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同其他切削工具一样，砂轮在加工了一定数量的工件后，同样会产生磨损。砂轮磨损后如继续使用，将引起振动、噪音、已加工表面粗糙度增大、产生裂纹、烧伤和残余张应力等，同时也不能保证工件的几何精度。

砂轮虽有一定的自砺性，例如粗磨时砂轮的磨削表面就是靠自砺更新的，但在一般条件下不可能完全自砺，因此磨损后必须及时修整，以获得良好的表面形貌，保证其磨削性能。

一、砂轮的修整

砂轮磨损到一定程度而不能正常工作时，或因砂轮工作表面被磨屑堵塞、塑性金属粘结而导致磨粒的磨削性能严重降低时，以及成形磨削砂轮廓形失真时，均应及时修整砂轮的工件表面。

砂 轮的修整应起到两个作用：一是去除外层已钝化的磨粒或去除已被磨屑堵塞了的一层磨粒，使新的磨粒显露出来；二是使砂轮修整后具有足够数量的有效切削刃，从 而提高已加工表面质量。前一要求容易达到，因为只要修整去适量的砂轮表面即可。后一要求则不易达到，往往随修整工具、修整用量和砂轮特性不同而异；满足后—要求的主要方法是控制砂轮的修整条件。

常用的修整工具有：单颗粒金刚石，碳化硅修整轮，电镀人造金刚石滚轮等。其中最常用的是单颗粒金刚石修整工具。

修整砂轮的合理工艺条件是：

(1)选用较小的修整导程：修整导程的大小主要取决于磨粒的尺度。磨粒的平均直径dg可按下式计算：

d_g＝0.7×25.4／h (14—14)

式中 d_g——磨粒的平均直径，mm；

h——磨粒的粒度号。

当修整的导程小于或等于砂轮磨粒的平均直径时，砂轮上的每颗磨粒都能与修整器的金刚石相碰而被切削，从而产生较多的有效切削刃，使砂轮有较好的切削性能。例如在同样修整深度下，用3mm／s的修整速度，工件表面粗糙度能达到及Ra0.32—0.63μm(▽8)，如改用0.25—0.5mm／s的低速来修整，工件表面粗糙度可减小到及Ra0.02μm以下(▽12以上)。

从砂轮的磨损量来看，用小导程修整比用大导程修整的磨损量要小一些。因为小导程修整的表面有效磨粒数多，在同样磨削条件下每个磨粒的平均负荷小，所以磨损量小。

(2)选用适宜的修整深度

修整深度的影响除与导程的影响有相似之处外，它还直接影响砂轮的使用寿命。如果修整深度太大，磨粒将会随着结合剂大量地脱落或折碎。这样，不仅砂轮损耗大，而且不易将砂轮修得平整，从而影响磨削表面质量。所以修整砂轮时的修整深度不宜大于磨粒平均直径d_g。试验表明，一般修整深度只要略大于0.04mm即可。合理地选择修整深度，既可保证修整的质量，又能延长砂轮的总使用寿命。

生产实践中，除了合理选择修整导程和修整深度外，还采用光修砂轮(即修整深度为零)来进一步提高修整质量。

二、砂轮的磨损机理

砂轮的磨损可分为磨耗磨损和破碎磨损(图14—20)。磨耗磨损(图中C—C部分)是由于磨粒和工件之间的摩擦而引起的。破碎磨损是磨粒的破碎(图中B—B)或结合剂上的破碎(图中A—A)。 破碎磨损的强烈程度取决于磨削力的大小和磨粒或结合剂的强度。两种磨损类型相比，破碎磨损所消耗砂轮的重量较多。对软砂轮来说，结合剂的破碎比磨粒的破碎 要多些。但从磨损后的影响来说，磨耗磨损影响较大，这是因为磨耗磨损直接影响到砂轮磨损表面的大小及磨削力等，而这些因素又反过来影响破碎磨损，从而影响 砂轮使用寿命(即砂轮相邻两次修整间的磨削时间)。

砂轮的磨损过程可分为三个磨损期(图14—21)， 各个磨损期的磨损机理是不同的。在初期磨损中，主要是磨粒的破碎磨损。这是由于刚修整过的砂轮表面仍不平整，少数磨粒比较突出，工作时，这些磨粒的负荷比 较大，因而迅速破碎。同时，在修整过程中有些磨粒在修整器的作用下，磨粒内部产生内应力及裂纹。这些磨粒在磨削力作用下也会迅速破碎。因此，初期磨损阶段 的曲线较陡。第二期磨损虽有一定数量的磨粒产生破碎磨损，但主要是磨耗磨损。故曲线较前者为缓。第三朔磨损主要是结合剂的破碎磨损，所以曲线也较陡。

除上述原因外，还由于磨削过程中产生的瞬时高温而引起磨粒的扩散磨损和粘结磨损。实验证明，金刚石磨料中的碳元素扩散熔解于铁内的能力大于氮化硼磨料中元素扩散熔解于铁内的能力，故金刚石砂轮不宜磨削钢料。

三、砂轮的使用寿命

砂粉使用寿命T是指砂轮相邻两次修整间的加工时间，用秒来表示。

各种因素是通过平均切削厚度来影响砂轮使用寿命的，如V_c、d_t、d_w增加或V_w、f_a、f_r的减小，都会使平均切削厚度减小，因而使作用在砂轮磨粒上的磨削力减小，则砂轮使用寿命可相应提高。

砂轮常用的合理使用寿命的参考值见表14—10。

砂轮使用寿命与各因素之间关系的经验公式为(外圆纵磨时)

(14—25)

式中 T——砂轮使用寿命，s；

d_w——工件直径，mm；

V_w—工件速度，m／s；

f_a、f_r——分别为轴向进给量和径向进结量，mm／r；

k_t——砂轮直径的修正系数(表14—11)；

k_m——工件材料的修正系数(表14—11)。

粗磨时，应保证砂轮使用寿命为合理值。精磨时，使用寿命应当按精度要求来选择，以免砂轮磨损太大而达不到精度要求。

目前，在粗磨时趋向于不按使用寿命来选择砂轮或衡量砂轮的切削性能，而是用“磨削比”来选择或评价砂轮。“磨削比”是单位时间内磨除金属的体积同砂轮磨耗体积之比。

四、砂轮的表面形貌

砂轮表面上磨粒的分布，每个磨粒的几何形状，特别是每个磨粒显露出来的切削刃以及这些切削刃所处的高度等等，构成了砂轮的表面形貌。目前的砂轮制造工艺决定了砂轮表面形貌是随机的，因此，砂轮表面上不同位置有不同的形貌。

砂轮的表面形貌对砂轮的磨削性能和工件已加工表面质量有极大的影响。因此，有必要对砂轮表面形貌进行研究。为了描述砂轮表面形貌，采用了XYZ三维参考系。将XY参考平面放在表面层中最高的磨粒峰顶上，如图14—22所示。在距原点任意值X处作平行于YZ平面的剖面，取得一些磨粒的剖面图，如图14—22下端所示，这便是砂轮表面距原点为X处的表面形貌图。图中Lg_l，Lg₂，…表示在该剖面内各磨粒平均中线间的距离；L_s1，l_s2，…表示在该剖面内各切削刃间的距离；Z_s1，Z_s2，…表示各切削刃尖端离砂轮表层顶平面(即XY平面)的距离。有了足够数量的形貌图就可以用数字来描述砂轮的表面形貌，同时还可以通过这些形貌图了解磨削的过程和预测已加工表面的粗糙度。但是，砂轮表面的形貌不是一成不变的，而是随着磨粒的磨损和脱落而变化的。

从形貌图可以看出，各磨粒的切削刃所处的高度是很不一致的，因此，磨削时只有少数较高的切削刃切到工件，这些切削刃称为有效切削刃；而多数切削刃则是切不到工件的，这 些切削刃称为无效切削刃。有资料表明，有效切削刃只占切削刃总数的5％—12％。不过，那些无效切削刃之中，在砂轮修整后，有部分可转化为有效切削刃。

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磨削表面质量包括磨削表面的微观不平度(表 面粗糙度)和磨削表面层的机械物理性能两方面内容。由于磨削点的瞬时温度变化可达1000℃左右，被磨工件表面层的金相组织和硬度将发生某种变化，同时也 将影响表层残余应力的性质和大小。又因为磨粒具有很大的负前角和刃区钝圆半径，且磨削厚度很小，因而磨削的加工硬化程度比其他切削加工方法严重得多，加上 磨粒随机分布的复杂情况等，使磨削表面质量问题成为有别于一般切削加工的特殊问题。

