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【天富娱乐客户端】蠕动进料研磨的10大注意事项

由于高材料去除率,蠕动进料研磨可以输送具有挑战性的材料,因此研磨可能不仅仅是过程的最后一步,而是过程。

《【天富娱乐客户端】蠕动进料研磨的10大注意事项》

特别是在难加工的合金中,使用异形砂轮的蠕动进给磨削提供了一种实现精确形状的方法,而这些形状很难通过任何其他类型的加工生成。

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是否正在磨削未来的材料去除过程?考虑以下两个重要的,持续的加工趋势:

1、公差更严格:汽车和其他最终产品中性能更好的系统推动了对越来越严格的特征公差和更精细的加工零件表面的需求。

2、较硬的材料:制造商越来越多地使用高温合金,陶瓷和其他为高硬度而设计的材料。这使得零件更耐用,但更难加工。

总体而言,对于这些加工趋势,可以添加一种直接影响磨削的重要材料工程趋势:砂轮中改进的晶粒和键合可提供更有效的性能。总之,所有这些发展都表明,将来会更多地使用磨削。他们还指出了比这更具体的含义。综上所述,这些因素表明我们将看到越来越多地使用蠕动进给磨削。

什么是蠕动磨?与更常见的表面研磨相比,蠕动进给研磨采用较大的研磨深度和较慢的横移速度(通常使用异形砂轮)来产生给定的几何形状,且材料去除率(MRR)远高于通常已知的精加工道次。

MRR就是为什么蠕动进给磨削可以提供这样的前景。在加工坚硬的高温合金(如因科镍合金)或什至更坚硬的材料(如陶瓷基复合材料)时,较重的金属切削工艺(如铣削)的潜在MRR受到限制。因此,更多地使用这些硬质材料意味着铣削的更大挑战。但是,诸如砂轮改进之类的发展已使这些相同材料中的蠕动进给磨削的MRR大大增加。根据Norton品牌众所周知的砂轮制造商Saint-Gobain Abrasives的说法,我们已经达到了在零件加工序列中不再将磨削作为最终过程的地步。取而代之的是,在大量且越来越多的情况下,磨削是一个过程。

最近,在访问位于马萨诸塞州诺斯伯勒市的公司希金斯研磨技术中心时与诺顿工程团队的成员谈到了这一转变。这家位于波士顿地区的工厂是在全球范围内对四个磨削技术中心之一,在该工厂中,对砂轮和其他产品进行了应用工程和产品测试。在参观的那天,我在工厂研发层的CNC磨床上看到了许多与蠕动进给磨削有关的测试。我遇到的团队成员包括技术经理Robin Bright博士;高级应用工程师Bruce Gustafson;粘结磨料磨具总监Brian Rutkiewicz;和高性能材料技术专家Philip Varghese博士-所有蠕动进给专家都参与了一项名为“机加工到研磨”的公司计划,旨在帮助制造商从金属切削过渡到更多地使用磨削。该计划主要针对航空制造商,因为他们转向难以加工的合金和复合材料,也为齿轮制造商取得了成功,目前正在汽车制造业中找到应用。

我问团队成员今天对了解蠕动进给磨削有什么重要认识。他们的回答涵盖了以下10个要点,第一个要探讨的是蠕动进给从哪里开始的模棱两可的问题。

1.渐进式研磨

古斯塔夫森说:“没有爬行动物警察。” 蠕动进给磨削的主要定义特征是切削深度高,但对于哪种深度标志着过渡,切削深度却存在分歧。在涉及飞机发动机相关磨削应用的工作中,他指出该领域的工程师经常将蠕动进给标记为0.015英寸。他个人的观点认为过渡要早于此。他认为0.005英寸的磨削深度可以作为蠕动进给。他说,无论哪种情况,选择都是任意的,没有正式的定义。将您的深磨应用视为蠕动进给可能是合理的,并且您可能进行的磨削可以说是蠕动进给而没有意识到。

