2014 - 13 - 高速超高速磨削解析
机械加工制造中超高速磨削技术的应用体会(新版)
机械加工制造中超高速磨削技术的应用体会(新版)Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management.( 安全管理 )单位：______________________姓名：______________________日期：______________________编号：AQ-SN-0104机械加工制造中超高速磨削技术的应用体会(新版)我国作为一个发展中国家，机械加工制造工业所带来的经济效益和社会效益是无法估量的。
一般而言，机械加工制造涉及的领域非常广泛，上到军用工业，下到民用工业。
采用超高速磨削技术，可以保证社会对机械设备的需求，同时能够实现客观上的工作提升。
在此，本文主要对机械加工制造中超高速磨削技术，阐述一些应用体会。
机械制造中超高速磨削技术的含义所谓高速磨削的技术是指在机械制造领域内砂轮线的速度高于45m/s的磨削技术，而超高速磨削技术则是砂轮线的速度超过150m/s 的磨削技术。
通过提升速度，将每颗磨粒变得更薄、相应的负荷也在减轻。
通过机械制造中超高速磨削技术，可以让金属表面更加细腻，而不会影响实际应用效果，经过统计分析，应用此项技术，可以让磨削效率、磨削质量都得到大幅度的提升。
技术优点(1)生产效率得到提升相对于机械制造中的一般技术来说，应用超高速磨削技术后，总体上的生产效率得到了有效提升。
首先，由于超高速磨削技术能够达到150m/s的高速运转，很多重要零部件的磨削工作，都可以实现一个较高的指标，无论是精度，还是硬度、光滑度等，都要比原来更加理想；其次，自从应用超高速磨削技术后，每个月的生产指标都可以完成，不必再因为技术上的问题加班加点赶进度，而是可以在正常的工作时间范围内，提升工作效率；第三，通过采用此种技术，砂轮转速得到了大幅度提升。
高速磨削和精密磨削中的一些问题
高速磨削和精密磨削中的一些问题1、什么是高速磨削？与普通磨削相比，高速磨削有哪些特点？答：高速磨削是通过提高砂轮线速度来达到提高磨削效率和磨削质量的工艺方法。
它与普通磨削的区别在于很高的磨削速度和进给速度，而高速磨削的定义随时间的不同在不断推进，60年代以前，磨削速度在50m/s时即被称为高速磨削，而90年代磨削速度最高已达500m/s，在实际应用中，磨削速度在100m/s以上即被称为高速磨削。
高速磨削与普通磨削相比，它有以下特点：（1）在保持其它全部参数恒定情况下，只增加砂轮速度，将导致切削厚度减小，相应也减小作用于每一磨粒上的切削力。
（2）若相应于砂轮速度成正比增加工件速度，切削厚度可保持不变。
在这种情况下，作用于每一磨粒上的切削力，以及磨削合力不改变。
这样最大的优点是，在磨削力不变的情况下，材料去除率成比例增加。
2、试简述高速磨削对砂轮和机床的要求。
答：高速磨削砂轮必须满足下列要求：（1）砂轮的机械强度必须能承受高速磨削时的切削力；（2）高速磨削时的安全可靠性；（3）外观锋利；（4）结合剂必须具有很高的耐磨性以减少砂轮的磨损。
高速磨削对机床的要求：（1）高速主轴及其轴承：高速主轴的轴承一般采用角接触滚珠轴承。
为了降低主轴发热，提高主轴的最高转速，新一代的高速电动主轴绝大多数均采用油气润滑。
（2）高速磨床除具有普通磨床的功能外，还需满足以下特殊要求：高动态精度、高阻尼、高抗振性和热稳定性；高度自动化和可靠的磨削过程。
（3）砂轮速度提高以后，其动能也随之增加，如果发生砂轮破裂，显然会给人身和设备造成比普通磨削时更大的伤害，为此除要提高砂轮本身的强度以外，设计专门用于高速磨削的砂轮防护罩是保证安全的重要措施。
3、高速磨削中砂轮精密修整技术有哪些？答：目前应用较为成熟的砂轮修整技术有：（1）ELID在线电解修整技术；（2）电火花砂轮修整技术；（3）杯形砂轮修整技术；（4）电解—机械复合整形技术4、什么是精密磨削？试简述普通砂轮精密磨削中砂轮的选择原则。
高铁铁轨高速打磨与超硬材料应用全解课件
PART 06
结论与展望
REPORTING
高铁铁轨高速打磨与超硬材料应用的意义与价值
提升高铁运行安全性和稳定性
高速打磨和超硬材料的应用能够减少铁轨的磨损和变形，提高铁轨的使用寿命，从而确保 高铁运行的安全性和稳定性。
