類號：TG14 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，人們對于機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和精度要求也在逐漸提升，而機(jī)器零件越來越復(fù)雜的服役環(huán)境，如高溫、腐蝕和高荷載等狀況也對材料的性能和質(zhì)量提出了更高的要求，許多抗高溫、耐腐蝕、耐應(yīng)力沖擊和耐摩擦的新型材料被開發(fā)出來并廣泛應(yīng)用于航空航天、航海、汽車、化工以及軍工等行業(yè)中。但是，由于材料自身性能的特殊性，使得材料本身在加工時(shí)不易加工，甚至在加工時(shí)容易出現(xiàn)斷裂或者燒傷等狀況的出現(xiàn)，這些情況都容易降低材料的表面質(zhì)量和精度，對產(chǎn)品的整體使用性能產(chǎn)生影響，同時(shí)也會對加工刀具、砂輪以及車床產(chǎn)生影響。本文主要是從磨削加工材料的特點(diǎn)出發(fā)，從不同的磨削加工方法和特征來對難加工材料的磨削加工進(jìn)行了分析和探討。

1 難加工材料精密磨削的特點(diǎn)

1.1 磨削溫度高、力度大

工業(yè)中常見的難加工材料有鈦合金和其他硬質(zhì)合金等材料，因這些材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗沖擊以及耐摩擦等性能而得到廣泛的應(yīng)用，對于這些材料而言，若磨削加工時(shí)的力不夠時(shí)就會導(dǎo)致磨削加工材料的形狀精度和尺寸精度無法得到保障。通過對難加工材料實(shí)際加工研究后發(fā)現(xiàn)，難加工材料在加工過程中由于摩擦所產(chǎn)生的熱量較普通材料較大，這主要是由于難加工材料的導(dǎo)熱性能一般不好，且其磨削加工所需力較大，也就導(dǎo)致工件加工面所受到的摩擦力也較大，較高的磨削溫度和磨削力容易導(dǎo)致工件加工面出現(xiàn)灼燒或者剮蹭等影響工件表面質(zhì)量等現(xiàn)象的發(fā)生。這兩個(gè)問題是難加工材料磨削加工的主要問題，若在工程實(shí)踐中不想辦法解決這兩個(gè)問題，就會導(dǎo)致所加工工件的質(zhì)量和性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中要將難加工材料的加工難度和加工復(fù)雜性考慮在內(nèi)，以保證材料能夠順利加工和成型。研究發(fā)現(xiàn)，磨削溫度過高時(shí)容易導(dǎo)致一些難加工材料的氧化，難加工材料氧化后其氧化層的硬度比較大，這將對工件的生產(chǎn)產(chǎn)生更大的阻礙。

1.2 磨削設(shè)備的磨損

在對難加工材料進(jìn)行磨削加工時(shí)，一般采用高強(qiáng)度的材料作為磨粒來完成材料的加工。但是，由于難加工材料在加工過程中要盡可能的減少停頓時(shí)間，所以磨削設(shè)備在尺寸工作后必然會出現(xiàn)磨損等現(xiàn)象的發(fā)生。如何減少磨削設(shè)備的磨損量和磨損程度是當(dāng)前機(jī)械加工行業(yè)亟待解決的問題，實(shí)際生產(chǎn)中往往采用加大磨削設(shè)備和難加工材料之間的加工縫隙來減少磨削設(shè)備的磨損，若無預(yù)留加工縫隙或者加工縫隙過小時(shí)就會導(dǎo)致磨削設(shè)備以及磨削材料的損害。因此，在工程實(shí)踐中要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況對磨削設(shè)備和工件的位置以及加工方式進(jìn)行調(diào)整以減少磨削設(shè)備和工件的磨損。

1.3 加工硬化嚴(yán)重

難加工材料在磨削過程中由于溫度較高而產(chǎn)生塑性變形，其表面的質(zhì)量較差且表面的加工硬化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，工件上的加工硬化會隨著工件的進(jìn)給量而逐漸變大，所以在工程實(shí)踐中往往通過控制工件的進(jìn)給量以及冷卻液等方式來降低工件的加工硬化。在磨削加工過程中，由于難加工材料的表面活性加大，在磨削熱以及空氣的混合作用下，容易產(chǎn)生表面氧化物，表面氧化層的形成容易導(dǎo)致工件表面硬度和強(qiáng)度增加，塑性下降，從而導(dǎo)致磨削所需磨削力增大，導(dǎo)致磨削設(shè)備的加速磨損。

