机械5

1.第一阶段 我国是采用磨削加工方法的最古老的国家之一，如在古代科学巨著《天工开物》中就有“切、磋、琢、磨”的成语，而其中“磨”就是指的磨削加工。 其实人类最早使用磨削要追溯到原始社会，在母系社会，人们就已经开始使用最简单的石器，而这些最简单的石器是用简单的石头之间互相摩擦得来的。人们用这些最简单的工具捕猎，耕种。那时人们的衣着虽然简单，但仍然要有刃器的辅助，这也离不开磨削。 北魏时一个叫崔亮的创造了水磨，用来加工粮食，晋代刘景宣创造了可同时运行八盘天然岩石磨盘的石磨；唐朝时又出现了陶磨及磨碾，这些磨具均在山西长治县“王璞墓中出土。经过专家考察在宋朝也早存在九转速的磨；十三世纪时即在元朝时候，中国人已开始用天然树胶将贝壳粉粘在羊皮纸上制成摩擦工具，这是世界上已知的最早的涂附磨具，几乎与此同时，在地中海沿岸的意大利人也开始使用简单的涂附磨具。说起指南针，谁都知道，可谁又能想到，那也是磨削得来的产品呢！以上所叙不仅说明了我国是最早制造陶瓷材料、机械传动的古国，而且也是最早采用对金属及非金属材料进行磨削加工的国家之一，从最原始一直持续到十九世纪的初期，可视为磨削加工历史发展的第一阶段。这一阶段的特点是利用的磨料磨具及机械都较简单。 2.磨削加工发展的第二阶段（1840---1900年前后） 这一阶段出现了新的特点，即随着工业的发展、被加工材料的硬度越来越高，原来简单的磨料磨具满足不了发展的需要，于是人们就开始寻求硬度更高的物质来做磨料，先后找到了天然刚玉、黄宝石、天然金刚石等材料人们把这些天然材料破碎后和陶土混合后，烧成具有一定形状的磨具，以此来进行加工。 可以说，开始使用硬度较高的天然磨料是这一时期的普遍特点。 但是所有天然磨料的产量都不集中，而数量又有限质量不统一，很难保持稳定这一切局限性和飞速猛进的工业越来越不适应。 3.磨削加工历史发展的第三阶段（十九世纪的后期到二十世纪初） 这一时期的主要特点是出现并使用人造磨料。 1893年美国卡不伦登公司的E.G艾奇逊利用电阻炉发明了SiC人造磨料这是人类历史上最早出现的人造磨料，以后又有人用电弧炉发明了人造刚玉磨料，这些人工合成磨料的出现，意义是重大的，结束了人类只能利用天然磨料而不能利用人造磨料的历史，从此，工业方面开始到得了大批比较低廉而质量又比较稳定的、产量又稳步增加的人造磨料的磨削工具，从而推动了被磨材料加工迅速增长，当然另一方面从磨削加工的发展也促进了磨料磨具的迅速发展。本阶段又可分为以下几个时期： 1）1900年-1920年左右：这一时期，出现了除无心磨床以外的所有磨床，这促使汽车、军工、电极工业有了很大的发展。 2）1920年-1949年前后：在20年代以后，磨床机械开始由机械传动发展到液压传动，还在磨削过程中部分的实现了自动化，，在这一时期，无心磨床设计成功，开始投入使用，这一时期一个非常重要的现象就是对于磨削过程的研究，由开始的经验方法转入理论分析。即开始对磨削理论的研究。 3) 1950年至1980年前后：在国际上，英、法、美、德、意以及前苏联对人造磨料进行了普遍的研究，并进行了工业性生产，因而磨料及磨具较前一时期有了很大的提高，工业发达国家磨床所占的比重已达机床总量的10而且还在不断的上升。 在国内，一批具有影响力的重要项目的建成投产，如第二砂轮厂、第三砂轮厂、第四砂轮厂、第五砂轮厂、第六砂轮厂、第七砂轮厂的建成投产。说明了我国的磨料磨具行业也在不断的发展壮大。 4)改革开放前后：我国的磨料磨具为了和世界同步，在以下几个方面进行了研究或改进:①提高磨床的精度，②提高磨削的自动化程度，③高速研磨，④高精度和高光洁度，⑤强力磨削，⑥宽砂轮和多砂轮的磨削，⑦提高磨床的加工生产率，⑧试制发展了特殊磨削或成型磨削，⑨超硬磨料磨具。超硬材料如人造金刚石和立方氮化硼目前被称为世界上最硬的物质，莫氏硬度为10。金刚石的用量，每加工百万吨钢铁所用的金刚石的量来表示这个国家的工业发展水平，美日及主要西方国家的用量均超过了18-20万克拉每百万吨钢，美国是世界上金刚石用量最大的国家。而我国则是2.4万克拉每百万吨钢，这差距是显而易见的。 六十年代天然金刚石约2500万克拉，数量不是很大，这是因为金刚石的生产成本太大，一般的金刚石矿中，须处理6-8吨矿石才能得到一克拉的金刚石，有的甚至250吨的矿石才能得到一克拉的金刚石，可见金刚石为什么如此的昂贵。天然金刚石的低产量及高成本促使人们走上了发展人造金刚石之路。 我国是在六十年代中期开始试制与发展人造金刚石。六十年代世界人造金刚石的产量为1000万克拉，今天，中国人造金刚石的产量就已达5000万克拉（约合1万吨），而全世界人造金刚石的产量就无法估计了，这些人造金刚石主要用于工业。