2.蠕动进给既是低力又是高力的过程

Rutkiewicz先生通过指出这种看似矛盾的描述来表征蠕动进给过程:切削力从一个角度来看是低的,而从另一个角度来看是高的。相对于其他磨削模式,砂轮上的每个切削颗粒都承受较小的力,而施加到机器和零件整体上的力可能很高。

补偿蠕变进给中较大的切削深度的是较低的移动速度(进给速度),通常约为每分钟5到20英寸。较低的进给速度和相应的切屑负载意味着在砂轮表面的每个砂砾上的切削力也很低。车轮寿命和动力效率都可能从中受益。

然而,很多沙砾都在进行。蠕动进给的较大切削深度意味着较长的砂轮弧被淹没在零件中,从而增加了整体力。结果,用于此过程的磨床的要求包括每英寸砂轮宽度至少15到20马力的主轴功率,以及每英寸砂轮宽度每英寸100,000磅的静态回路刚度。

3.蠕动进给比常规磨削更具优势

与进行更快,更轻的磨削的传统工艺相比,蠕动进给磨具有以下优点:

循环时间更短。没错,进给速度很低,但是增加的切削深度可以弥补这一不足。此外,减少的总通过次数意味着在机器倒车时,加速和减速所损失的时间更少。

减少机器磨损, 这是减少机器反转频率的另一个有益结果。

轮毂寿命更长。降低的每砂砾作用力意味着,这种高MRR过程实际上对砂轮的要求较低。

更精细的公差和更复杂的几何形式。低进给速度和每砂砾小作用力可实现对研磨操作结果的出色控制。

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所有这些优点都带来了蠕动进给磨削的很大缺点,我们将在下一点中进行讨论。

4.冷却剂至关重要

车轮啮合的长弧形转化为过程中产生更多的热量。因此,冷却剂对于有效使用蠕动进给磨削至关重要。其他机加工过程通常使用喷嘴施加冷却液,以使冷却液流大致指向切割方向,但是蠕动进给需要更加认真地对待冷却液。为了确保实现尽可能多的冷却剂传热能力,采取了多种考虑,包括:

冷却液的输送速度与车轮表面的速度匹配。使冷却剂流速与车轮任何点通过的速度保持同步,可确保更多的冷却剂与车轮相遇并随动。

冷却液输送喷嘴的轮廓与砂轮的轮廓相匹配。

蠕动进给磨削中使用特殊的冷却剂收集工具。零件出口侧的斜面会收集冷却剂,并使冷却剂积聚在车轮上,从而使车轮更多地暴露于流体中。甚至可以加工该坡道以匹配零件轮廓。

5.对于MRR,首选向下研磨

与铣削类似,在这种铣削中,刀具相对于工件的两个可能旋转方向会产生传统铣削或爬升铣削,而砂轮旋转的两个可能方向会产生“向上”磨削或“向下”磨削。Bright博士说:“当目标是高MRR时,蠕动进给的首选是向下研磨。砂轮在向下磨削中的旋转使砂轮的底部沿与零件进给相同的方向移动。这种类型的磨削会导致砂轮的任何点(砂轮的任何沙粒)首先遇到最大材料接合的工件。”

再次,热量是这种选择的原因,其中去除率高。在另一个方向上进行磨削是首先使砂砾遇到物料而不切入物料。Bright博士说:“结果是,每个粗砂都不是立即制造出芯片。起初,砂粒会滑动并翻耕,这会导致零件产生摩擦和多余热量。 向下磨削(尽管看起来似乎更突然)允许进行更凉爽的磨削过程,因为砂砾在刚与零件接合时就形成切屑。相反,在目标是精细的表面处理或延长磨料寿命的情况下,优选进行向上研磨。”

6.间歇正变得越来越容易接受

由于在蠕动进给磨削中每次通过的材料去除量很大,因此在此过程中使用的氧化铝砂轮往往需要连续修整。在砂轮磨削时将修整轮保持在砂轮上始终保持锋利。实际上,除了动力和刚度之外,连续修整能力可能是蠕动进给磨削的另一项机器要求。