一、磨削表面的微观不平度

磨削表面的微观不平度一般都比普通切削为小，比较容易获得粗粮度小于Ra2—4μm的表面。由于砂轮及其轴承结构的改进、磨削技术的提高，故能进行粗糙度及Rz0.1—0.2μm的镜面加工。

工件磨削后的表面质量问题，关系到工件的耐磨性和使用寿命。而表面的粗糙度是影响耐磨性的重要因素。我们要在对磨削表面粗糙度的理论分析的基础上，来研究减小表面粗糙度的措施。

磨削表面粗糙度可在沿磨削速度方向及与它成90º的方向上来测量。在一般情况下，沿磨削速度方向测得的粗糙度很小，几乎可以略而不计。但在砂轮组织较松或工件速度V_w大时，该值就不可略去了。

如图14—23所示，假定磨粒的切削刃在砂轮表面是均匀分布的，而且高度完全一致，则垂直于磨削方向的理论微观最大不平度R_max2可下式计算：

（14—16）

式中 V_c、V_w—分别为砂轮和工件的速度；

R_t、R_w—分别为砂轮和工件的半径。

m——单位面积上的磨粒数；：

e—未变形的切屑宽度与未变形的切屑平均厚度的比值。

由上式可知：降低V_w，增加V_c、R_w、R_t及以及采用粒度号数大的砂轮，都可使Rmax2减小。

分析上述理论公式，亦可提出减小磨削表面粗糙度的主要措施：

(1)采用粒度号数大的砂轮，使m值增大，可减小磨削表面粗糙度。

(2)提高砂轮转速，或降低工件转速，使V_c／V_w的比值增大，亦可显著减小磨削表面粗糙度。

(3)采用直径较大的砂轮，有利于减小磨削表面粗糙度；同理，在磨削直径大的工件时表面粗糙度较小。

(4)如前所述，砂轮宽度B大时，同时参加工作的磨粒数增加，分摊在每个磨粒上的磨削量减少，单个磨粒的最大切削厚度h_Dgmax减小，上式中的e值增大，可减小磨削表面粗糙度。也可以用砂轮宽度B与轴向进给量f_a的比值j＝B／f_a来表示，j越大，则垂直于磨削方向测量的不平度越小。

(5)磨粒切削刃高度的等高性越好，则垂直于磨削方向所测量的不平度越小。

上述分析结论是在理想情况下得出的。实际上，磨削表面不平度比理论计算值要大得多，因此，这一类理论公式没有定量分析的意义，只能够帮助我们定性地认识磨削表面不平度变化的趋势。

在生产实际中，磨削表面微观不平度大的主要原因，往往是由于磨床主轴振动和磨粒切削刃的高度不一致。改进了磨床主轴轴承的结构、提高砂轮修整质量以及做好砂轮的动平衡之后，加工表面的微观不平度可能逐渐接近于理论值(如镜面磨削)。

二、磨削表面层的机械(物理)性能

磨削表面层的(机械物理)性能，主要是指磨削表面层的显微硬度、局部显微组织与残余应力。

1.磨削表面层金相组织的变化——磨削烧伤

磨削烧伤表面所呈现的颜色是由于磨削热使工件表面产生氧化膜所反映的干涉颜色，即相当于所谓回火颜色。但回火是在较低温度、长时间加热的条件下进行的，而磨削烧伤则是在瞬时高温加热中产生的。

图14—24所 示为淬火高速钢磨削后表面层硬度变化的情况：在离加工表面0.05mm的深度上，硬度很高，这是回火马氏体转变成奥氏体后，由于急冷的作用又转变为白色马 氏体的缘故。再往深处，白色马氏体只在晶界上发展，其他都转为过回火组织，硬度逐渐下降。这种现象在0.1mm左右的深度最为严重。再往深处，过回火组织 逐渐减少，硬度上升。到了0.175mm以后，因这部分金属末受磨削热的影响，金相组织没有变化，保持了原来工件基体的硬度。

其 他钢件磨削烧伤后表层硬度和组织变化情况，与高速钢的硬度变化大体相似，仅仅是它们的表层受磨削热的影响深度不同而已。不同工件材料的烧伤敏感程度各不相 同。材料的碳或合金含量越高，则导热性越差，因此，即使磨削条件相同，但其磨削温度相对要高，容易烧伤；耐高温材料的高温强度高，磨削功率大，产生的磨削 热多，则磨削温度高，故也容易烧伤。含碳量相同的材料，淬火硬度越高的，其马氏件—屈氏体越不稳定，磨削时，表面易变为珠光体。淬火后回火的材料，组织较 稳定，故较不易烧伤(不易产生相变)。

磨削烧伤会破坏工件表层组织，严重时也会产生裂纹，而使工件表面的质量恶化，严重地影响工件的耐磨性和使用寿命。因此，必须避免磨削烧伤。

2.磨削表面层的残余应力

残余张应力是零件在磨削后发生挠曲和形状时效变化的原因，并会因此而产生磨削裂纹，降低零件的疲劳强度，故应引起重视。

产生磨削表面残余应力的主要原因是：

(1)相变引起金相组织的体积变化；

(2)温度引起的热胀冷缩和塑性变形的综合结果。

磨削高碳钢时，容易出现残余张应力。减小轴向进给量，一般可以减少残余张应力。精磨时，径向进给量小于0.025—0.03mm的情况下，径向进给量越小，则残余张应力越小。

对HRC59的淬火并回火的合金钢(1.0％C，1.25％Cr，0.19％V)的试样进行试验，得到如下结果：径向进给量增加，则残余张应力也增加(图14—25)。

残余应力与光磨次数有关。光磨10次后，表层内残余应力减少2—3倍；光磨15次，残余应力减少4—5倍(均是与光磨1次相比)。

由上可知，在精磨时，减少进给量和适当的光磨，对减少残余应力是行之有效的。

对淬火45钢所进行的磨削残余应力的研究表明：淬火45钢若进行低温回火，并在磨削时注意使用切削液，则可获得残余压应力，但回火温度不宜太高，以免降低零件的耐磨性

3.磨削裂纹

在 磨削淬火钢、渗碳钢、硬质合金等工件时，常常在与磨削速度垂直的方向上发生微小龟裂，在严重的情况下发展成为龟壳状的裂纹。原因是磨削表面局部瞬时高温和 随即又急剧冷却造成的热应力导致裂纹出现。很明显，工件表面裂纹尖端应力的奇异性和缺口的锐度效应，将降低零件的疲劳强度，甚至早期出现低应力脆性断裂。 因此，一方面要设法避免裂纹产生，另一方面也应有适宜的检验方法(如采用铁粉法、荧光物质法等无损检阅技术以及稀硝酸腐蚀法)来检查工件已加工表面质量。

4.改善磨削表面层机械物理性能变化的途径

由以上的分析可知：磨削时影响磨削表面质量的因素是多方面的，但影响磨削表面质量的主要因素是：磨削过程中的塑性变形和磨削热。因此，要提高磨削表面质量，就必须采取措施解决上述两个问题。主要应采取两方面的措施：一是减少磨削热的产生，二是加速磨削热的传出。

减少磨削热的办法是：减小径向进给量f_r(生产中常常是一开始采用较大的f_r， 最后几次进给量减小，并进行光磨)；选取较软的砂轮；减少工件和砂轮的接触面积(例如在端面磨时。将砂轮轴略微倾斜，使砂轮端面只有一部分与工件接触)； 根据磨削要求合理选择砂轮的粒度；经常保持砂轮在锋利条件下磨削，并选择适宜的润滑性能较好的切削液，以减小磨粒与工件间摩擦等。

加速磨削热传出的措施是：除了适当提高工件速度和轴向进给量外，主要是采用有效的冷却方法。为了提高冷却效果，可采用喷雾冷却、高压冷却和内冷却等。如果用内冷却方法，切削液应仔细过滤，以免堵塞砂轮。