2 難加工材料精密磨削技術(shù)分析

2.1 緩進(jìn)給磨削方法

隨著科技的快速發(fā)展，磨削加工技術(shù)也得到了很大的進(jìn)步，特別是當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用使得磨削技術(shù)得到了質(zhì)的飛躍。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)磨削加工的方法有很多，其中緩進(jìn)給磨削方法是其中的一種應(yīng)用極其廣泛的加工方法。由于難加工材料磨削加工十分困難，所以采用緩進(jìn)給的方法顧名思義就是提高磨削的吃刀量，放緩刀具的進(jìn)給速度，這樣就可以加大磨削設(shè)備與加工材料之間的接觸面積，從而保證材料的粗糙度和工件的加工質(zhì)量。緩進(jìn)給磨削方法的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：

2.1.1 溫度低

由于進(jìn)給速度較低這樣磨削設(shè)備與材料之間的摩擦就會比較小，即產(chǎn)熱較小，從而避免了磨削溫度給工件的表面質(zhì)量以及使用性能帶來的影響。

2.1.2 磨削力小

由于緩進(jìn)給磨削方法的加工速度較慢，這樣就可以保證磨削設(shè)備在較小的加工力下也能完成磨削加工任務(wù)，從而避免了因?yàn)槟ハ髁Υ蠖鴮?dǎo)致摩擦力大，工件表面質(zhì)量差等現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 超精密磨削方法

隨著科技的發(fā)展以及電子信息行業(yè)的迅速崛起，各機(jī)械產(chǎn)品制造商對于超精密儀器或者零部件的需求量快速提高，使得機(jī)械零部件的加工逐漸向超精密和復(fù)雜等方向轉(zhuǎn)變，如我們生活中常見的手機(jī)、平板電腦等都在加工時(shí)都需要超精密精工方法的輔助。由于當(dāng)前電子產(chǎn)品的日漸小巧和功能齊全使得制造業(yè)對于超精密加工技術(shù)的需求火爆，特別是對于超精密磨削加工方法的需求更大。如現(xiàn)代機(jī)械加工生產(chǎn)中常見的砂帶磨削和電解磨削等都統(tǒng)稱為超精密磨削加工。砂帶加工是指根據(jù)工件的表面粗糙度和精度要求，利用砂帶完成對加工零部件表面的磨削加工，由于該方法簡便且效率高，而在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。電解加工是指利用電解法來對工件進(jìn)行磨削加工，該方法由于對設(shè)備的損耗少，且生產(chǎn)效率高，而廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的精密磨削加工。

2.3 高速磨削方法

高速磨削加工方法顧名思義就是進(jìn)給速度十分快的一種磨削加工方法，是科技發(fā)展的產(chǎn)物。高速磨削加工的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.3.1 速度高

磨削速度高就能夠較好的避免磨粒與工件之間的摩擦，從而在很大程度上減輕了磨削設(shè)備的耗損。

2.3.2 效率高

由于科技進(jìn)步，高速磨削加工可以在保證工件加工質(zhì)量的同時(shí)盡可能的提高工件的加工速度，有利于縮短難加工材料的加工時(shí)間，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和收益。

2.3.3 設(shè)備的磨損低

由于高速磨削加工方法中工件與磨削設(shè)備的接觸加工時(shí)間較短，所以對于設(shè)備的磨損較低。通過對我國高精密磨床的研究和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國高速磨床的加工手段以及主機(jī)的制造性能與美日等發(fā)達(dá)國家相比不高，這不利于我國高精密磨削加工的發(fā)展。因此，當(dāng)前我國高速磨削設(shè)備大都采用國外進(jìn)口的方式。

隨著科技的快速發(fā)展以及難加工材料在航空航天等行業(yè)應(yīng)用量的不斷提升，磨削技術(shù)逐漸成為了機(jī)械加工行業(yè)中一項(xiàng)必不可少的產(chǎn)品加工方法。而隨著電子計(jì)算機(jī)以及其他電子產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，超精密零部件的需求量猛增，其超精密磨削加工技術(shù)也逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加工方法成為磨削加工技術(shù)中的一種新興的加工技術(shù)。本文主要是以難加工材料磨削的特點(diǎn)為基礎(chǔ)對難加工材料的磨削技術(shù)以及超精密磨削技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，以期為難加工材料的磨削加工提供理論支持和參考。

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