超硬材料網(wǎng)

使用高性能的磨削工具，高效率的生產(chǎn)出高附加值、高質(zhì)量零件對(duì)于很多用戶來(lái)說(shuō)已經(jīng)勢(shì)在必行。為此，砂輪采用特殊的基體結(jié)合磨料涂層的形式。砂輪的基體一般為鋼的材質(zhì)，然而，由于鋼的自重過(guò)大，在磨削過(guò)程中會(huì)有一定的弊端。目前，輕量化的基體材料，為絕大部分的磨削應(yīng)用提供了一個(gè)更加合適的解決方案-特別是在汽車行業(yè)，軸承行業(yè)和醫(yī)療器械行業(yè)。

使用CBN砂輪追求更高效的磨削

現(xiàn)階段，提高磨削工藝的效率，往往只能通過(guò)使用更高硬度的砂輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，CBN或金剛石超硬磨料的砂輪比傳統(tǒng)的砂輪，例如：剛玉或碳化硅砂輪，要昂貴得多。鑒于這個(gè)原因，這類砂輪往往只有幾毫米厚的工作磨料涂層，并附著在金屬或陶瓷的基體上。基體必須滿足一系列的要求，例如：吸收振動(dòng)、傳導(dǎo)熱量和保證砂輪的穩(wěn)定性。因此，砂輪生產(chǎn)商一直都非常重視開發(fā)和生產(chǎn)創(chuàng)新的高性能基體。

圖1

鋼基體不再是最優(yōu)方案

對(duì)于汽車行業(yè)、軸承行業(yè)和醫(yī)療器械行業(yè)的一些高性能要求的磨削應(yīng)用， CBN砂輪的工作轉(zhuǎn)速，甚至?xí)^(guò)100米/秒。為此，磨削時(shí)的高金屬材料切削率，將對(duì)砂輪產(chǎn)生高的機(jī)械負(fù)載。由于這些原因，在磨削過(guò)程中使用鋼基體的CBN砂輪，可以確保磨削加工時(shí)，所需要的安全性和剛度。但是，鋼基體的弊端在于它的自重很大，難以搬運(yùn)和裝卸，特別是對(duì)于大尺寸的CBN砂輪，重達(dá)100公斤及以上，該砂輪已無(wú)法再由手動(dòng)搬運(yùn)和裝卸。因此，輔助的搬運(yùn)和裝卸裝置，必須配備，而且裝卸的時(shí)間大大增加，停機(jī)時(shí)間也相應(yīng)增加。此外，機(jī)床負(fù)載增加，特別是主軸上的負(fù)載顯著增加，最終導(dǎo)致主軸軸承的使用壽命縮短和維修費(fèi)用的提高。當(dāng)砂輪重量超過(guò)機(jī)床主軸的負(fù)載極限時(shí)，由于慣性原理，主軸不再能穩(wěn)定地控制砂輪的加速和減速，整個(gè)磨削過(guò)程將不再安全。最終，必須額外增加能耗，才能使砂輪達(dá)到既定的工作轉(zhuǎn)速。

輕量化基體當(dāng)今的優(yōu)選方案

對(duì)于這些有高性能要求的磨削應(yīng)用，使用自重輕的復(fù)合纖維基體是一個(gè)解決方案。這些碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是高比強(qiáng)度和低密度相結(jié)合，相對(duì)于鋼基體，完美解決了砂輪基體過(guò)重的弊端。碳纖維基體的CBN砂輪(見圖2)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種曲軸加工或齒輪軸加工，當(dāng)客戶需要大直徑的砂輪，或者需要使用多個(gè)平行砂輪組合拼裝使用時(shí)，例如無(wú)心磨工藝，碳纖維基體的CBN砂輪就會(huì)是一個(gè)優(yōu)選方案。

圖2 碳纖維基體CBN砂輪

與鋼基體相比，碳纖維基體的CBN砂輪可顯著降低砂輪重量至70%以上。這不僅便于搬運(yùn)和裝卸，還大大減少了機(jī)床主軸的負(fù)載。碳纖維基體還具有較好的減振性能，可以抵消磨削過(guò)程中的不穩(wěn)定性，有效地改善了磨削表面質(zhì)量，碳纖維基體還可以運(yùn)用于較小直徑的的磨削工具(如醫(yī)療器械行業(yè)中的一些磨削應(yīng)用)。

輕量化基體的未來(lái)趨勢(shì)

然而，使用碳纖維基體的一個(gè)弊端是其軸向剛度低，因此，只能應(yīng)用于徑向和切向受力的磨削加工工藝中。另外，用于接觸檢測(cè)和過(guò)程控制的聲頻發(fā)射(AE)傳感器，在碳纖維基體上也不再適用。基于上述這些提到的原因，以及其它未提及的原因，赫美斯開發(fā)了一種全新的砂輪基體。赫美斯這種全新的輕量化的基體，獨(dú)特之處在于其是由現(xiàn)代化的制造工藝生產(chǎn)，并可以為不同的磨削應(yīng)用量身定制。設(shè)計(jì)和選擇既定的磨削應(yīng)用工藝，是預(yù)測(cè)和計(jì)算磨削負(fù)載的基礎(chǔ)。利用有限元分析方法，可以對(duì)不同的砂輪基體設(shè)計(jì)進(jìn)行有針對(duì)性的強(qiáng)度分析。這樣的話，就可以獲得一個(gè)經(jīng)過(guò)特殊載荷優(yōu)化設(shè)計(jì)后的輕量級(jí)金屬材質(zhì)的基體。而且，這個(gè)金屬材質(zhì)的基體可以保持和碳纖維基體一樣的重量，與此同時(shí)，角切入磨削應(yīng)用和其它有軸向負(fù)載的磨削應(yīng)用也變成了可能，并且還可以保持使用聲頻發(fā)射(AE)傳感技術(shù)（見圖3)。

圖3