三、磨削精度

凡是影响磨削加工中砂轮和工件相对位置变化的因素，都会影响磨削精度。主要有：

(1)由磨削力引起的磨床及工件的弹性变形；

(2)磨床和工件的热变形；

(3)砂轮磨损引起砂轮形状及尺寸的变化；

(4)磨床及工件的振动等。

在这些因素中最重要的是工艺系统的弹性变形。

如前所述，由于径向磨削力很大，它所造成的弹性变形而引起砂轮切削深度的变化量，相对于原有的微小的切削深度(机床调整量)来说是不能忽视的。图14—26所示为砂轮架径向进给量f_r与工件半径减小值的关系。这就说明，即使磨床确保了正确的径向进给量，也不能直接加工出所期望的工件尺寸。因此，在生产中不能不多次反复做。“无火花”磨削，即不再有径向进给量f_r，只做反复纵磨，利用工艺系统的弹性恢复来实现越来越小的实际进给f_r△。

热 变形问题也是影响磨削精度的重要因素。工件受热膨胀，由于温度分布未必均匀，膨胀也就是不均匀的，如果在这种状态下进行磨削，冷却后就会产生形状误差。越 是热容量小而温度分布不容易均一的小型工件，上述影响越显著。薄板等工件磨削后容易产生挠曲。解决办法是，大量使用冷却性能好的磨削液来控制温升和防止温 度不均；采取将成为热源的液压系统油箱及磨削液油箱同床身分离的措施以减小磨床的热变形等。

砂轮磨损当然对工件的形状和尺寸精度有影响，据估算，在一分钟的磨削中，砂轮在半径方向上就减少4—10μm。在成形磨削中，由于砂轮各点的磨削深度不同，尖角处容易崩坏等原因，很容易造成形状误差。

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目前，磨削正朝着两个方向发展：—是高精度、小粗糙度磨削，二是高效磨削。

高精度、小粗糙度磨削的出现，可代替研磨加工。这样可节省工时和减轻劳动强度。高效磨削的出现，提高了生产率；特别是强力磨削，它可在铸、锻件毛坯上直接磨出合乎要求的零件，使粗、精加工工序合并在一个工序中完成，使生产率得到很大的提高。

一、高精度、小粗糙度磨削

前面已谈到：磨削表面微观不平度变大的主要原因，是磨床主轴振动和砂轮表面的磨粒切削刃高度不一致。这就是影响进行高精度、小粗糙度磨削的主要障碍。因此，需从下列两方面入手解决这个问题。

1.对砂轮的要求

实现高精度、小粗糙度磨削时，对砂轮表面状态的要求是：砂轮表面的磨粒应具有微刃性和等高性(图14—27)。

磨削时，磨粒在工件表面上只切下微细的切屑，同时在适当的磨削压力下，借助半钝状态的微刃与工件表面间产生的摩擦而起抛光作用来获得高精度和小粗糙度的磨削表面。例如用小修整导程和小修整深度修整的较细粒度(60^﹟一320^﹟)的砂轮来磨削工件，能获得小粗糙度Rz0.1—0.2μm（▽12）；若用更细的粒度(W14—W5)、树脂结合剂并加有石墨填料的砂轮，经过更精细地修整砂轮，在适当的磨削压力下，经过一定时间的磨削—抛光作用，则可获得Rz0.05μm（▽14）的表面—镜面。

2.对磨床的要求

进行高精度、小粗糙度磨削的磨床，其砂轮主轴应有高的回转精度；运转部件要求经过很好地动平衡；进给机构运动精度要高、灵敏和稳定，其中特别要求工作台在低速修整砂轮时无爬行现象，往复速度差不超过10％，这是位砂轮表面磨粒切削刃获得微刃性和等高性的基本要求。

其次还要求切削液供应充分，并需进行精细的过滤。

3.工艺参数的选择

外圆磨削时参数见附录13表13.1，内圆磨削时参数见附录13的表13.2，平面磨削参数见附录的表13.3。

二、高效磨削

采用高效磨削可提高生产效率，扩大磨削加工范围。

1.高速磨削

普通磨床的砂轮速度为30—35m／s。当砂轮速度高于45或50m/s以上时，称为高速磨削。

(1)高速磨削机理：砂轮速度提高后，使单位时间内通过磨削区的磨粒数增加。若进给量保持与普通磨削时相同，则高速磨削时每颗磨粒切削厚度变薄，同时使每颗磨粒的负荷减小。因此，高速磨削有如下特点：

①生产率高。如果高速磨削切削厚度保持与普通磨削一样，则高速磨削可相应提高进给量，所以生产率比普通磨削高30％—100％。

②砂轮使用寿命可提高。由于每颗磨粒上所承受的切削负荷减小，则每颗磨粒的磨削时间可相对延长，因此可提高砂轮的使用寿命。

③可提高精度和减小磨削表面的粗糙度。由于每颗磨粒切削厚度变薄，每颗磨粒在通过磨削区时，在工件表面上留下的磨痕深度减小。同时，由于速度提高，使磨削表面由于塑性变形而形成的隆起高度也减小，因此可减小磨削表面粗糙度。

由于切削厚度薄，所以径向磨削力F_p也相应减小，从而有利于保证工件(特别是刚性差的工件)的加工精度。

④改善磨削表面质量。在高速磨削时，需要相应提高工件转速，使砂轮与工件的接触时间缩短，这样使传至工件的磨削热减少，从而减少或避免产生烧伤和裂纹的现象。

(2)磨床改装及其他措施：由于高速磨削的速度(50—80m／s)比普通磨削高，因此磨床的功率应相应增加，同时，在防振和防止砂轮破裂的安全方面部要采取有效的措施。

高速磨削过程中，磨削温度较高。为了减少和避免磨削烧伤和裂纹，可采用加有极压添加剂的切削液，以减少磨粒和工件之间的摩擦，从而减少磨削热的产生。

(3)砂轮的选择：由于高速磨削的特点，应用的砂轮需作恰当选择(表14—12)。

高速磨削一般碳钢或合金钢时，最好采用棕刚玉(A)和微晶刚玉(MA)。磨球墨铸铁时则可采用棕钢玉(A)和绿色碳化硅(GC)的混合磨料。

(4)高速磨削参数：按附录14选择。

2.强力磨削

强力磨削就是以大的径向进给量(可达十几毫米)和缓慢的纵向进给量进行磨削。

(1)强力磨削的机理：普通磨削的纵向进给速度通常为0.033—0.042m／s(2—2.5m／min)，而强力磨削的纵向进给速度则为0.000166—0.005m/s(0.0l一0.3m／min)。这样就使单个磨粒的切削厚度大为减小，因而作用在每个磨粒上的力也减小。

(2)强力磨削的特点：

①生产效率高：由于采用缓速纵向进给和大的径向进给，这样就可在铸、锻毛坯上直接磨出零件所要求的表面形状及尺寸。同时，由于径向进给大，故砂轮与工件的接触弧长要比普通磨削时的接触孤长大得多（图14-28）。这样，单位时间内同时参加磨削工作的磨粒数目随着径向进给量的增大而增加。因此，能充分发挥机床和砂轮的潜力，使生产效率得以提高。

②扩大磨削工艺范围：由于径向进给量f_r很大，对毛坯加工能一次成形，所以能有效地解决一些难加工材料(如燃气轮机的叶片)的成型表面的加工问题。

③不易损伤砂轮：强力磨削时，工件作缓慢的纵向进给，这样便减轻了磨粒与工件边缘的冲击。同时也减少了机床的振动，已加工表面的波纹小。

④精度稳定：由于单个磨粒的切削厚度小，每个磨粒上所受的力也小，因而能在较长的时间内保持砂轮的轮廓形状，所以被磨削零件的精度比较稳定。

⑤磨削力和磨削热大：大的径向进给，使同时参加工作的磨粒数增加。这样虽然大大地提高生产率，但也增大了切削力和切削热。因此，进行强力磨削时必须充分供应切削液，以降低磨削温度，保证磨削表面质量。

采用强力磨削时，磨床须进行必要的改装。砂轮的选择亦应适应上述特点；例如，宜用粗粒度和大气孔或琉松组织的砂轮，以利于排屑和散热等。

3.砂带磨削

砂带磨削是一种新的高效磨削方法，自60年代以来，它的发展极为迅速，应用范围也越来越广泛。估计工业发达国家的磨削加工，目前，约有1/3左右由砂带取代砂轮。而原联邦德国尤为突出，早在1963年，砂带磨削已占磨削加工量的50％—60％。

砂带磨削具有下列几个特点：

(1)设备简单：砂带磨削设备一般都比较简单，如图14—29所示，砂带安装在压轮(接触轮)和张紧轮上，由回转运动实现切削运动；工件自传送带送至支承板上方的磨削区，实现进给运动，经过砂带磨削区即完成加工任务。