人造金刚石及其制品的发展大大地促进了特殊用途的磨削加工的要求，人造金刚石不受资源限制，制造成本从发明的那天起就不断下降，品种在逐渐增多，质量在不断的提高，这样就极大的开辟了人造金刚石磨料的使用前景。不仅在固结磨具上，而且普遍地使用在涂附磨具上，如牙科用金刚石砂带，精密仪器上用金刚石砂带等等。 立方氮化硼是超硬磨料另一种类型，其性能与人造金刚石磨料相似，还具有比人造金刚石一些独特的优点，如耐热方面优于人造金刚石。立方氮化硼比人造金刚石发展稍后，系70年代前后试制研究的，也可以说后起之秀。立方氮化硼到九十年代初期全世界工业生产大国有了较大的发展，如前苏联立方氮化硼的产量已发展到5000多万克拉。我国立方氮化硼也是在八十年代末期或九十年代初期试制和发展的新型产品，但速度较慢，其原因在于工艺与技术还远远落后于其它工业发达的国家，因而它的推广和使用还受到一定的限制。 人造金刚石和立方氮化硼的磨具。在发展人造金刚石磨具和立方氮化硼超硬磨料的同时，这两种超硬磨料的磨具也得到相应的发展，人造金刚石磨具发展更快。到目前，人造金刚石磨具发展成为一个较为完整、成熟和自成体系的加工技术领域。人造金刚石磨具制品如电镀金刚石内圆切割锯片、什锦锉、磨头，人造金刚石圆锯片、框架锯片，人造金刚石修整笔，石材用金刚石磨具，金刚石筒形砂轮，加工铁氧使用金刚石磨具，金刚石修整滚轮和金刚石或立方氮化硼与硬质合金复合片磨具等等品种系列，而且继续完善补充与提高。 4.磨削加工发展的第四阶段（九十年代后期） 进入九十年代，磨料磨具行业的生产与销售、科研都起着很大很大的变化，主要表现为品种日趋多样化，专业化，竞争也前所未有的日趋激烈，科研与销售成为每个厂家的重中之重，而我们做为砂带的专业生产厂家，也是如此。，但与国际上涂附磨具尤其是砂带产品，无论是品种或者是质量上差距是很大的。因此，当务之急加大科技力量投入迅速提高我国涂附磨具尤其是砂带高档产品的品种及质量水平，以面临高品质、多品种需求的浪潮。如果目前全国高档次的涂附磨具产量在400万平方米左右，予计到2000年初期将达到700万至1000万平方米用量的需求。这就希望我们共同努力去开拓这个有广阔前途的市常 磨料磨具素有工业牙齿的美称。在磨削时常用磨料或磨具作为磨削工具对需加工的零件进行机械加工，而达到一定的技术要求。 1、磨料 磨削材料简称磨料，即一种具有一定硬度及一定磨削能力可作磨削用途的磨削材料。磨料分天然和人造两大类。 （A）天然磨料 天然磨料是自然矿物开采经过加工而制成的磨料。用于磨削加工先后已有如下种类： 1）燧石：化学成分主要是SiO2，莫氏硬度7。燧石易断裂，韧性差，莫氏硬度不高，主要用来制造张页式砂纸，主要用来加工皮革、毛毡等的抛光加工。 2）石英砂：类似燧石，比燧石的纯度又高了一层，主要化学成分为SiO2，莫氏硬度7，理化性能如燧石。石英砂来源于石英矿或从河砂中筛选加工，其用途类似燧石，迄今国内有些小砂布砂纸厂还在用石英砂作为生产的原料进行生产，其目的在于生产的砂布或砂纸以低于用人造磨料所生产的砂布或砂纸的价格，销售于广大农村、乡镇企业加工使用，质量下乘，但也有一定的市常 3）紫红铁粉即氧化铁：多用于天然的、也可以经过人工制造的。由于质地比较柔和，主要用于工件的清理和抛光的目的加工，如部分光学玻璃的研磨或抛光也用紫红铁粉进行加工。 1.磨削技术发展概述 一般来讲，按砂轮线速度V s的高低将磨削分为普通磨削(V s ＜45 m/s)、高速磨削(45≤V s ＜150 m/s)、超高速磨削(V s ≥150 m/s)。按磨削精度将磨削分为普通磨削、精密磨削(加工精度1 μm～0.1 μm、表面粗糙度R a 0.2 μm～0.1 μm)、超精密磨削(加工精度＜0.1 μm ,表面粗糙度R a ≤0.025 μm)。按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削。高效磨削包括高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削(HEDG)、砂带磨削、快速短行程磨削、高速重负荷磨削。 高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快，如德国的Aa che
n大学、Bremm大学、美国的Co
n
necticut大学等，有的在实验室完成了V s为250 m/ s、350 m/s、400 m/s的实验。据报道，德国Aache