但是,较新的带有陶瓷砂砾的砂轮可以避免这种需要。由于陶瓷砂轮在较长时间内保持锋利,因此可以使用间歇修整,这意味着可以使用位于磨削区之外工作区其他位置的单独砂轮进行修整。仅在需要时进行修整才能使砂轮使用寿命更长,并且通过消除对连续修整功能的需求,更先进的砂轮可以在更便宜的机器上进行蠕动进给磨削。

7.超级砂轮可以超越工具的磨削范围

第三轮类型也可能适合间歇修整。使用金刚石或立方氮化硼的可修整金属结合超级砂轮(CBN)粗砂已用于制造复合材料,金属陶瓷和陶瓷工具的切削工具。基于材料特性的相似性,诺顿工程师认为这些砂轮还可以有效地研磨用于航空航天业的陶瓷基复合材料和伽马钛铝化物零件。这些轮子的另一个有用的特征是它们的孔隙率。对于通常为蠕动进给磨削而设计的砂轮,材料颗粒之间的间距较大,会产生微观孔隙,从而使冷却剂渗入砂轮。在诸如Norton Winter Paradigm产品线的超级砂轮中,金属结合剂可使砂轮的孔隙率达到46%。

在某些情况下,也可以不经任何修整就使用超级砂轮。专为无需修整而设计的单层金属粘结超级砂轮已被用于在CNC铣床上实现蠕动进给磨削。

8.拉削现在有一个低足迹的竞争对手

铣削不是蠕动进给磨削的唯一竞争对手。另一个是拉削,特别是用于实现由超合金制成的飞机发动机盘中的枞树形式的拉削。这样的形式可以通过蠕动进给磨削产生。结果可能会节省大量的占地面积。由于需要较长的线性行程,因此用于此操作的拉床的长度很容易达到30至40英尺。蠕动进给磨削为在标准尺寸的机床上进行相同的加工提供了机会。

9.在航空航天中,MRR可以与铣削匹配

Varghese博士再次强调:这种观点认为,磨削是一种精加工过程,而最终加工应用于加工零件以实现尺寸和表面公差(即磨削的历史作用)的观点将越来越少地被包括在内。随着先进的工件材料被广泛使用,所有研磨都可以完成。过去,每分钟每英寸轮宽1立方英寸是典型的预期MRR。在当今使用工程砂轮的CNC机床上的超合金磨削应用中,蠕动进给磨削的特定MRR可达到每立方米车轮宽度每分钟18立方英寸-总体MRR等于或优于铣刀在该范围内他说,相同的工件材料。

另一个重要的进步领域是蠕动进给磨削所需的能量需求。从机器的角度看,蠕动进给是一个高强度的过程(第2点),但是现代砂轮中较尖锐的砂砾减小了该力。用于输送切屑和冷却剂的改进的轮孔率以及改进的冷却剂技术也有助于提高能源效率。结果,蠕动进给研磨的比能(去除每立方英寸的材料所需的能)也变得与铣削相当。

10.蠕变进料提供了重新定位热处理的希望

但是仅就加工周期而言,将铣削与磨削进行比较可能会错过蠕动进给的最大好处之一:对过程顺序的根本改变。在传统的磨削作为精加工工序中,零件经常在此步骤之前进行热处理。磨削是在较硬的热处理后状态下进行加工的有效方法,尽管在此状态下铣削零件会出现问题。因此,零件的大部分机加工是在工件还很柔软的时候通过铣削进行的,然后进行热处理,然后零件可以在磨削之前接受最后的轻铣削步骤,或者可以直接进行磨削。这个顺序是:铣削,将零件送去进行热处理,

但是,蠕动进给磨削可以取消该顺序。可以先对工件进行热处理,这意味着在进行任何机加工之前,可以先使工件达到其最终硬度。缓慢进给的磨削将消除为将这个非现场步骤运走部分完成的零件所必需的中断、延迟和协调。匹配铣削的MRR可能是基准,使磨削在生产中发挥更大的作用,但是在某些情况下,重新排序生产中所需的步骤可能是蠕动进给磨削实现了最大的节省。

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