development of high-performance cbn and diamond grinding wheels for high-speed grinding翻译

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1、高性能立方氮化硼的开发和金刚石砂轮的高速磨削关键词：高速磨削，立方氮化硼陶瓷结合剂砂轮，金刚石砂轮利用立方氮化硼砂轮进行高速磨削是一个很普遍的磨削方法，并且现在很需要对于这种方法在技术层面进行改善。因此，有限单元法就被用于优化砂轮形状，而且这个设计已经通过爆破试验验证。为了重复磨削试验，一个经过优化并且适合高速磨削的砂轮被研发出来。这种砂轮的性能不仅通过了磨削试验，它表面对于修整和配合的调整性也是合适的。此后，在一个相似的试验中，一个金刚石砂轮在性能验证测试中被使用。1、简介对于高速磨削效率的改善已经有将近六年了，但是，在旋转破坏

2、发生时普通的砂轮的速度是60m/s。自从立方氮化硼出现在市场上，高速磨削就已经被研究了，高速定子的研发加速了其使用的研发。立方氮化硼具有高硬度和良好的热稳定性，这对于高速磨削的切削刃磨粒特别常重要，因为它可以持续工作更长的时间。高速磨削在20世纪80年代向实践应用的发展是因为一系列于高速磨削相关的技术（磨粒，砂轮，磨床）。特别的，对于高效率凸轮轮廓磨削，高速磨削可以应用于汽车零件的加工。在大多生产线上，圆周速度现在已经有了工业标准，为160m/s，这对于近年来的曲柄轴的高速磨削加工技术已经很先进了，而部分生产线已经将圆周速度加快到

3、200m/s。为了更为提高高速磨削技术，这篇报告指出了一些必要的技术。2、高速磨削的砂轮设计一般，高速磨削应用的是陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，在高速磨削使用的砂轮中，不只需要良好的磨削性能，也需要考虑到对于旋转破坏采用的安全措施，减少由于离心力而产生应力和位移，考虑如下三点是非常必要的：*轮芯材料的选择*轮芯的设计*粘结层的粘附方法砂轮的设计和影响表面光洁度和形状的砂轮平衡度在下面的部分阐述。2.1高速磨削的砂轮轮芯对于一个高速磨削砂轮的轮芯，他的材料应选用高硬度比。铝合金，钛合金和碳纤维强化塑料（CFRP）是满足标准的材料，因为使

4、用这些材料产生的位移量和应力较低，材料硬度高，如下面（1）、（2）两个公式所示。E：弹性模量；v：泊松比；ρ：比重；ω：角速度；r：内径；R：外径；K：R/r；g：重力加速度考虑得到所选材料的简易程度也是我们必须要考虑的。通常使用钛合金和铝合金所用到的圆周速度是200m/s，而使用钢材所达到的圆周速度为160m/s。最近，大家都倡导要从环保和减少成本角度考虑回收利用，因此，核心材料的选择也需要考虑到材料的疲劳强度极限。2.2砂轮形状在核心材料的选择方面，形状对于高速磨削的砂轮来说也是非常重要的。有限元方法被应用于设计中来减少由于离

5、心力而产生的的应力与位移。特别的，因为由于离心力而产生的位移与砂轮损坏直接相关，所以，控制这方面的位移是设计的要点。图表1阐述的就是不同形状所产生的不同的位移值。而且，为了减少替换砂轮的次数，调整最佳砂轮6形状的设计工作中还需要考虑到砂轮重量的因素。位移值A：锥形B：阶梯型C：直线型圆周速度m/s图表1：圆周速度与位移的关系2.3黏着度许多部分结构同金属芯粘结的立方氮化硼陶瓷高速砂轮已经应用于陶瓷结合剂砂轮。因为材料同核芯的粘结同脱落和结构损坏直接有关，所以，为了阻止砂轮损坏，粘结剂的选择是很重要的。考虑零部件的形状和长度以及优化

6、砂轮外径都可以改善砂轮损坏的速度。图表2展示的是不同零件长度同砂轮损坏速度的比较。2.4砂轮平衡不平衡的原因是砂轮由于离心力而产生的震动，砂轮形状和表面粗糙度的改变增加了后会使不平衡加剧，因为不平衡度近似于旋转速度的二次方，所以在高速磨削开始前必须检查砂轮是否平衡。砂轮平衡的适应度是有标准的，但是不平衡是由于主轴的配合误差或者不准确的核芯形状造成的。图表3展示的是砂轮不平衡度同主轴的配合误差的关系。在这种情况下，由于砂轮安装后导致的重心改变是其问题所在，解决这个问题可以在轮空安装O型圈。图表4阐述的是应用O型圈之后主轴配合误差会变

7、得微不足道。然而这种方法不会减少不平衡量，因此，即使限制砂轮出现更小的不平衡量是很重要的，也要安装一个平衡缓和装置，甚至是在工作机端，这是使工作机保持平衡适应性成为可能所需要的。即使平衡缓和装置一般采用液压技术，但是这对于在一个很高速度运行的砂轮来说仍是不够的，因为油液容易因离心力的作用流到外面。在砂轮安装到工作机上之后，为使其更好的工作，需要增加适量的重力。然而，这种方法从安全的角度上不是很合适，为了使高速磨削更广泛的得到试用，这个问题应该解决。损坏速度m/s零件长度mm图表2：损坏速度和零件长度的对比关系6不平衡度g·cm主轴

8、配合误差μm不平衡度g·cm主轴配合误差μm图表3（上）：不平衡度与误差的关系图表4（下）：安装O型圈后的不平衡度3.对高速磨削砂轮安全性能的评估一个经过多重检测优化后的砂轮会接受一个破坏实验，之后，这个设计才会证实安全可靠。图表5阐述的是一个砂轮