提高高铁运行效率
通过高速打磨技术，可以快速修复铁轨的微小损伤，减少因维修造成的停运时间，提高高 铁的运行效率。
通过精确控制磨削深度和速度，可以确保铁轨表 面质量达到规定要求，提高高铁行驶的安全性和 舒适性。
高速打磨技术在高铁铁轨中的应用
维护保养
高速打磨技术用于高铁铁 轨的日常维护保养，定期 对铁轨表面进行打磨，保 持其良好的外观和性能。
修复损伤
当高铁铁轨出现磨损、划 痕等损伤时，高速打磨技 术可用于修复表面缺陷， 延长使用寿命。
质量和效率的重要措施。
实践经验总结与展望
实践经验总结
通过国内外高铁铁轨打磨的典型案例分析，可以总结出一 些有益的经验教训，如选择合适的磨削材料、优化磨削工 艺参数、加强设备维护保养等。
技术发展趋势
随着科技的不断进步，高铁铁轨打磨技术将朝着更加高效 、环保、智能化的方向发展。
未来展望
未来高铁铁轨打磨技术将更加注重技术创新和智能化发展 ，提高打磨效率和质量，降低维护成本，为高铁的安全、 平稳运行提供更加可靠的保障。
超硬材料在高铁铁轨中的应用
高铁铁轨的磨损
高铁铁轨在长时间的使用过程中，会受到高速列车车轮的摩擦和冲击，导致铁 轨表面出现磨损和变形。
超硬材料的应用
为了保持高铁铁轨的平整度和安全性，需要使用超硬材料制成的工具进行高速 打磨和修复。这些工具包括超硬磨石、研磨盘和抛光轮等。
超硬材料的应用优势与挑战
高速磨削方法简介.
强力磨削的特点
（1）它可以代替一部分车削、铣削和刨削等; （2）强力磨削应用适当时，可以直接从毛坯磨成 成品，粗精加工一次完成; （3）加工效率成倍提高;
（4）可以减少加工设备，节省由于不同加工工序 所需要的装卸调整等辅助时间;
（5）它不受工件表面条件（如锈、硬点、断续表 面等）以及材料硬度，韧性的限制; （6）加工精度和表面粗糙度小。
三、砂带磨削
1.砂带磨削原理： 砂带磨削是以砂带 作为磨具并辅之以 接触轮(或压磨板)、 张紧轮、驱动轮等 磨头主体以及张紧 快换机构、调偏机 构、防(吸)尘装置 等功能部件共同完 成对工件的加工过 程。具体讲就是将 砂带套在驱动轮、 张紧轮的外表面上, 并使砂带张紧和高 速运行,根据工件形 状和加工要求以相 应接触和适当磨削 参数对工件进行磨 削或抛光,如下图所 示。（1为接触轮， 2为张紧轮，3为砂 带，4为工件)
国内磨削技术的发展情况
超高速磨削技术在国外发展十分迅速，在国内 也引起了高度重视。我国高速磨削起步较晚，自 1958 年，我国开始推广高速磨削技术。1977 年， 湖南大学在实验室成功地进行了100m/ s 和 120m/ s 高速磨削试验。湖南大学开始针对一台 250m/ s 超高速磨床主轴系统进行高速超高速研 究，并在国内首次进行了磁浮轴承设计[14]。
20 世纪90年代至现在，东北大学一直在开展超高 速磨削技术的研究，并首先研制成功了我国第一 台圆周速度200m/s、额定功率55kW 的超高速试 验磨床，最高速度达250m/s[1]。
一、高速磨削
磨削原理
关于高速磨削机理的研究，研究者一般是用最 大切屑（磨屑）厚度dmax来解释高速磨削中诸多磨 削现象：在保持其他参数不变，仅增大磨削速度vs 情况下，单位时间内磨削区的磨粒数增加，每个磨 粒的切下的磨屑厚度变小，导致每颗磨粒承受的磨 削力大大变小，dmax减小，每个磨削刃上的作用切 削力减小，dmax减小也能改善表面粗糙度Ra和减 缓切削力对砂轮磨损的影响，另外，总磨削力随sv 增大而减小；在保持dmax不变，即增大vs同时成比 例地提高工件进给速度vw，或者加大磨削深度，每 个磨削刃上的作用切削力及磨削力并没有改变，但 随vw提高而成比例地提高材料磨除率
高速切削与磨削PPT
（图3-34，图3-35 ）。
Ø 仪器仪表： ◎精密光学零件加工。
3.8.1 高速加工概述
Ø 高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于 相关技术要求较高，使其应用受到限制。
Ø 与高速加工密切相关的技术主要有： ◎高速加工刀具与磨具制造技术； ◎高速主轴单元制造技术； ◎高速进给单元制造技术； ◎高速加工在线检测与控制技术； ◎其他：如高速加工毛坯制造技术，干切技术，高速加 工的排屑技术、安全防护技术等。