(2)生产效率高：砂带磨削的生产效率很高，它比铣削的生产效率高10倍；如以切除同样金属余量的加工时间作比较，则铣削、拉削或砂轮磨削比砂带磨削要多4—10倍。

(3)加工质量好：砂带磨削的粗糙度，一般达到及Ra0.63—0.16μm(▽7—▽9)，加工精度也比较高。

(4)能磨削复杂形面：砂带具有一定的柔曲性，能磨削复杂形面的工件。如图14—30所 示，导向板外形是和工件成形表面相适应的，改变导向板的外形，就可磨削所需的工件成形表面。也可将压轮设计成相应的成形表面，用以加工回转体或平面的成形 表面。如果工件成形表面的截面变化较大，为避免砂带折裂和磨粒脱落，可采用分段成形磨削。砂带成形磨削的应用比较广泛，如导弹头外形、航空喷气发动机叶片 的复杂形面等精密加工。

由 于砂带磨削的应用十分广泛，故有七十年代万能工具的称誉。目前，强力砂带磨削和宽砂带(宽度达3m甚至更宽)应用，使生产率进一步得到提高；与此相应出现 了高刚性、高强度的砂带磨床，有的磨床电动机功率高达182.5KW(250HP)。砂带磨削总的趋势是向着高生产率和砂带高使用寿命方向发展。

4.适应控制磨削

磨 削的适应控制，是在变化着的工作条件(如工件毛坯余量、硬度和工件刚性等)变化较大、难以预知的情况下，利用适控系统，使有关的磨削用量与之相适应，从而 使磨削过程始终处于或接近一个稳定的最佳状态，这样就能最大限度地合理利用机床和砂轮的切削能力，在保证工件质量的前提下提高加工效率，降低加工成本，防 止设备和工具发生事故，使磨削过程实现最优化(见图14—32)。

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ＣＢＮ （ＣｌｌｂｉＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ立方氮化硼）是在高温高压下合成的非天然物质，其 硬度仅次于金刚石，且具有较高的热稳定性，在１２００—１３００ｏＣ时，也不与铁系金属起化学作用，是理想的切削铁系金属的刀具材料．自从１９５７年美国 ＧＥ公司首先开发成功后，ＣＢＮ主要作为磨料用于磨削．７０年代初期苏联、美国、中国等国家又先后研制成功了大颗粒的ＰＣＢＮ （ＰｏｌｙＣｒｙｓｔａｌｌｉｎＣｕｂｉｃＢｏｒｏｎＮｉｅｄｅ聚晶立方氨化硼）烧结块及ＰＣＢＮ复合片，开始用于切削加工．ＰＣＢＮ是ＣＢＮ颗粒加结合 剂在高温高压下烧结而成，具有和ＣＢＮ几乎相同的耐热性和硬度，根据结合剂种类的不同及ＣＢＮ含量的不同，ＰＣＢＮ复合片的切削性能也有所不同ｌ’， ２１．目前各国都推出了不同牌号的ＰＣＢＮ复合片．我国使用较多的是贵州第六砂轮厂生产的ＰＣＢＮ复合片，进口的ＰＣＢＮ复合片主要是英国ｈＢｅｅｒｓ公 司和美国ＧＥ公司的产品．本文就实际应用ＰＣＢＮ刀具进行切削加工的参数选取等进行探讨．ＩＰＣＢＮ刀具几何参数选择复合片脆性比硬质合金大，因此，在设 计ＰＣＢＮ刀具时要着重考虑刀刃及刀尖强度问题．在ＰＣＢＮ刀具研制及使用过程中，为增强刀尖强度，将刀尖部分研磨成半径为Ｃ。０．４ｍｍ的刀尖圆弧；增 加切削刃强度的方法主要是磨制出负倒棱，倒棱前角取ｙｏ— 一１０ｏ——３０ｏ，负倒核宽度与切削用量及被加工材料性能有关．在加工高合金耐磨铸铁时，用国产ＰＣＢＮ复合片，倒校前角ｙｏ－２０ｏ，负倒棱宽度ｂ， 一０．３采用切削用量为：切削速度ｖ—９３．４４ｍ／Ｉｎｉｎ、进给量ｆ—０·４８Ｉｎｍ／ｒ、背吃刀量ａｐ—０．５ｍｍ、切削时间为６ｍｍ、刀具后刀面 磨损ＶＢ＝０．Ｉｎｎｎ左右，切削平稳，加工表面质量符合技术要求．用相同的ａ。和ｆ，且要保证切削时间同样为６Ｉｍｎ（加工完一个工件）时，如用 ＹＴ１５硬质合金刀具，切削速度只能选择ｖ—２５ｆｏｒ．用俄罗斯产＊ＣＢＮ刀具切削表面喷焊材料（含镍刀％一８０％，硬度为ＨＲ刀）时，切削用量为：切 削速度Ｖ＝Ｈｍ／Ｉｎｊｎ、背吃刀量ｑ一０．８——、进给量ｆ—ｏ．３见叩，考虑具体情况，取刀尖圆弧半径、一０．６——，刀具切削时间ｇｏｎｕｎ，加工 表面粗糙度为凡一２．８仰ｎ，满足技术要求．而用国产＊＊＊Ｎ刀具采用同样的切削用量时，仅切削３ｎｕｎ即产生崩刃．为保证切削刃有足够强度，后角要取得 小一些，一般不大于６ｏＺ前角和刃倾角可取为队主偏角和副切削刃的设计则要根据具体加工情况而定ｍ．２ＰＣＢＮ刀具切削部分的结构形式及特点分析目前常见 ＰＣＢＮ刀具切削部分的结构种类如图１所示．图ｌａ结构为大颗粒烧结块固定于刀头之上，然后再通过机夹方式将此刀头夹于刀杆之上．目前俄罗斯的刀具常用这 种结构形式．这种结构容易出现的问题是当切削时间较长或选择切削用量较大时，切削温度较高，刀头材料软化，易造成打刀或烧结块脱落；另一个缺点是烧结块大 小有限，因此重磨次数少，且重磨时需磨３个刀面．图比所示结构为机夹可重磨式复合刀头，这种结构具有一般机夹刀具的优点，即刀头部分可重磨，增加了刀具的 使用寿命，刀杯又可重复使用．但就刀具整体而言，刀头部分占整个刀具成本的９０％左右．这种结构也存在缺点，即增加了一个连接部分，刀头夹固不好时，产生 微小的串动也会造成打刀，刀具的可靠性有所降低；另一个弱点是刀尖部分ＰＣＢＮ复合片面积小，重磨次数非常有限，同时ＰＣＢＮ复合片与刀头焊接面积小，当 切削温度升高时，焊接部分软化，强度下降，整个ＰＣＢＮ复合片易脱落，造成打刀．图ＩＣ所示为在可转位硬质合金刀片一角上焊有一ＰＣＢＮ复合片．