高速磨削工艺特点及其发展现状

(5)磨削温度低。超高速磨削中磨削热传入工件的比率减小，使工件表面 磨削温度降低，能越过容易发生热损伤的区域，受力受热变质层减薄， 具有更好的表面完整性。使用CBN 砂轮200 m/ s 超高速磨削钢件的 表面残余应力层深度不足10微米。从而极大地扩展了磨削工艺参数地 应用范围.
(6)充分利用和发挥了超硬磨料的高硬度和高耐磨性的优异性能。电镀和 钎焊单层超硬磨料砂轮是超高速磨削首选的磨具，特别是高温钎焊金 属结合剂砂轮，磨削力及温度更低，是目前超高速磨削新型砂轮.
（4）磨削状态检测及数控技术
高速超高速磨削加工中，由于砂轮线速度极高，砂轮由于 超高速引起的破碎现象时常发生，砂轮破碎及磨损状态的 监测是关系到磨削工作能否顺利进行和保证加工质量和零 件表面完整性的关键；在超高速加工中，砂轮与工件的对 刀精度，砂轮与修整轮的对刀精度将直接影响到工件的尺 寸精度和砂轮的修整质量。
(7)具有巨大的经济效益和社会效益，并具有广阔的绿色特性。 高速超高 速磨削加工能有效地缩短加工时间，提高劳动生产率，减少能源的消 耗和噪声的污染。因超高速磨削热的70%被磨屑所带走，所以加工表 面的温度相对低，所需磨削液的流量和压力可相对减少，使冷却液的 需求量减少，能量需求减少，污染减少。
三、技术支持
一、磨削机理
①在高速超高速磨削加工过程中，在保持其它参数不变的条件下，随着 砂轮速度的大幅度提高，单位时间内磨削区的磨粒数增加，每个磨粒 切下的磨屑厚度变小，导致每个磨粒承受的磨削力大大变小，总磨削 力也大大降低。
②超高速磨削时，由于磨削速度很高，单个磨屑的形成时间极短。在极 短的时间内完成的磨屑的高应变率(可近似认为等于磨削速度) 形成 过程与普通磨削有很大的差别，表现为工件表面的弹性变形层变浅， 磨削沟痕两侧因塑性流动而形成的隆起高度变小，磨屑形成过程中的 耕犁和滑擦距离变小，工件表面层硬化及残余应力倾向减小。
Ⅰ相关概念
磨削定义：
通常所说的“磨削”主要是指用砂轮或砂带进行去除材料加 工的工艺方法，它是应用广泛的高效精密的终加工工艺方 法。
所属范畴：
先进制造技术 →先进加工技术→去除加工→力学加工
分类：
普通磨削 高速磨削 超高速磨削
V＜45m/s 45m/s＜V＜150m/s V＞150m/s
Ⅱ工艺特点
机电动平衡系统
（2）高速磨削砂轮
①砂轮基体（满足通用化，降低连接处应力，满足磨削时的强度和刚度 要求）
②锋利（也就是说，磨粒突出高度要大，以便能容纳大量的长切屑，一 般采用电镀结合砂轮）
③结合剂必须具有很高的耐磨性，以减少砂轮的磨损。（电镀结合砂轮， 多孔陶瓷结合剂砂轮）
高速磨削砂轮
（3）冷却润滑系统
③此外，超高速磨削时磨粒在磨削区上的移动速度和工件的进给速度均 大大加快，加上应变率响应的温度滞后的影响，会使工件表面磨削温 度有所降低，因而能越过容易发生磨削烧伤的区域，而极大扩展了磨 削工艺参数的应用范围。
二、高速磨削的加工特点
(1)生产效率高。由于单位时间内作用的磨粒数增加，使材料磨除率 成倍增加，比普通磨削可提高30%-100% ； (2)砂轮使用寿命长。由于每颗磨粒的负荷减小，磨粒磨削时间相应 延长，提高了砂轮使用寿命。磨削力一定时，200m/s磨削砂轮的寿 命是80m/s 磨削的两倍；磨削效率一定时，200m/s 磨削砂轮的寿命 则是80m/s磨削的7. 8倍。这非常有利于实现磨削自动化； (3)磨削表面粗糙度值低。超高速磨削单个磨粒的切削厚度变小，磨 削划痕浅，表面塑性隆起高度减小，表面粗糙度数值降低；同时由于 超高速磨削材料的极高应变率，磨屑在绝热剪切状态下形成，材料去 除机制发生转变，因此可实现对脆性和难加工材料的高性能加工； (4)磨削力和工件受力变形小，工件加工精度高。由于切削厚度小， 法向磨削力Fn相应减小，从而有利于刚度较差工件加工精度的提高。 在切深相同时，磨削速度250 m/ s 磨削时的磨削力比磨削速度 180m/s 时磨削力降低近一倍；
由于高速磨削砂轮转速极高，对机床功率及性能、砂轮强 度、振动、平衡、气流扰动、安全防护和冷却液注入等工 艺措施提出了特殊要求。因此，与其相关的关键技术有：
（1）高速主轴 ①高速主轴须有连续自动动平衡系统 属于自动控制技术，利用反馈调节模式，采用测量元件和控制元件进 行动平衡 ②保证主轴在高速状态下有足够的转矩用于切削 无功功率与转速和砂轮直径有关，在高速磨削状态下可通过选用直径 小的砂轮
冷却润滑系统由冷却润滑液、泵、过滤器等组成，对高精度磨 削还需有温度控制系统以确保冷却润滑液的温度恒定。
冷却润滑液必须完成润滑、冷却、清洗砂轮和传送切屑四大任 务。故它必须满足以下的技术要求：
①较高的热容量和导热率，以提高冷却率 ②能承受较高的压力 ③良好的过滤性能，防腐蚀性和附着力 ④较高的稳定性，不起泡，不变色 ⑤对健康无害，易于清洗 ⑥有利于环境保护，易于处理。
Ⅲ高速磨削的发展现状
一、目前高速磨削的应用主要有三个方面：
（1）高速高效深磨（起源于德国）
以砂轮高速（＞150m/s）、高进给速度（0.5～10m/min）和大 切深（0.1～30mm）为主要特征的高效深磨技术是高速磨削在高效 加工方面的最新应用。
（2）高速精密磨削
高速精密磨削在日本应用最为广泛。因为日本的高速磨削主要 不是以获得高生产率为目的，而是对磨削过程的综合性能（如加工精 度和表面质量）更感兴趣，它的磨削效率普遍地维持60mm3/mm.s 以下，这是与欧洲高速磨削高效深磨工艺的显著差别。
（3）难磨材料的高速磨削
利用高速磨削实现对硬脆材料（工程陶瓷及光学透镜等）的高 性能加工是高速磨领域的一个重要组成部分。
二、高速磨削继续发展所要做的技术突破
欲将磨削速度进一步提高，目前仍受许多因素的限制，要 想充分发挥高速磨削的优势，必须从制约切削速度的各个 方面进行研究。 （1）发展高功率高速主轴 关键在于开发大功率高速主轴。 （2） 研制适应高速磨削的新颖砂轮 （3） 磨床结构的改进 尽可能降低机床在高速时由于砂轮不平衡引起的振动，应 配置在线自动动平衡系统，以使机床在不同转速时，始终 处于最佳的运行状态。为了提高生产效率和工件的加工精 度，则应采用高速、高效和高精度进给驱动系统。比如在 平面磨床上采用直线电机替代丝杠螺母传动；在进行偏心 磨削时，外圆磨床除了须具备高速滑台系统外，还要配备 高速数控系统，以保证工件的精度及较高的生产率。