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斯来福临:用于高硬度磨料的最新磨削和修整技术

国际金属加工网 2015年08月13日

【编者按】柯尔柏斯来福临(斯来福临官方网站斯来福临社区斯来福临产品一览斯来福临应用案例)机械(上海)有限公司为联合磨削集团中国区子公司。柯尔柏集团在烟草 (柯尔柏虹霓), 造纸 (过程解决)、制药包装系统(医药包装) 以及磨床制造(联合磨削)共有9600名员工。 联合磨削集团拥有八个知名品牌(斯图特, 肖特, 米克罗莎, 瓦尔特, 伊瓦格, 美盖勒, 保宁, 琼格),掌握着世界第一的硬质精磨技术。


柯尔柏斯来福临(隶属联合磨削集团)新开发的工艺(如:超声波辅助磨削或电蚀修整工艺)将对高要求脆硬材料的加工提供支持。

根据实际情况,超声波辅助磨削可使内圆端面磨削加工作用力降低大约30-50%

采用STUDER- WireDress®的线切割修整技术将使金属基砂轮的磨削时间降低大约30-40%

磨削加工工艺是一种最终加工技术,不同行业对它提出了不同的要求。在过去数年中,硬质合金或陶瓷等脆硬材料零件制造商对组件质量提出了不断提升的要求。为了优化此生产流程,本文将举例介绍两个研究项目:“超声波辅助磨削”和“线切割修整”(STUDER-WireDress®),它们是由Fritz Studer AG发起的瑞士研究促进活动范畴内的一项合作项目。

超声波辅助磨削

在针对超声波辅助磨削的研究中,对采用金刚石砂轮加工陶瓷(ZrO2、Al2O3、Si3Ni4)的内圆磨削流程进行了重点关注。采用这些材料的零件今后可用于医疗器材或者精密测量技术(测量球)。

按照在此最新介绍的方法,可在目前的机床设计中采纳超声波磨削主轴,也可将它加装到现有机床上。这一受专利保护的方法考虑到了把超声波发生激励器整合到已知内圆磨削主轴设计方案中的问题。对于超声波发生器将在对磨削工具加以考虑的情况下进行计算,并进行相应的加工。根据所计划的应用条件,必须采用较小的砂轮直径(<3mm)。

为了利用磨削工具切削速度较高的优点,所以在开发超声波主轴组件时把主轴转速固定在60000-100000转/分钟的范围。为了满足这一应用条件,对于需开发的超声波磨削主轴提出了新的要求,以确保实现超声波辅助加工的理论优点。在此介绍的范例中,此要求尤其体现在降低整体陶瓷材料内圆端面磨削时作用于材料上的加工作用力(根据情况大约30-50%)上,这能使切削量更高、刀具磨损更小。

降低表面粗糙度

轴向叠加的超声波运动是由所集成的控制感测器通过感应引发的,这种运动在磨削脆硬材料时将对切屑形成过程提供帮助。为了使这一潜力得到利用,已实现了在主轴高速旋转时同步进行70kHz超声波运动的传输。这一情况代表着一种最新技术。

针对陶瓷零件内圆切入磨削也采用相同检测装置进行了试验。另外还发现具有降低表面粗糙度的效果,这将为此工艺的未来用户进一步挖掘出经济性潜力。

线切割修整技术

原则上,在加工上述脆硬材料时将使用各种粘结剂体系的金刚石砂轮。鉴于硬质合金和高性能陶瓷(包括硬度、韧性)的材料特性,必须使用此高硬度磨料。但这种磨料也会发生物理性磨损,它把修整问题提上了议程。在这方面,已知修整技术常常都具有缺陷,而且再现性不够。

因此,STUDER在过去进行的一个基础试验中对金属基金刚石砂轮的电火花修整进行了研究,并将此研究结果连同最新知识按照实践要求转化为外圆磨削砂轮的修整条件。所进行的试验针对金属基金刚石砂轮的应用并使用油作为冷却润滑液,而且油同时还起着电解质的作用,同时还通过实验确定此方法也能用于金属基CBN砂轮。

正如您今天在高速加工所使用的一样,金属基金刚石砂轮的应用已得到了复兴,即使是在较低的切削速度时也能获得较高的切削能力,因为借助电火花工艺不仅可生成规则的砂轮外形轮廓,还可获得出色的磨粒出露高度,从而能有针对性地获得材料磨削所需的容屑空间。此磨粒出露高度,加上金属粘结剂具有很高的磨粒附着力,这将使磨削能力达到最佳。

显着降低磨削时间

在采用STUDER-WireDress®技术按照生产条件进行的批量模拟表明,相比现在的金属基砂轮磨削流程,它能使每个工件的磨削时间显着降低30-40%。

线切割工艺被选择用于STUDER-WireDress®系统,因为相比垂直电蚀工艺,它的线径始终恒定。因此不必为获得完整的砂轮外形轮廓而制造一个垂直电蚀工具。一个专门开发的送线系统采用连续性送线进给装置,确保轮廓精准,它能在进行修整期间精确且无振动地进行送线。借助指定直径的金属线可在砂轮外形轮廓上生成小于0.2毫米的内圆弧和小于0.05毫米的外圆弧。借助这些参数,用户在加工中将会有全新体验。

砂轮轮廓精度

砂轮的整个轮廓精度将由磨床机床轴的质量决定,因为它承担着砂轮轮廓轨迹运行的工作。鉴于技术缘故,精密磨床在此提供了最佳先决条件。STUDER-WireDress®方案完全符合机床整合的条件,也就是说将在机床中(无砂轮更换)、且必要时还要在速度为工作转速时对砂轮进行修整。此措施将对磨削流程的质量产生巨大的影响。通过对由替代SiC修整工具的STUDER-WireDress®工艺生成的砂轮表面形貌进行比较,还发现了其他有利方面,如:降低磨削作用力以及提高磨削比(G值)。

机床操作人员可通过控制系统预设借助线蚀工艺修整磨削工具所需的最佳参数。因此,对于用户来说,STUDER-WireDress®的技术整合是可以掌控的,且与他所熟悉的磨床操作和编程方法类似。

(工程博士FRANK FIEBELKORN)

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