这种结构 同标准硬质合金刀片一样，可直接用于可转位刀杆之上，这种结构同图ｆｏ所示结构具有同样缺点，而且还不能重磨，因此，成本较高．目前这种结构刀具主要用于 自动化程度较高的加工中心及数控机床．图ｉｄ为焊接式ＰＣＢＮ刀具结构．此种结构特点是重磨次数多，且ＰＣＢＮ复合片与刀具连接可靠．但这种刀具要求 ＰＣＢＮ复合片质量要高，不然易产生大面积崩刃，使整个刀具报废．３ＰＣＢＮ刀具切削用量的选择原则３．ｌ切削速度的选择ＰＣＢＮ刀具材料由于其常温与高 温硬度都很高，且热稳定性好，因此可以用于较高速度的切削加工．试验研究证明，其切削速度高于一定数值后，切削速度与刀具寿命关系便不再符合泰勒公式．图 ２所示为ＰＣＢＮ刀具切削淬硬高速钢的磨损曲线［４］．由图２可以看出，当切削速度低于５４ｗｔ时，刀具寿命随切削速度提高而增加，当切削速度高于 ５４ｆｏｒ时，刀具寿命随速度提高而降低．由图３可看出，当切削灰铸铁时，切削速度在高速区域刀具寿命反而高ｌｑ．因此可以看出，ＰＣＢＮ刀具的切削速度 有一最佳值且与被切削材料的性能有关，同时也与背吃刀量有关．实验研究证明，采用ＰＣＢＮ刀具切削淬硬材料和灰铸铁时，可以得到很小的表面粗糙度值，另外 可以以车代磨提高效率．３．２背吃刀量的选择选择背吃刀量应先考虑金属的软化效应．金属软化最早由英国ＤｅＢｅｅｒｓ公司发现并提出的，认为用ＰＣＢＮ刀 具切削硬度大于ＨＲＣ４５的淬火材料时，精细切削易造成刀具快速磨损，而大切深的粗加工由于有足够的热量对切削区金属进行软化，ＰＣＢＮ刀具的磨损反而降 低，ＰＣＢＮ刀具的上述切削性能称为金属软化效应．图４中两把刀具ＢＮＩ、ＢＮ３的材料来源、刀具角度、工件材料完全一致，在试验开始约ｓｎｄｎ后，大切 深（０．６ｍｍ）的ＢＮ３刀具磨损开始小于小切深（０．２ｍｍ）的ＢＮＩ刀具磨损，随着切削时间的延长，两者的差值有扩大的趋势．比较图５中两把刀具的切 削力对比，也可看出，ＢＮ３的切削力是ＢＮＩ的近３倍，这说明ＢＮ３切削刀尖部分在承受３倍于ＢＮＩ切削力的情况下，其磨损反而更低，这就是ＰＣＢＮ这种 超硬材料刀具所独有的金属软化现象Ｉ’］．要使ＰＣＢＮ刀具切削时产生金属软化效应，就需使切削面积足够大，有资料表明，产生金属软化的临界面积为０． Ｚｍｍｘｏ．６ｍｒｎ．因此，在进给量确定后，背吃刀量的选择应考虑生成大于产生金属软化效应的切削面积．３．３进给量的选择由于ＰＣＢＮ刀具需制出负倒 棱，因此，进给量的选择要大于倒棱宽度．另外，ＰＣＢＮ刀具主要用于精加工，背吃刀量一般较小，为产生金属软化效应，进给量应取大些．在加工高铬铸铁时取 ｆ—０．４８ｒｕｍ／ｒ，ｔｏ工表面喷镍压辊时取ｆ—０．３ｍｍ／ｒ，都取得了较好的效果．切削用量的选择要注意这三者之间的综合影响，ＰＣＢＮ复合片耐 高温，但复合片与其它部分的连接强度往往制约切削效率的提高．如切削杂质泵套（高铬抗磨铸铁材质），当选用切削用量：ｖ—９４ｍ／ｒｘｌｌｌ：ｌ、ｆ— ０．４８ｎｕｎ／ｒ、ａ。一０．５０ｍｍ时，加工一个件的切削时间为４ｍｉｎ，刀具磨损不明显，加工表面质量满足要求．但将切削用量调整为ｖ— １１５ｍ／Ｉｎｉｎ、ｆ—０．４８ｎｄ、闪一２ｒｕｍ时，复合刀片与刀体连接部脱焊，刀片错位，造成打刀．４适合ＰＣＢＮ刀具加工的材料硬度由于ＰＣＢＮ 刀具耐高温１２００—１３００℃，而且在１２００℃以上也不与铁系金属产生化学反应，因此，目前ＰＣＢＮ刀具多用于淬硬钢、冷硬铸铁及表面热喷涂料的切削 加工，而用于加工中等硬度的材料时往往体现不出较好的切削性能．在一定条件下，刀具寿命与工件硬度的关系如图６所示．在两种不同切削速度下，ＰＣＢＮ刀具 的寿命都在工件硬度ＩＩＲＣ３５左右时最低，因此就ＰＣＢＮ刀具而言不适用于加工中等硬度的材料．图７所示为不同工件硬度下，ＰＣＢＮ刀具与硬质合金刀具 寿命的对比．可看出：在加工中、低硬度的工件时，ＰＣＢＮ刀具寿命还没有硬质合金刀具寿命高．在加工ＨＲＣ５０以上硬度工件时，刀具才开始发挥出其超硬性 能，在加工ＨＲＣ６０以上硬度的工件时，其寿命要高于硬质合金刀具寿命１０倍以上．从以上分析看出：ＰＣＢＮ刀具用于加工高硬度材料才能发挥出其优越的性 能．５ＰＣＢＮ刀具的使用条件１）加工设备由于ＰＣＢＮ刀具脆性大，因此要求机床主轴偏摆要小，刀架及整个加工系统刚性要好，且机床振动要小，以防打刀． ２）冷却润滑虽然ＰＣＢＮ复合片能承受１２００～１３００℃的切削温度，但ＰＣＢＮ复合片与刀体的连接部分却仅能承受７００℃（铜焊情况下）左右的温度， 因此，最好进行冷却润滑．但是ＰＣＢＮ刀具在１０００ｔ左右时易产生磨损，因此不宜用水或其它氧化性冷却液，以免加剧氧化磨损．比较适宜的冷却液是有极压 作用的切削油．３）ＰＣＢＮ刀具使用前的修磨与检查ＰＣＢＮ刀具使用前最好将前、后刀面进行研磨，以减小切削过程中的摩擦，另外也可以提高切削刃的直线度 预防刀具的非正常破损．在使用前要用５０倍以上的放大镜检查切削刃的质量，若锯齿度大将会影响刀具寿命．（下转第刀页）（上接第６７页）６结语由于 ＰＣＢＮ刀具应用前景广阔，应用时应充分了解其使用条件和切削性能，使效益价格比达到最高．ＰＣＢＮ复合片用于切削加工近２０年，且已有很多成功实例，但 对这种刀具材料切削性能的系统定量研究还很不深人．其原因之一是刀具价格太高；之二是国产刀片材质性能还很不稳定，再就是能发挥其切削效果的高硬度被加工 材料也比较昂贵．因此，为开发出高效的超硬材料ＰＣＢＮ刀具，还需投人大量的财力及人力进行深人系统的研究，以取得能真正用于生产实际、产生经济效益的研 究成果 ．

