引言

       磨削、鉆削、車(chē)削和釬削是原材料加工成精整產(chǎn)品過(guò)程中比較重要的幾種機(jī)械加工工藝，通過(guò)對(duì)原材料形狀和狀態(tài)的改變加工成新的工件。對(duì)于脆硬、難加工材料以及對(duì)尺寸精度和表面光潔度有較高要求的工藝處理，則通常采用磨削加工工藝；磨削是一種材料去除率較高的精磨工藝處理，產(chǎn)品質(zhì)量要求高、誤差錯(cuò)誤的成本代價(jià)也比較高。因此，選擇適當(dāng)?shù)?a href='/news/search/key/%25E5%258A%25A0%25E5%25B7%25A5%25E5%258F%2582%25E6%2595%25B0.html' target='_blank'>加工參數(shù)對(duì)于保證工件表面質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率就至關(guān)重要。

       近年來(lái)不少學(xué)者對(duì)磨削工藝進(jìn)行了研究。Walton利用物理氣相沉積（PVD）鍍附法采用CBN砂輪對(duì)低碳鋼（51CrV4）工件進(jìn)行加工并測(cè)得精準(zhǔn)溫度，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高壓磨削液對(duì)于鍍覆層沒(méi)有影響。Kwak利用反應(yīng)曲面法（RSM）分析了SCM440鋼在外圓磨削時(shí)的磨削力和表面粗糙度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)將普通材料去除率添加到這些數(shù)學(xué)模型等值線圖上，可以求得一些有用的磨削條件。Monici解釋了優(yōu)化切削液設(shè)備方法以此來(lái)提高加工效率并指出將油性切削研磨油同CBN砂輪結(jié)合起來(lái)要比剛玉砂輪的效率更高。Xu利用CBN砂輪對(duì)氮化硅進(jìn)行磨削，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠獲得較好的表面質(zhì)量。Badger利用剛玉砂輪對(duì)表面磨削的磨削比和功率消耗進(jìn)行檢測(cè)以此來(lái)研究影響高速鋼（HSS）可磨削性的因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)碳化釩的尺寸是影響HSS可磨削性的主要因素。Deepak pal利用田口參數(shù)優(yōu)化方法研究磨削參數(shù)的優(yōu)化以求得最小表面粗糙度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示隨著材料硬度的增加，表面粗糙度降低；磨料粒度從G46變化至G60，以及速度變大時(shí)，表面粗糙度也會(huì)降低。Manimaran利用剛玉砂輪在干、濕、低溫冷卻的條件下對(duì)AISI316不銹鋼磨削進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)表明低溫冷卻條件下切削深度加大時(shí)，表面粗糙度增加；此時(shí)磨削力和磨削區(qū)溫度也都有所增加。H.Aouici對(duì)AISI H11熱作鋼的硬車(chē)削進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)進(jìn)給速度和切削深度對(duì)表面質(zhì)量的影響不大。

實(shí)驗(yàn)

       將H11熱作鋼板坯加熱至1025℃，高溫保溫0.5小時(shí)，500℃熱鹽槽淬火冷卻。最高溫度450℃煅煉兩次，高溫保溫2小時(shí)，最終硬度為45HRC。實(shí)驗(yàn)采用熱作鋼AISI H11主要是因?yàn)樗捕雀摺⒛湍バ院谩㈨g性好、耐熱沖擊性好，廣泛應(yīng)用于硬模、熱作鍛造、擠壓成形工藝、直升機(jī)旋翼槳葉和翼軸制造。H11化學(xué)組份如表1所示：
       實(shí)驗(yàn)采用剛玉砂輪：AA46/54 K5 V8, 200×13.31×75mm。AISI H11熱作鋼磨削實(shí)驗(yàn)分別在干、濕、壓縮氣體三種環(huán)境下進(jìn)行。在氣體加工環(huán)境中，磨削區(qū)壓縮氮距離切割區(qū)45mm，壓力保持在3 bar。在濕加工中，冷卻方式是含有20%冷卻油的水，以6.5 l/min直接施與砂輪和工件的界面處。在干加工中，不使用任何冷卻。

       H11熱作鋼尺寸為304 mm × 110 mm × 24 mm，采用橫向切割。切割深度為110mm，每次切割后用Mitutoyo SJ-201p表面粗糙度檢測(cè)儀測(cè)量五次，求其平均值作為最后的表面粗糙度值。圖一為實(shí)驗(yàn)用的表面粗糙度檢測(cè)儀，圖二為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。



       表二為平面磨床加工出的27組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由田口Taguchi L27 (34)正交陣列求得。


實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

       表三和圖三顯示了對(duì)表面粗糙度的影響。信噪比越高，輸入變量對(duì)輸出參數(shù)的影響就越好。在濕加工條件下，進(jìn)給速度5mm/min，切削深度為0.1mm，砂輪速度為2000rpm時(shí)表面粗糙度達(dá)到最優(yōu)化。


       從表四可以看出，對(duì)AISI H11表面粗糙度影響最大的參數(shù)為砂輪加工環(huán)境，其次是進(jìn)給速度（FR），接著是砂輪速度（WS）和切割深度(DOC)。圖四為表面粗糙度的信噪比交互作用圖，顯示了加工環(huán)境（干、濕、氣體）與砂輪速度、進(jìn)給速度、切削深度的交互作用。

       圖五（a）顯示，相比于干環(huán)境和壓縮氣體環(huán)境，濕冷卻環(huán)境對(duì)較好的表面粗糙度有著更顯著的影響；五（b）顯示砂輪速度增加會(huì)改善工件的表面粗糙度；五（c）和五（d）顯示隨著進(jìn)給速度和切削深度的增大，表面粗糙度也隨著增大。同時(shí)還可以看出進(jìn)給速度和切削深度的加大會(huì)導(dǎo)致磨削區(qū)溫度升高，從而導(dǎo)致工件表面的灼燒并最終導(dǎo)致較大的表面粗糙度。


結(jié)論

       1.濕加工條件要比干環(huán)境和壓縮氣體環(huán)境下更能夠獲得較好的表面粗糙度；

       2.濕加工條件的有效性主要是由于冷卻液提供了良好的潤(rùn)滑效果；

       3.增大砂輪速度并減小進(jìn)給速度和切削深度會(huì)獲得較好的表面質(zhì)量。