Ø 天然金刚石价格昂贵，刃磨困难，主要用于加工精度和 表面粗糙度要求极高的零件，如激光反射镜、感光鼓、多 面镜、磁盘等。
3.8.2 高速加工刀具
q 聚晶金刚石 Ø 人造金刚石是在高温高压条件下，借助于某些合金触媒 的作用，由石墨转化而成。 Ø 在高温高压下，金刚石粉经二次压制形成聚晶金刚石（ 20世纪60年代出现）。 Ø 聚晶金刚石不存在各向异性，硬度略低于天然金刚石， 为HV6500-8000 。 Ø 聚晶金刚石价格便宜，焊接方便，可磨性好，应用广泛 ，可在大部分场合代替天然金刚石。 Ø 用等离子CVD（化学气相沉积）可将聚晶金刚石作成涂 层，用途和聚晶金刚石刀具相同。 Ø 金刚石刀具不适于加工铁族材料，因为金刚石中的碳元 素与铁元素有很强的亲和力，碳元素极易向含铁的工件扩 散，使金刚石刀具很快磨损。
q 高速加工定义 Ø 尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的 刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料 切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。
Ø 以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和进 给速度为普通切削的5～10倍。 Ø 以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000 r/min。
超高速加工技术 2
粗加工
传统加工方法 精加工
高速切削 少量手工精修
手工精修
加工时间 100 % 图 采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）
精选课件
12
电极制造
1毛坯 → 2粗铣 → 3半精铣 → 4热处理 →5电火花加工→6精铣→7手工磨修
a）传统模具加工的过程
1硬化毛坯→2粗铣→3半精铣→4精铣→5手工磨修 b）高速模具加工的过程
超高速加工技术
超高速加工的基本概念 超高速加工的内涵
高速加工切削速度的范围
超高速加工的特点
超高速加工的应用
超高速加工的关键技术
高速磨削加工精选课件
1
超高速加工的基本概念
高速加工技术：
采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自 动化制造设备，极大地提高材料的切除率，并保证加工精度和 加工质量的现代制造加工技术。
精物理学家萨洛蒙（Carl Salomon）博士于1931年提出的著名切削理 论认为：一定的工件材料对应有一个临界切 削速度，在该切削速度下其切削温度最高。
在常规切削速度范围内，切削温度温度 随着切削速度的增加而提高。在切削速度达 到临界切削速度后，随着切削速度的增大切 削温度反而下降。
➢工艺系统振动小 在超高速加工中，由于机床主轴转
速很高，激励振动的频率远离机床固有振动频率，因此
可使工艺振动减小，提高加工质量。
精选课件
8
超高速加工的特点
➢ 高精度 切削激振频率远高于机床系统固有频率，加 工平稳、振动小；
➢ 热变形小 温升不超过3ºC，90%切削热被切屑带走；
A为高速切削加工时的热传导过程 B为传统加工的热传导过程
◎钛(Ti)：100-1000m/min
超高速磨削技术探析
2017年第10期时代农机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第44卷第10期Vol.44No.102017年10月Oct.2017作者简介：宫笃篪（1969-），男，大学本科，讲师，主要研究方向：机械制造与自动化。
超高速磨削技术探析宫笃篪(,221003)摘要：超高速加工是一个相对概念，由于不同加工方式、不同工件材料有不同高速加工范围，因而很难就超高速加工的切削速度给出一个确切的定义。
概括地说，超高速加工技术是指采用超硬材料的刀具与磨具，能可靠地实现高速运动，极大地提高材料切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术，其切削速度通常比常规高10倍左右。