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天 然金刚石（简称ND）在工具方面的应用已有几千年的历史。在本世纪中期，人们发明了人 造合成聚晶金刚石（简称PCD）。ND属于各向异性，在不同的晶面上，其硬度和耐磨性相差很大，在刃磨和使用时必须正确选问。PCD是各向同性，其强度和 韧性高于ND，但硬度低于ND 。用同样的工艺方法，以硬质合金为基底，上面铺设一层厚0．5～1mm的人造金刚石细粉，经压制可制成复合片（简称PCD／CC）。PCD／CC的性能和 应用均与PCD相同。近年，出现了金刚石涂层工具，即在硬质合金或陶瓷的基体上，用化学气相沉积工艺（CVD）涂覆一层厚 10～20μm的金刚石薄膜，成为金刚石薄膜涂层工具（简称CD）。用相同的CVD工艺，亦可制成金刚石厚膜工具（简称TFD）。厚膜在其他基体上生成， 厚度为O．5～2mm，切割成小片后焊在硬质合金片上，形成TFD工具。TFD与CD的金刚石膜的机械、物理性能介于ND 与PCD之间，并具有两者的优势。在与基体之间的结合力方面，研磨表面以及重磨等方面，TF D又优于CD，故TFDI具具有远大的发展前途和广阔的应用前景。用TFD刀具可车削纯钨及碳化钨合金（硬质含金YG6），下面分别加以介绍。2用fi； 1）刀具车削纯钨由于纯钨的硬度较高，在制造过程中，可能生成高硬度的WC夹杂在其中，故切削加工十分困难。现用TFD、 CBN（立方氮化硼）和YSS细晶粒丑类硬质合金）3种刀具车削纯钨律，进行对比试验。刀具几何参数：TfD：几一一手，枷一75”，G＝0． snuninN：几二队什一7予，G＝o ．5YSS：几一ZO，什一75”，G＝0．5mrn切削用量：岭一0．l。，f＝0．po Inm／，。＝3m八山n用3种刀具车削纯钨的磨损曲线如图1。在3种切削速度下（切削条件同图1），用TFD刀具车削纯钨的磨损曲线见图人取刀具磨钝标 准为VB＝0．07mm，根据图2中的数据得出T－。曲线，见图人在3种进给量下，用｛D？，n、CBN刀具车削纯钨，测得的已加工表面粗糙度曲线如图克 由留卜图4可知，TFD刀具的寿命最长，已加工表面质量最佳。用D？D刀具车削钝钨，其适用切HJJ速度在5－IOm／min。3用ThiD刀具车削硬质 含金YG6YG6是刀具、矿山地质工具、模具和耐磨件用的K类硬质合金。其化学成分为94 ％WC，6％Co，密度为14．6－15．og／Cm3，硬度为89．5HRA，抗弯强度为 1．45GPa。除超硬刀具外，其他刀具材料均不能切削YG6o为此，在3种切削速度下，用 TFD刀具对YG6进行切削试验。刀具几何参数：几一一千，kn＝7于人S＝－y，G＝0． 6切削用量：q一队1一，f＝0．仍m／n，n一历．4n／nfl。27．8m／ndn刀8 ．4m／whn。刀具磨损曲线见图又取磨钝标准为把一O．lmrn，由图5可绘制出T－t）曲线，如图6所示。进一步处理可得出泰勒方程：5叨””3； i，iir由此可见，用ThD刀具车削YG6，切削速度可推荐为15－30m／then。4结论a．CVD金刚石涂层刀具是近年来发展起来的金刚石刀具新 品种，兼有天然金刚石和人造聚晶金刚石的优点。TFD有可能替代天然金刚石成为有色金属及其合金精密加工与超精密加工的刀具材料。b．与CD相比，TFD 刀具的性能更为可靠，使用起来更方便。故TI？D更有发展前途。c．某些不含铁元素的硬金属材料与非金属材料，用其他刀具不能进行加工，或使用寿命过短， 而用TFD刀具则能有效地加工这些难加工材料。车fflJ纯钨和硬质合金YG6则是其中的两个例子。d．由于金刚石与工件 材料之间的摩擦系数小，故可得到更好的已加工表面质量。