n大学正在进行目标为500 m/s的磨削实验研究。在实用磨削方面，日本已有V s =200 m/s的磨床在工业中应用。 我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史，如湖南大学在70年代末期便进行了80m/s、1 20 m/s的磨削工艺实验；前几年，某大学也计划开展250 m/s的磨削研究(但至今尚未见到这方面的报道)，所以说有些高速磨削技术还只是实验而已，尚未走出实验室，技术还远没有成熟，特别是超高速磨削的研究还开展得很少。在实际应用中，砂轮线速度V s一般还是45～60 m/s。 国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。微细磨料磨削，用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均直径可小至4 μm。日本用激光在研磨过的人造单晶金刚石上切出大量等高性一致的微小切刃，对硬脆材料进行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨削难加工材料，精度可达0.025 μm。日本开发了电解在线修整(ELID)超精密镜面磨削技术，使得用超细微(或超微粉)超硬磨料制造砂轮成为可能，可实现硬脆材料的高精度、高效率的超精密磨削。作平面研磨运动的双端面精密磨削技术，其加工精度、切除率都比研磨高得多，且可获得很高的平面度。电泳磨削技术也是一种新的超精密及纳米磨削技术。 随着磨削技术的发展，磨床在加工机床中也占有相当大的比例。据1997年欧洲机床展览会(E MO)的调查数据表明，25企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占23钻削占22其它占8而磨床在企业中占机床的比例高达42车床占23铣床占22钻床占14我国从1949～1998年，开发生产的通用磨床有1800多种，专用磨床有几百种，磨床的拥有量占金属切削机床总拥有量的13右。可见，磨削技术及磨床在机械制造业中占有极其重要的位置。 为什么磨削技术会不断地发展？主要原因如下： 1)加工精度高由于磨削具有其它加工方法无法比拟的特点，如砂轮上参与切削的磨粒多，切削刃多且几何形状不同；仅在较小的局部产生加工应力；磨具对断续切削、工件硬度的变化不很敏感；砂轮可实现在线修锐等，因而可使加工件获得很高的加工精度。 2)加工效率高如缓进给深磨，一次磨削深度可达到0～25 mm，如将砂轮修整成所需形状，一次便可磨出所需的工件形状。而当V s进一步提高后，其加工效率则更高。 3)工程材料不断发展许多材料(如陶瓷材料、玻璃材料等)在工业中的应用不断扩大，有些材料只能采用磨削加工，需要有新的磨削技术及磨削工艺与之相适应。 4)新的磨料磨具如人造金刚石砂轮、CBN砂轮的出现，扩大了磨削加工的应用范围。 5)相关技术的发展如砂轮制造技术、控制技术、运动部件的驱动技术、支撑技术等，促进了磨削技术及磨削装备的发展。 总之，磨削技术发展很快，在机械加工中起着非常重要的作用。目前，磨削技术的发展趋势是，发展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削工艺技术，研制高精度、高刚性的自动化磨床。 2.磨削的关键技术研究 就磨削而言，特别就高速高效磨削、精密及超精密磨削而言，其涉及的内容广泛，不仅包括磨削本身的技术，也集中了其它相关的技术。关键技术介绍如下： 1）磨削机理及磨削工艺的研究 通过对磨削机理和磨削工艺的研究，揭示各种磨削过程、磨削现象的本质，找出其变化规律，例如，磨削力、磨削功率、磨削热及磨削温度的分布、切屑的形成过程、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素和条件；不同工件材料(特别是难加工材料和特殊功能材料)和磨削条件的最佳磨削参数；磨具的磨损，新型磨具材料的磨削性能等，只有通过磨削机理和磨削工艺的研究，才能确定最佳的磨削范围，获取最佳的磨削参数。 对普通磨削而言，在磨削机理和磨削工艺方面已开展了广泛而深入的研究。在精密及超精密磨削、高速高效磨削的磨削机理和磨削工艺方面，针对不同的工程材料(如陶瓷和玻璃)国内外开展了一些研究，但还很不全面，尚未形成完整的理论体系，还需进行广泛的研究，找出其内在的规律。可见，需要进一步研究的重点有，①磨削过程、磨削现象（如磨削力、磨削温度、磨削烧伤及裂纹等）的研究；②磨削工艺参数优化的研究；③不同材料（常用材料）的磨削机理的研究；④磨削过程的计算机模拟与仿真的研究。 2）高速、高精度主轴单元制造技术 主轴单元包括主轴动力源、主轴、轴承和机架几个部分，它影响着加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力学性能及稳定性对高速高效磨削、精密超精密磨削起着关键的作用。