关键词：超高速磨削；技术特征；关键技术自20世纪30年代德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念以来，经过20世纪50年代的机理与可行性研究，20世纪70年代的工艺技术研究，20世纪80年代全面系统的高速切削技术研究，到20世纪90年代后期，商品化高速切削机床大量涌现；21世纪初，高速加工技术在工业发达国家得到普遍应用，正成为切削加工的主流技术。
1国内外高速磨削技术简介在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件，超高速磨削技术是现代超高速加工的工艺方法。
（1）国外磨削技术的发展。
磨削加工是一种古老而自然的制造技术，应用范围遍布世界各地，然而磨削速度一直处于低速水平。
20世纪后，为了获得高加工效率，世界发达国家开始尝试高速磨削技术，工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。
在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。
（2）我国磨削技术的发展情况。
超高速磨削技术在国外发展十分迅速，在国内也引起了高度重视。
我国高速磨削起步较晚，近年来，我国在高速、超高速加工的各关键领域（如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面）也进行了较多的研究并有相应的研究成果。
2超高速磨削加工的优越性（1）可以大幅度提高磨削效率。
超高速磨削技术最新进展综述
超高速加工技术最新进展综述一.超高速磨削加工技术的发展及现状摘要: 综述了超高速磨削加工技术的起源,概述了德国、美国以及日本等国的发展历程和目前的现状,并分析了国内近年来超高速磨削的发展。
介绍了超高速磨削的机理, 简单总结了超高速磨削的优越性和特点。
超高速磨削是提高磨削效率、降低工件表面粗糙度和提高零件加工质量的先进加工技术。
超高速磨削具有巨大的经济效益。
阐述了超高速磨削目前的发展趋势。
通常将砂轮线速度大于45m/ s的磨削称为高速磨削, 而将砂轮线速度大于150m/ s的磨削称为超高速磨削。
超高速磨削技术是磨削工艺本身的革命性跃变, 是适应现代高科技需要而发展起来的一项新兴综合技术, 它集现代机械、电子、光学、计算机、液压、计量及材料等先进技术成就于一体。
超高速磨削在德国、日本和美国等发达国家发展比较快。
德国著名磨削专家Tawakoli T 博士将其誉为“现代磨削技术的最高峰”。
日本先端技术研究学会把超高速加工列为五大现代制造技术之一。
国际生产工程学会( CIRP) 将超高速磨削技术确定为21世纪的中心研究方向之一, 并进行合作研究。
1. 超高速磨削技术的发展1. 1 高速和超高速磨削的理论依据高速加工和超高速加工的概念是由德国切削物理学家SalomonC博士于1931年首先提出, 他发表了著名的Salomon曲线, 创造性地预言了超越Talor切削方程式的非切削工作区域的存在, 提出如能够大幅度提高切削速度, 就可以越过切削过程产生的高温死谷而使刀具在超高速区进行高速切削, 从而大幅度减少切削工时, 成倍地提高机床生产率。
他的理论成为后来的高速超高速磨削的理论依据。
1. 2 国外高速超高速磨削的发展1. 2. 1欧洲的发展情况欧洲高速超高速磨削技术的发展起步比较早。
1979年德国Bremen大学的Werner PG[1]教授撰文预言了高效深磨区存在的合理性, 由此开创了高效深磨的概念。
1983年德国Bremen大学出资由德国Guhring Automation公司制造了当时世界上第一台高效深磨的磨床, 砂轮圆周速度达到了209m/s。
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的表面粗糙度。
A 超高速磨削技术的现状和发展 – 缓进给磨削
与普通磨削的区别在于磨削深度大（1-30mm），工件的进给速
度小（5-30mm/min）。
适宜加工韧性材料（如镊基合金）和淬硬材料，包括各种型面和 沟槽。可部分取代车削和铣削的加工。 自1963年正式应用以来，一直受到传统砂轮速度(<35m/s)的限制。 普遍认为：高砂轮速度不适合深磨场合，因为砂轮速度的提高会引起 磨削温度上升，导致磨削烧伤的危险性增加。
A 超高速磨削技术的现状和发展