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利 用正交试验法，通过用ＣＢＮ刀对ＧＣｒ１５轴承 钢精车切削试验并对试验数据进行了多元线性处理，得出了在此切削条件下的切削用量三因素与刀 具耐用度的Ｔａｙｌｏｒ公式，为解决难加工材料ＧＣｒ１５轴承钢的精车及实际生产提供了经验 。关键词ＣＢＮ刀；精车；正交试验；切削参数中图资料分类号ＴＧ５０１０引言目前加工淬火钢 一般采用磨削工艺，磨削虽可获得高精度与低表面粗糙度的效果，但这种工艺存在生产率较低，加 工费用高，有时表面质量不够理想。特别是轴承厂对轴承内、外圈粗磨时，由于热处理后的变形量 较大，或当操作工人切削用量（尤其是进给量）增大时，可明显提高生产率，但却造成工件的局部 退火烧伤，致使生产出的轴承质量明显下降。随着新型刀具材料的不断出现和发展，淬火钢可用Ｃ ＢＮ刀具进行切削加工〔１〕，从而为解决难加工材料ＧＣｒ１５轴承套圈的硬态精车，开辟了一 条新的途径。采用首都航天机械公司工具厂生产的ＣＬＳ－Ｆ型立方氮化硼复合聚晶刀具，对ＧＣ ｒ１５轴承钢外圈进行了精车试验。１试件材料选用ＧＣｒ１５轴承钢（淬火）作为试验用工件材 料，其化学成份如表１。物理机械性能见表２。表１名称含量ＣＳｉＭｎＣｒＮｉＣｕＰＳＧＣｒ １５０．９５～１．０５０．１５～０．３５０．２０～０．４０１．３０～１．６０≤０．３０ ≤０．２５≯０．０２７≯０．０２０表２工件材料热处理状态硬度（ＨＲＣ）抗拉强度σｂ（Ｇ Ｐａ）延伸率δ（％）冲击值（ＭＪ／ｍ２）导热系数ＫＷ／ｍ·℃ＧＣｒ１５淬火６０～６３０ ．５８９～０．７１６１５～２５０．４４１４０．１由表２可知，该材料硬度高，导热系数小， 属于难加工材料。这将使切削加工时切削力大，切削温度高，力与热集中于刀尖附近，易使刀具磨 损，破损甚至崩刃。故一般刀具材料（Ｈ．Ｓ．Ｓ／Ｃａｒｂｉｄｅｓ）胜任不了这一切削任务， 选用ＣＢＮ－Ｈ刀具进行切削试验。２试验条件及方案试验设备及试验条件如表３所示。表３机床 ＣＡ６１４０，有可控硅无级调速装置，精度未作调整。工件及尺寸ＧＣｒ１５轴承钢，淬火ＨＲ Ｃ６０－６３，１３０×２２轴承外圈。刀具１．材料：ＤＬＳ－Ｆ型ＣＢＮ－Ｈ外圆车刀２． 几何参数：γ０＝０°，α０＝６°，κｒ＝４５°，κ′ｒ＝３５°，λｓ＝０°，ｒε＝０． ４－０．６。用放大１０倍放大镜检验刀刃无缺陷３．刀杆载面尺寸：１８×１８４．刀尖伸出长 度：２０切削用量：（２）１．切削速度：ｖ＝８０－１３０ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝２００－３００ｒ ／ｍｉｎ）。２．进给量：ｆ＝０．１６－０．２０ｍｍ／ｒ。３．背吃刀量：ａｐ＝０．１０－ ０．２０ｍｍ。切削液：无，干切测试仪器：１．２２２１型压电式表面粗糙度检查仪２．×１０ 单管显微镜３．秒表采用正交试验法来确定一组合理的切削用量对刀具耐用度的影响〔３〕，为此 ，选用Ｌ９（３３）正交表来进行表头设计，分别以各因子取值范围的临界值为高水平和低水平， 中间水平（零水平），按下式决定：Ｖ０＝Ｖ＋１＋Ｖ－１２＝８１．７＋１３０．７２＝１０６ ．２（ｍ／ｍｉｎ）ｆ０＝ｆ＋１＋ｆ－１２＝０．１０＋０．２０２＝０．１５（ｍｍ／ｒ）ａ ｐ０＝ａｐ＋１＋ａｐ－１２＝０．１６＋０．２０２＝０．１８（ｍｍ／ｒ）为使计算简化，进 行如下换算处理：（１）确定各因素的变化范围（见表３）（２）对每个因素的水平进行编码，即 作线性变换，这可使回归计算简化！具体编码见表４。表４水平及符号ａｐ（ｍｍ）ｆ（ｍｍ／ｒ ）ｖ（ｍ／ｍｉｎ）上水平＋１０．１００．１６８１．７零水平００．１５０．１８１０６．２ 下水平－１０．２００．２０１３０．７３试验结果及分析３．１表头设计及试验结果按回归正交 设计原则，试验方案及结果见表５。表５序号．代码．因素ａｐｆｖＲａ（μｍ）Ｔ（ｍｉｎ）切 削情况及切屑１＋１＋１＋１０．７２６．８切削轻快白色带状屑２＋１００１．２２２．５切削 轻快发红变兰带状屑３＋１－１－１１．３１９．７切削轻快发红变兰带状屑４０＋１０１．４２ ３．０切削轻快兰色微带火花５００－１１．５２０．１切削轻快兰色切削有火花６０－１＋１１ ．６２５．０切削轻快屑兰色带状７－１＋１－１１．２２０．４切削轻快屑兰色有火花８－１０ ＋１１．３２５．２切削轻快屑兰色带状９－１－１０１．４２１．５切削轻快屑兰色带状ＣＢＮ －Ｈ车刀刃磨后ＶＢ＝０．０１，在实验中每次取相同的磨钝标准ＶＢ＝０．２ｍｍ，为使实测的 数据处理后尽量接近真值，取多次重复实验测量求平均值的方法。３．２切削实验结果的数据处理 为使所测数据可靠，求出每次实验所得标准偏差，并用狄克松检验法将异常数据排除，然后进行多 元回归分析。由Ｔ＝ＣＴ×ａｘｐ×ｆｙ×Ｖｚ〔４〕两边取对数，得：ｌｇＴ＝ｌｇＧ＋ｘｌｇ ａｐ＋ｙｌｇｆ－ｚｌｇＶ∴回归值Ｙ＝ｂ０＋ｂ１ｘ１＋ｂ２ｘ２＋ｂ３ｘ３ｙ＝μ０＋ｂ１（ ｘ１－ｘ１）＋ｂ２（ｘ２－ｘ２）＋ｂ３（ｘ３－ｘ３）为简化计算，采用下列模型，即表６序 号ａｐ（ｍｍ）ｆ（ｍｍ／ｒ）Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）Ｔ（ｍｉｎ）ｘ１＝ｌｇａｐｘ２＝ｌｇｆｘ３ ＝ｌｇｖｙ＝ｌｇＴ１０．１００．１６８１．７２６．８－１－０．７９６０１．９１２２１． ４２８１２０．１００．１８１０６．２２２．５－１－０．７４５０２．０２６１１．３５２２ ３０．１００．２０１３０．７１９．７－１－０．６９９０２．１１６２１．２９４５４０．１ ５０．１６１０６．２２３．０－０．８２４０－０．７９６０２．０２６１１．３６１７５０． １５０．１８１３０．７２０．１－０．８２４０－０．７４５０２．１１６２１．３０３２６０ ．１５０．２０８１．７２５．０－０．８２４０－０．６９９０１．９１２２１．３９７９７０ ．２００．１６１３０．７２０．４－０．６９９０－０．７９６０２．１１６２１．３０９６８ ０．２００．１８８１．７２５．２－０．６９９０－０．７４５０１．９１２２１．４０１４９ ０．２００．２０１０６．２２１．５－０．６９９０－０．６９９０２．０２６１１．３３２４ －７．５６９０－６．７２００１８．１６３５１２．１８１０平均值－０．８４１０－０．７ ４６７２．０１８２１．３５３４下面计算ｉｘｉ１等值：ｉｘｉ１＝－７．５６９０ｉｘ ｉ２＝－６．７２００ｉｘｉ３＝１８．１６２５ｉｘ２ｉ１＝６．５０２７ｉｘ２ｉ２＝ ５．０３１７ｉｘ２ｉ３＝３６．７１９７（ｉｘｉ１）２＝５７．２８９８（ｉｘｉ２） ２＝４５．１５８４（ｉｘｉ３）２＝３２９．９１２７ｉｘｉ１ｘｉ２＝５．６５１５ｉ ｘｉ２ｘｉ３＝－１３．５６２１ｉｘｉ３ｘｉ１＝－１５．２７５５（ｉｘｉ１）（ｉｘ ｉ２）（ｉｘｉ３）＝９２３．８６２５ｉｙｉ＝１２．１８１０ｉｙ２ｉ＝１６．５０４ ６｛ｉｘｉ１ｙｉ＝－１０．２４８９ｉｘｉ２ｙｉ＝－９．０９８８ｉｘｉ３ｙｉ＝２４ ．５５０５（ｉｘｉ１）（ｉｙｉ）＝－９２．１９８０（ｉｘｉ２）（ｉｙｉ）＝－８ １．８５６３（ｉｘｉ３）（ｉｙｉ）＝２２１．２４９６从而可求出：ｘ１＝１ｎｉｘｉ １＝－０．８４１０ｘ２＝１ｎｉｘｉ２＝－０．７４６７ｘ３＝１ｎｉｘｉ３＝２．０１８ ２ｙ＝１ｎｉｙｉ＝１．３５３４ｌ１１＝ｉｘ２ｉ１－１ｎ（ｉｘｉ１）２＝０．１３７ ２ｌ１２＝ｌ２１＝ｉｘｉ１ｘｉ２－１ｎ（ｉｘｉ１）（ｉｘｉ２）＝０ｌ１３＝ｌ３１ ＝ｉｘｉ１ｘｉ３－１ｎ（ｉｘｉ１）（ｉｘｉ３）＝０ｌ２２＝ｉｘ２ｉ２－１ｎ（ ｉｘｉ２）２＝０．０１４１ｌ２３＝ｌ３２＝ｉｘｉ２ｘｉ３－１ｎ（ｉｘｉ２）（ｉｘ ｉ３）＝０ｌ３３＝ｉｘ２ｉ３－１ｎ（ｉｘｉ３）２＝０．０６２７ｌ１ｙ＝ｉｘｉ１ｙ ｉ－１ｎ（ｉｘｉ１）（ｉｙｉ）＝－０．００４７ｌ２ｙ＝ｉｘｉ２ｙｉ－１ｎ（ｉｘ ｉ２）（ｉｙｉ）＝－０．００３７ｌ３ｙ＝ｉｘｉ３ｙｉ－１ｎ（ｉｘｉ３）（ｉｙｉ ）＝－０．０３２８这样，常数项矩阵Ｂ和系数矩阵Ａ可求出如下：Ｂ＝ｉｙｉｌ１ｙｌ２ｙｌ ３ｙ＝１２．１８１０－０．００４７－０．００３７－０．０３２８；Ａ＝ｎ００００ｌ１１ｌ １２ｌ１３０ｌ２１ｌ２２ｌ２３０ｌ３１ｌ３２ｌ３３＝９０００００．１３７２０００００． ０１４１０００００．０６２７；Ｃ＝１９００Ｌ－１而Ｌ－１〔５〕＝０．１３７２００００． ０１４１００００．０６２７１０００１０００１＝１０００１０００１７．２８８６０００７０ ．９２２００００１５．９４９０μ０＝Ｙ＝１．３５３４；ｂ１ｂ２ｂ３＝７．２８８６０００ ７０．９２２００００１５．９４９０－０．００４７－０．００３７－０．０３２８ｂ１＝７． ２８８６×（－０．００４７）＋０×（－０．００３７）＋０×（－０．０３２８）＝－０．０ ３４３ｂ２＝０×（０．００４７）＋７０．９２２０×（－０．００３７）＋０×（－０．０３ ２８）＝－０．２６２４ｂ３＝０×（－０．００４７）＋０×（－０．００３７）＋１５．９４ ９０×（－０．０３２８）＝－０．５２３１∴回归值Ｙ＝μ０＋ｂ１（ｘ１－ｘ１）＋ｂ２（ｘ ２－ｘ２）＋ｂ３（ｘ３－ｘ３）＝１．３５３４＋（－０．０３４３）（ｘ１＋０．８４１０） ＋（－０．２６２４）（ｘ２＋０．７４６７）＋（－０．５２３１）（ｘ３－２．０１８２）＝２．１８４３－０．０３４３ｘ１－０．２６２４ｘ２－０． ２６２４ｘ２－０．５２３１ｘ３此式再经变换得刀具耐用度的三因素公式为：Ｔ＝１５２．９Ｖ０．５２ｆ０．２６ａ０．０３ｐ４结论通过以上试验研究.

