ANSYS高速磨削温度场数值模拟+CAD图纸(3)

菜单

第一章绪论

1.1 高速磨削技术

磨削加工是指用磨料来切除材料的加工方法，根据工艺目的和要求不同，磨削加工已发展为多种形式的加工工艺。按操作方法和可达到最大金属磨除率的不同，平面磨削可以分成三种：往复式磨削、缓进给磨削、高效深切磨削。磨削和其它加工方法相比，有很多特点：

（1）砂轮表面上同时参加切削的有效磨粒数不确定。

（2）砂轮上磨刃前角为负值，形成负前角切削。

（3）切屑尺寸很小，单位磨削力很大。

（4）磨削温度很高，易产生磨削烧伤。

（5）砂轮有自锐作用。

近年来，磨削加工的生产率不断提高，高速磨削技术的应用，磨削过程自动化、数控化和智能化的发展，使磨削和磨料加工在机械制造领域占有越来越重要的地位。对于提高砂轮线速度所带来的效益，人们很早就给予了充分的注意和重视。

和普通磨削相比，高速磨削显示出极大的优越性：

（1）大幅度提高磨削效率，减少设备使用台数。原因是在工作台速度和进给速度不变的前提下，砂轮线速度提高，可以导致单个磨粒的平均切削厚度变小，则磨屑的厚度就会变小，甚至仅为普通磨削的几十分之一，从而可以导致单个磨粒的平均磨削力大大降低，则我们就可以调整工作台速度和进给速度使磨削厚度保持不变，所以单位时间内磨去的金属体积就会大大增加。

（2）磨削力小，零件加工精度高。速度360m/s以下的实验表明，在一个较窄的速度范围内（180~200m/s），摩擦状态由固态向液态急剧变化，并伴随着磨削力的急剧下降。

（3）在一定的超高速磨削条件下，磨削温度会随着磨除率的升高而升高，达到一定的极值之后反而会下降。

（4）降低加工工件表面粗糙度，因为磨屑形成的时间降低。在其他条件相同时，分别以33m/s、100m/s、200m/s的速度磨削时，表面粗糙度值分别为Ra2.0μm、Ra1.4μm和Ra1.1μm。

（5）砂轮寿命延长。在金属切除率相同的条件下，砂轮线速度由80m/s提高到200m/s，砂轮寿命提高8.5倍。

（6）可获得不发生表面热损伤，具有完整性好的表面。

由于这些优点，高速、超高速磨削的出现，使磨削效率发生了根本性的变化，磨削己不仅仅是传统概念的精整加工，而开始成为与其它切削加工方法相抗衡的切除手段。【1】

1.2 国内外关于高速磨削温度场研究现状

1.2.1 高速磨削技术国内外的发展及研究[2]

（2）国外高速磨削技术的发展

国外的高速磨削技术的发展起步早。欧洲的最初高速磨削基础研究是在60年代末期，实验室磨削速度已达210-230m/s。70年代末期，高速磨削采用CBN砂轮。意大利的法米尔(Famir)公司在1973年9月西德汉诺威国际机床展览会上，展出了砂轮圆周速度120m/s的RFT-C120/50R型磨轴承内套圈外沟的高速适用化磨床。90年代初，已经实现了最高速度350m/s的磨削实验。目前，实际应用中，高速磨削和精密磨削最大磨削速度在200-250 m/s之间。

德国的Guhring Automation公司1983年制造了功率60kW，转速10000r/min，砂轮直径400mm的强力磨床。阿亨工业大学的目标为500m/s的超高速磨床也是该公司制造的。德国CBN砂轮高速磨削的应用，一个典型的例子是加工齿轮轮齿，在155m/s的速度下，以811mm³/mms的切除率，实现了对16MCr5钢齿轮的高效加工。另一个例子是，采用电镀CBN砂轮，在300m/s的速度下，以140mm³/mms的切除率，实现了对100Cr6高硬度(60HRC)滚动轴承钢水泵回转轮窄槽的高效加工。瑞士Studer公司也曾用改装的S45型外圆磨床进行280m/s的磨削试验。瑞士S40高速CBN砂轮磨床，在125m/s时，高速磨削性能发挥最为充分，在500m/s也照常工作。此外Kapp公司，Schandt公司、Naxa Union公司、Song Machinery公司等也相继推出了各类高速磨床。