外文翻译--用于高速磨削的高性能cBN和金刚石砂轮的发展 中文版

毕业设计（论文）外文资料翻译 系别： 机械工程系 专业： 机械设计在制造及其自动化 班级： 姓名： 学号： 外文出处： Cutting tool applications 附 件： 1、外文原文； 2、外文资料翻译译文。 指导教师评语： 签字： 年 月 日 注：请将该封面与附件装订成册。 新金刚石和前沿碳处理技术 2005 年第 4 卷 MYU 东京 NDFCT 486 用于高速磨削的高性能 cBN 和金刚石砂轮的发展 Nofihiro Funayama 和 Junichi Matsuda* 日本千叶 市 ， 290-0515，朝日 金刚石工业有限 公司研究与 开发 （ 2004 年 11 月29 日至 2005 年 3 月 19 日） 关键词：高速磨削， cBN viMfied 结合剂砂轮，金刚石砂轮 高速磨削用的 cBN 轮是一般的研磨方法，对这种方法的改进技术是必要的。因此，有限元法（ FEM）被用来优化车轮的形状，并设计爆破试验验证。为了重复研磨实验，一个适合用于高速研磨优化的车轮（的技术必须要）很发达。轮的表现在这磨削实验里验证了，通过整修和换药，车轮表面的调整是可能的。然后（才能）执行用于金刚石砂轮性能确认测试一个类似的实验。 1.介绍 虽然对高速磨削效率的提高已经研究了近六十年，但是破坏还是发生在常规轮圆周速度旋转达到 60 米 /秒的时候。 cBN 晶体高速磨削研究一直以来都是出现在市场上。 高速主轴的发展加快了其实际用途的发展。因为 cBN 晶体的硬度，热稳定性，尤其重要的是，切削刃的磨料颗粒，都适合用于高速研磨，因为它必须保持工作很长一段时间。 在 20 世纪 80 年代，使用（磨料，轮毂，磨床）高速磨削相关技术的发展，决定了它的实际用途。特别是，高速研磨技术被应用到到高效率的齿形磨削加工汽车零部件上。圆周速度达到 160 米 /秒的大规模生产线是目前的行业标准，高速磨削已知最先进的加工者：电子邮箱： matsudaasahidia.co.jp 该报告提出了一些不可缺少的对于大规模生产线的部分都采用 200 米 /秒的圆周速度进行高速磨削的技术。 2.车轮设计的高速磨削 高速磨削，在一般情况下，是施加到玻璃化的 cBN 的车轮上的。用于车轮高速磨削，不仅是良好的磨削性能，考虑以下三个点，而且由离心力引起的应力和位移引起的对安全方面旋转的破坏的减少是很有必要的。 1】轮芯材的选择 2】轮芯的设计 3】接合层的粘合方法 轮毂的设计和车轮的平衡，影响表面光洁度和形状在下一节中解释。 2.1 轮芯的高速磨削 对于轮芯的高速砂轮，所选择的材料应具有较高的的刚性。铝合金，钛合金和碳纤维增强塑料（ CFRP）等材料符合此标准。因为位移和应力，会降低材料的刚性，就如如。 （ 1）和（ 2）所示的那样。 E：杨氏模量， V：泊松比， p：比重 ；w：角速度 R：内径； R：外径； k： R/r； g：重力加速度 此外，获取所选择材料的易用性是必须要考虑的。虽然最近从环境保护和降低回收成本的观点出发，在圆周速度为 160m/s 时通常使用的钛合金和铝合金钢，但是，在 200 米 /秒是却不能使用。因为芯材的选择需要考虑材料的疲劳极限。 2.2 车轮的形状 在车轮的高速磨削中，除了核心材料的选择，形状也是很重要的。利用有限元法（ FEM）中的设计，以降低由于离心力的应力和位移。特别是，由于离心力的位移，直接关系到车轮的破坏，控制这种位移的设计是一个关键点。图 1示出的以位移值的差异作为形状的函数。由于具有窄的点 A 和 B 的类型是有效的位移，这样的形状的轮子被经常采用。此外，车轮的重量的设计作为减少轮交换的工作的一个因素，也被认为是在塑造最佳的车轮形状。 图一 旋涡的速度位移的关系。 2.3 粘附性 许多陶瓷结合剂砂轮已应用于 CBN 高速砂轮，其中有一些附着到金属芯的分部。由于 adherance 核心直接涉及到剥落和销毁段，所以为了防止破坏的车轮，粘合剂的选择是很重要的。此外，通过考虑的段的形状和长度，和优化的车轮的外直径是一个函数，车轮破坏速度是可以得到改善的。图 2 示出了不同的段长度的销毁速度比较。 2.4 车轮平衡 由于离心力的作用，车轮由于不平衡引起振动，形状和表面粗糙度增加使其变得更坏。根据行业标准，由于不平衡的重量与转速的第二功率成正比，必须经过高速磨削车轮平衡调整的开始，但可能会出现错误的核心形状的主轴或不准确的装修不平衡。图 3 显示了 不平衡量的关系为主轴的拟合误差。 在这种情况下，因为车轮被分离，重心的变化成为一个问题。一个解决这个问题的方法是采用 O 环轮孔。