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 TEL:+886 4 24710048 / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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IPCI －－3N刀具的性能特点和应用范围立方氮 比硼聚晶（PCBN）刀具是70年代发展起来 的一种优秀的新型刀具。立方氮化硼（CBN）由于具有高的硬度、热稳定性和化学惰性，为硬韧 难磨加工金属材料的加工开拓了广阔的前景。目前，国际市场的CBN刀具坯料可归纳为两大类： 一类是聚晶体，由无数细小的CBN单晶体在高温高压下聚结而成；另一类是以硬质合金作为衬底 层，CBN作为耐磨层，在7～8GPa和1500～2000C？下聚合而成。1．1特性优异 于硬质合金和陶瓷刀具1．1．1硬度高PCBN刀具的硬度仅次于金刚石，大大高于陶瓷刀具和 硬质合金刀具，因而可加工HRC60以上的淬火钢、灰口铁、白口铁以及硬度高达HRC70以 上的YG15、YG20、YG25硬质合金，其寿命为陶瓷刀具的3～5倍，硬质合金刀具的5 ～15倍。高耐磨性和长寿命大大提高了工件的加工精度，减少了换刀和磨刀的次数，提高了工效 。1．1．2热稳定性高PCBN刀具的耐热性可达1400C，比金刚石工具（700～800 C）高得多，经试验在1100C以上的切削高温仍维持其锋利的切削性能，1200“C时PC BN的磨耗比、冲击韧性不发生变化，可以进行干式切削。1．1．3化学惰性高PCBN与铁系 材料直至1200～1300”C也不易起化学反应，因而能高速切削这些材料；而金刚石刀具因 高温下易与铁族材料发生反应而难以切削黑色金属材料。1．1．4加工的高精度和低粗糙度由于 PCBN刀具有较低的摩擦系数，并且它是在高转速、少进刀量的条件下作用，其加工精度小于l um，精糙度小于0．02urn，比陶瓷刀具提高1～2级。可以实现以车代磨。1．1．5可 重磨PCBN刀具的聚晶切削刃采用先进的镶嵌工艺，镶嵌牢固。可采用粒度180～240目的 人造金刚石树脂砂轮在普通工具磨床上刃磨，方便用户，降低刀具消耗成本。1．2应用范围PC BN刀具的一系列优点，使它在以下难加工材料的加工领域获得广泛应用：硬度值为HRC45～ 68的冷硬铸铁、淬硬锻造钢件；硬度值为HRC45～65的镍铬冷硬耐磨铸铁件；渗碳氨化或 渗碳火焰淬火的淬硬件；硬度值接近HRC60的淬硬冷拔钢件；白口铸铁或压铸件；合金刚，工 具钢，热喷涂、焊材料。2PCBN刀具的制造技术冶金部超硬材料研究所与中国地质大学（北京 ）合作，经过几年的努力，在我国首次研制成功PCBN纯聚晶刀具。这种刀具的聚晶材料性能稳 定，其强度、硬度、耐磨性能、耐热性能接近或达到国际上同类产品的先进水平，聚晶镶嵌技术方 法先进、镶嵌牢固。2．IPCBN的制造为获得高强度、高硬度、高耐磨性、高耐热性和抗冲击 韧性的PCBN，我们研究了CBN原料的净化处理工艺、CBN的粒度配比、结合剂的成分与含 量等与PCBN性能的关系。2．1．1原材料的净化处理方法由于市售的CBN微粉中残留有W BN、HBN、叶蜡石、石墨、镁、铁等杂质；另外它和结合剂粉末中均含有吸附氧、水汽等，对 烧结不利。因此原材料的净化处理方法是确保合成聚晶性能的重要环节之一。研制时我们采用下列 方法对CBN微粉和结合剂材料进行净化处理：首先在300C左右用Na（）H处理CBN微粉 ，去除其中的叶蜡石和HBN；然后煮高氯酸去除石墨；最后用HCI在电热板上煮沸除去金属， 并用蒸馏水洗至中性。结合剂用的CO、Ni、AI等采用氢还原处理。然后将CBN和结合剂按 一定配比混合均匀并装入石墨模具中，送入压力小于IXIO－’Pa的真空炉内，加热800～ 1000C处理lh，除去其表面的污垢、吸附氧及水汽等，使CBN晶粒表面很洁净。2．1． 2结合剂材料的选择及加入量目前CBN聚晶采用的结合剂种类可归纳为3大类：（1）金属结合 剂，如Ti、CO、Ni、Cll。Cr、W等金属或合金，在高温下易软化，影响刀具寿命；（ 2）陶瓷结合剂，如AI。t）。耐高温，但冲击韧性差，刀具易崩刃和破损；（3）金属陶瓷结 合剂，如碳化物、氨化物、硼化物等与CO、Ni等形成的固溶体等，解决了上述两类结合剂之不 足。因此经分析后确定采用AI＋TIC＋C。或Ni作为PCBN制造的结合剂。其中AI具有 较低溶点，在高压下CBN与AI产生充分的活化烧结，反应产物为AIN和AIB。。TIC； －。或＊iN；－。（O．IMXMO．9）中相当于X的那部分游离金属Ti与CBN表面的B zO。起反应生成性能优良的TIB。。通过大量试验得出各种成分的加入量（质量比）：AIZ ％～15％，平均粒度MIpm．为球形粉；Ti（3％～10％．平均粒度＜1pm；Co或N il％～5％，平均粒度M10Pm。总的结合剂加入量应充足但不能过多。实验结果表明，聚晶 耐磨性和抗弯强度等与平均自由程（粘结相层厚度）关系密切，当平均自由程为0．8～1．2p m时，聚晶磨耗比值最高，此时结合剂掺入量为10％～15％（质量比）。2．1．3CBN粒 度及粒度配比根据加工精度和表面质量要求，制造切削工具用的CBN粒度大约分为：粗粒度20 ～30pm；中粒度3～10prn；细粒度2pm。用粗粒度做成的聚晶难以做成精度要求高的 刀具，但其耐磨性、抗冲击性较高，细粒度做成的聚晶制成刀具可满足精加工和超精加工的要求。 试验结果表明，采用单一粒度CBN微粉由于其堆积密度小，烧结的聚晶体内孔隙大，耐磨性低， 粒度越粗这种情况越显著。因此，我们按晶体中原子堆垛方式的理论，推导出当3种晶粒半径满足 。·；：二。。二。一1。0·414’0．225的关系式时，可以实现最紧密堆积；再考虑粒 度组成范围，晶粒形状确定了CBN的粒度配比，使聚晶的耐磨性能显著提高。当采用＊＊N粒度 为＊。。：＊；。：＊，一6O：3O。10，结合剂含量为15％（质量比）时，聚晶性能为： 磨耗比＞互：10000，抗压强度35·0～40·0MPa，抗弯强度15．0～25．0M Pa，硬度HV4500～6000，耐热性＞1200C。刀具切削试验表明：采用混合粒度刀 具冲击韧性明显提高。这可能是抑制了CBN粒子间的“架桥”现象和烧结体中微孔的形成，提高 了刀头材料的强度，从而使之不产生崩刃。2．2PCBN的镶嵌PCBN聚晶镶嵌在刀具胎体材 料（高速钢或普通45号钢）内的工艺过程为：圆柱形刀体材料一端打孔放入聚晶体一中频或高频 加热刀体材料至软化（800～1000〔）一冲床冲压刀体材料使之变形收缩将聚晶体牢固镶嵌 住。2．3PCBN刀R的刃磨技术刃磨使刀具获得正确的几何形状和表面粗糙度。一般分粗磨、 精磨和研磨工序。粗磨采用180～240号树脂结合剂金刚石砂轮，进刀量为0．01mm／双 行程；精磨用W；。～W；。树脂结合剂砂轮，进刀量为0．005mm／双行程；研磨用W。～ W。。的金刚石研磨。刃磨中应特别注意金刚石砂轮的开刃修整对刃磨的影响。尽管刃磨过程中刀 具在砂轮的整个端面来回摆动以使砂轮表面消耗一致，但实际上砂轮表面仍容易产生凹凸不平，须 经常修整。2．4PCBN刀具的几何参数PCBN刀具的寿命与其几何参数密切相关，合适的前 后角可提高刀具的抗冲击性能。排屑能力及散热能力。前角的大小直接影响切削刃的受力情况和刀 片的内应力状态。为了避免刀尖承受机械冲击所造成的拉应力过大，一般采用负前角（一5”—一 10”），同时为减少后角磨损，主副后角为6”，刀尖应磨半径为0．5turn的圆角，并倒 棱研磨光滑。3PCBN刀具在国内的应用3．1淬硬钢加工在唐山矿山机械厂等单位加工CrW Mn（HRC58～62）件，切削速度为197r／min，进刀量为0．30mm，走刀量0 ．2mm／r，加工粗糙度尼＜1、6Pm，实行以车代磨。硬质合金刀具不能加工，PCBN刀 具寿命分别为St。N。刀具的20倍，AI。O。刀具的40倍。3．2热喷涂材料加工＼Ni 基喷焊层（HRC60～61），原采用磨削加工达到粗糙度尼一1．6卜m，采用PCBN刀具 ，切速100m／min，进刀量0．2mm，走刀量0．10mm／r，加工表面粗糙度R。＜ 正．6pm，结果实现以车代磨。3．3淬硬铸铁的加工淬硬铸铁HT20～40，HRC52， 用硬质合金刀具不能加工，PCBN刀具在切削速度100～250m／min、进刀量0．10 ～0．30mm、走刀量0．1～0．5mm／r的加工条件下，加工表面粗糙度尼＜0·75u ”。3．4断续切削与粗车对18CrMnTi（HRC58～62）法兰盘进行断续车削，在切 速50m／min、走刀量0．15mm／r、进刀量0．30mm的条件下，刀片未发生崩刃。 粗车电机转子硅钢片外圆，可在高速（切速400m／min）下一次完成。从上述的加工试验来 看，PCBN聚晶刀具具有如下特点：（l）加工能力强，可加工材料广泛。（2）可实现高效益 、低成本的加工。对难加工材料的高速切削，对高硬材料加工以车代磨，简化了加工工艺，提高了 工效，节省工时，降低消耗。鉴于PCBN刀具的优异性能，相信它的推广应用将改变传统的刀具 材料和金属切削技术，给我国的金属切削工业带来重大革新，从而带来巨大的经济效益和社。效益 。

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