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1、*CBN砂輪高速磨削磨削力實驗研究112羅寧黃紅武宓海青(1．廈門理工學(xué)院廈門361005；2．湖南大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院國家高效磨削工程技術(shù)研究中心長沙410082)摘要：本文通過實驗分析了CBN砂輪高速磨削三種材料時磨削力的變化情況，針對不同的磨削參數(shù)對磨削45鋼、2Cr13鋼、T10三種材料時磨削力的影響程度進(jìn)行研究，提出了降低不同材料工件的磨削力的高速磨削工藝參數(shù)的優(yōu)化控制原則。關(guān)鍵詞：高速磨削CBN砂輪工藝參數(shù)磨削力中圖分類號：TG580.61+410前言在磨削研究中，磨削力反映磨削過程的基本特征
2、，是研究磨削過程的重要參數(shù)，它與材料顯微結(jié)構(gòu)及性能、磨削用量、砂輪特性、材料去除機(jī)理、機(jī)床剛度以及磨削液的選用等都有密切關(guān)系。同時，他對磨削工藝的制定和表面/亞表面損傷都有影響，也是評價材料可磨性優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)。因此磨削力研究有著重要的理論價值和實際意義。高速磨削的一個重要優(yōu)點就是能夠降低磨削力。CBN砂輪是高速磨削中磨削金屬材料的最佳工具。使用CBN砂輪對工件進(jìn)行高速磨削與普通磨削的機(jī)理有很大的不同。在低速域進(jìn)行磨削時，隨著進(jìn)給量的增加，磨屑增厚，磨削力亦相應(yīng)增大。在高的磨削速度下，磨屑厚度相對較小，
3、單一磨粒承載較低，磨削力較小。另外，工作臺速度、砂輪的參數(shù)和狀態(tài)對磨削力的大小也有不同程度的影響。國內(nèi)對CBN砂輪高速磨削磨削力的研究比較少。對此，本文在實驗的基礎(chǔ)上對CBN砂輪高速磨削工藝實驗中的磨削力(單位面積法向磨削力)進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了砂輪磨削深度、工作臺速度、砂輪線速度、CBN砂輪磨粒尺寸等磨削參數(shù)對磨削力的影響規(guī)律。1實驗條件和方法''為了增加同其他工藝實驗結(jié)果的可比性，本文計算出單位面積法向磨削力F進(jìn)行對比，F(xiàn)等于實際nn法向磨削力Fn與砂輪磨削試件實際磨削接觸面積這兩者的比值，實際磨削接
4、觸面積等于砂輪工作磨粒接觸弧長ls和被磨試件寬度B這兩者的乘積。即：'FF=/()lBnnsw1式中l(wèi)s=éù??adpse2，ap為磨削深度，dse為當(dāng)量砂輪直徑。'實驗測得法向磨削力之后按照上式計算出單位面積法向磨削力F，然后進(jìn)行比較分析。n1.1磨削條件(1)磨削設(shè)備：湖南大學(xué)自主研發(fā)的150m/s超高速平面磨削試驗臺，加工范圍(長×高×寬(500×50×200)；機(jī)床總功率26.37kW；(2)砂輪型號：1*教育部2002年科技攻關(guān)重大項目(重大D217)1砂輪一：陶瓷結(jié)合劑，CBN砂輪300×16
5、×27×5；結(jié)合劑：碳化硼；濃度：200%；砂輪粒度80～100，最高速度125m/s；標(biāo)記為：
6、A
7、300×16×127×5CBN80/100V200砂輪二：單層電鍍CBN砂輪300×16×127×0.5；結(jié)合劑：電鍍；濃度：200%；砂輪粒度100～120，最高速度150m/s；標(biāo)記為：
8、A
9、300×16×127×0.5CBN100/120V200(3)工件材料：45鋼：淬火HRC34～37；2Cr13：淬火HRC45～47；T10：淬火HRC55～57；(4)測量裝置：大連理工大學(xué)傳感測控研究所開發(fā)的
10、YKDM-III99型整體式三向壓電磨削測力平臺。(5)磨削條件：平面磨削(順磨)，磨削液為SY－1水基磨削液；磨削速度：60～120m/s；磨削深度：0.005～0.15mm；作臺速度：4.5m/min、9m/min；磨削長度：30mm1.2磨削實驗高速砂輪出廠時必須做嚴(yán)格的靜平衡和動平衡，平衡時使用平衡塊保證砂輪靜平衡，然后對砂輪做動平衡。加工時用美國SBSBalanceSystem(SB—4500)做砂輪在線動平衡。為了排除實驗中砂輪磨損影響，每組磨削實驗在砂輪修銳后進(jìn)行。修銳時先使用碳化硅制動式滾輪
11、修整器(綠色碳化硅砂輪修整器)整形，再用剛玉砂條修銳。CBN砂輪具有很高的材料磨除率，在每組實驗完成后對砂輪進(jìn)行修銳已可以達(dá)到比較好的實驗效果。2實驗結(jié)果及討論'圖1～圖5是CBN砂輪不同磨削參數(shù)下的砂輪單位面積法向磨削力Fn與砂輪磨削深度ap的關(guān)系圖。圖中包含實驗中各種磨削參數(shù)條件下的實驗數(shù)據(jù)點及由數(shù)據(jù)點連接的直線。圖1中實驗采用砂輪一，工件材料為45鋼，工作臺速度為4.5m/min；圖2中實驗采用砂輪一，工件材料為45鋼，工作臺速度為9m/min；圖3中實驗采用砂輪一，工件材料為2Cr13鋼，工作臺速度
12、為4.5m/min；圖4中實驗采用砂輪二，工件材料為2Cr13鋼，工作臺速度為4.5m/min；圖5中實驗采用砂輪一，工件材料為T10鋼，工作臺速度為4.5m/min2.1磨削深度對磨削力的影響’隨著砂輪磨削深度ap的增大，砂輪的單位面積磨削力Fn是增大的。從圖中可以看出，各數(shù)據(jù)’點呈上升趨勢。Fn隨ap增大的原因有：磨削深度ap增大，使得單顆磨粒的最大未變形切削厚度hmax增大，同時參與磨削的有效磨粒數(shù)增多，導(dǎo)