据了解，采用此方法时拟合误差的效果是不明显的，就像图4 所示。然而，该方法并不能减少不平衡量。因为，它最重要的是要抑制车轮的不平衡，平衡必须配备改性机理，即使在机器方面来说，平衡的调整也是所需的。虽然使用了平衡变形的机制，但是，这是不够的。因为在高速旋转的车轮上使用的液体由于离心力的作用而会流向外部。由操作者加入重量进行调整后的车轮被安装在机器上是由最有效的解决办法。然而，这种方法 从安全的观点出发并不推荐。但是随着高速磨削使用次数的增加这个问题应该能够得到解决。 图 2 段的长度和破坏的速度比较 图三（左）关系的不平衡拟合误差。图四（右）不平衡的车轮 O 形环 3 砂轮高速磨削的安全性评价 通过进行破坏试验从各种检查结果对砂轮进行优化，从而对设计进行验证。图 5 示出的挂在车轮上的旋转测试仪是一种使用压缩空气作为驱动源的空气涡轮机，安装悬挂在主轴上的自旋测试仪。此测试仪具有测试旋转轮称重可达到于 40,000 分钟的能力，如用于曲柄轴的 300 千克的大直径轮。就像图。 6所示破坏试验后的车轮。此测试轮是由轻合金制成的，并于 200 RN/ s 的旋转开始。 “破坏速度为 550 米 /秒。 A 组的设计师正在研究测试的结果，开发一种更安全的车轮。 4 高速磨削 4.1 高速磨削砂轮 因为它是在一个恒定的磨料负载，能够提高磨削效率，导致的结果是添加到磨料的负荷降低，增加圆周速度，和磨削负荷随之减小。这是高速研磨的最大优点。 图 5（左）砂轮 在旋转 测试仪中的 照片 图 6（右） 测试后破坏的砂轮 图 7 磨削负载与圆周速率之间的关系。 图片显示了在恒定的磨削条件下，磨削负载与圆周速率之间的关系。车轮零件的数目通常代表了车轮的寿命。，增加部件的数量以降低车轮的磨损，这是必要的。并且车轮的耐磨损规格这个要求也要保证。但是，也有许多情况下，更耐磨损轮的磨削负荷增加，这对形状和表面粗糙度的精度上右相当大的影响。因此，如果磨削负荷降低，某些步骤必须采取确保工件的具有可以完成的所需特性。修整是其中的一些步骤，也是有效的高速磨削的重要元素。在高速磨削上有很多 CBN 陶瓷结合剂的砂轮。这些砂轮和金刚石制成的的修整器同时进行修整工作。在整修时， cBN 的切削刃 和的圆周速度之比（修整速度 /车轮速度）是可以调整的。旋转修整器的进料速度也是可以改变的。图 8 显示了出了通过以下方式获得整修研磨特性的概念图表。整修研磨条件是成立一个大的圆周速度比，高进给速度会降低车轮的磨削负荷。因为它在我们使用高速粉碎机执行整修研磨试验所需的条件下不能够达到良好的加工工件的质量，我们必须考虑适合的车轮结合的条件。 对于加工用旋转修整器，重要的是要选择适合的 cBN 轮的工件。尤其是在一个较高的圆周速度比下对一些高速磨削整修器的选择。这是要考虑旋转修整器的耐磨损性和刚性。这样的旋转修整器的使用很 依赖 cBN 的陶瓷结合剂砂轮的表面调整。图 9 示出的，在测试过程中， cBN 陶瓷结合剂的表面。垂直轴是圆周速度比，水平轴是进给速度 率。我们知道，这是可能改变的陶瓷结合剂的表面和 cBN 的圆周速度比的组合。 4.2 金刚石砂轮高速磨削 前面所讨论的是 cBN 砂轮在高速磨削中的应用。在高速研磨中，用金刚石砂轮甚至一个钻石轮高速磨削施加倒角磨削奥拉液晶显示器（ LCD）玻璃和汽车玻璃可能效率会很高。 图 8 整修研磨的概念图 图 9 砂轮表面修整后，用激光显微镜分析。 图 10（左）改进的例子 图 11（右）金刚石砂轮研磨板玻璃的例子 使用金刚石砂轮，我们不能像 cBN 轮一样达到研磨效率正比于车轮速度。在高速磨削时，磨削头达到高温，以及金刚石的碳转化。这是因为金刚石的热特性。因此，有必要考虑在高速使用金刚石砂轮磨削时的冷却方法。 此外，使用金刚石砂轮的情况下，不同于 cBN 的陶瓷结合剂砂轮，我们无法控制磨削负荷或表面不同的粗糙度。因此，必须采取下列措施。 1 为了提高磨削负荷，金刚石晶粒尺寸必须足够大。 2 为了改善表面粗糙度，金刚石密度必须高。 重要的是，我们将继续调整车轮规格的要求。 结论 考虑到 cBN 轮以及金刚石砂轮，高速研磨砂轮的设计的特点以及使用已经被引进。各种磨床高速磨削技术的改进往往是由于应用在大规模生产线的发展的需要。因此，工具制造商必须确定适合每个个人用户（需求的）规格。 参考文献 H. Aikawa and J. Matsuda: JSME Spring Annual Meeting (1997) 185. J. Matsuda: Journal of the Society of Grinding Engineers 44 (2000) 353. H. Nishio