1979年，德国P.G.Wemer博士预言存在高效深磨区。 1983年，Bremen大学出资制造HEDG，线速度达到100-180m/s。 真正实现优质高效，被誉为磨削技术发展的高峰，磨削技术进入新纪
元。
1984年，Wemer博士获得国际磨粒工程学会年度个人最高成就奖。
超高速磨削 Ultral-high Speed Grinding
A B C D E
超高速磨削技术的现状和发展
超高速磨削加工的优势
超高速磨削技术的应用
超高速磨削的加工机理
超高速磨削的相关技术
P2
A
超高速磨削技术的现状和发展
P3
A 超高速磨削技术的现状和发展
20世纪，60年，高速磨削一般在45-60 m/s; 70年代，80-90m/s，少数达到120m/s 。 存在问题： （1）高速磨削时，磨屑厚度变小，磨削能增加，磨削热增加。
C 超高速磨削技术的应用
B 超高速磨削加工的优势
试验表明：采用磨削速度1000m/s（超过加工材料塑性变形应力波速 度）的超高速磨削效益明显。 受到现有设备的限制，试验室最高磨削速度为400m/s,更多是250m/s
以下的研究和开发，但超高速磨削相比传统磨削有明显优势：
（1） 大幅度提高磨削效率
磨削力不变，200m/s超高速磨削的金属切除率比80m/s磨削提高150%，
A 超高速磨削技术的现状和发展
PCD和PCBN等超硬磨料砂轮的推广应用和高速磨削机制研究的深 入，高速磨削再度兴起，出现了高于普通磨削5-6倍的超高速磨削。
现在工业实用磨削速度150-250m/s，试验室达到400m/s。
超高速磨削加工技术领域，德国领先，日本后来居上，美国奋起直
追。
A 超高速磨削技术的现状和发展
发展阶段：
1 高速磨削 2 缓进给磨削
3 高效深磨
4 超高速磨削
A 超高速磨削技术的现状和发展
国内高速磨削研究，1958年达到50m/s，后面发展一直缓慢。 试验室超高速磨削速度达到250m/s，但没有产业化。 工业引用一直在100m/s，与国外差距较大。
B
超高速磨削加工的优势Fra bibliotekP 11
次数的影响较小。
B 超高速磨削加工的优势
（4）可大幅延长砂轮寿命，有助于实现磨削加工的自动化。 磨削力不变条件下，200m/s磨削时砂轮寿命比80m/s提高1倍。 磨削效率不变条件下，砂轮寿命可提高约8倍。 使用金刚石砂轮磨削氮化硅陶瓷时，磨削速度由30m/s提高到 160m/s，砂轮磨削比由900提高到5100。
（5）可改善加工表面完整性
超高速磨削加工可以越过易产生磨削烧伤的区域，在大磨削用量下反
而不产生磨削烧伤。
B 超高速磨削加工的优势
高速磨削加工优势总结： （1） 大幅度提高磨削效率 （2） 磨削力小，零件加工精度高 （3）可以获得低粗糙度表面
（4）可大幅延长砂轮寿命，有助于实现磨削加工的自动化。
（5）可改善加工表面完整性
（2）磨削液难以进入磨削区，传入工件的热流比例增大。
导致工件受热变形和表面烧伤等限制砂轮速度进一步提高。 早期高速磨削受到砂轮强度、磨料耐磨性、机床结构和成形砂轮修 整等因素制约。
A 超高速磨削技术的现状和发展
20世纪，50年代末，德国ELB公司首创缓进给磨削。 与高速磨削几乎同时发展起来。
缓进给磨削（深切缓进给强力磨削或蠕动磨削）：高效磨削方式，
而340m/s时比180m/s时提高200%。
采用高速快进给的高效深磨HEDG技术，金属切除率极高。工件可由毛 坯一次成形，磨削时间仅为粗加工（车、铣）时间的5-20%。
B 超高速磨削加工的优势
磨削参数
普通磨削 小 0.0010.003 高 1-30 低 20-60 低
缓进给磨削 CHDG 大 0.1-30 低 0.05-0.5 低 20-60 低
C
超高速磨削加工的应用
P 17
C 超高速磨削技术的应用
超高速磨削技术最先在德国发展，其中德国 Guehring Automation 公司较为著名。
80年代最先推出超高速磨床，与阿亨大学开展500m/s磨削研究制造
了设备。 FD613超高速平面磨床上磨削宽1-3mm，深30mm的转子槽 时，进给速度可达到3000mm/min(CBN砂轮，150m/s)。 轴齿轮齿槽、扳手开口槽、蜗杆螺旋齿槽等的一次性高效磨削加工 是Guehring公司超高速磨床的主要工艺。 欧洲还有许多公司推出了自己超高速磨床，反映出欧洲超高速磨削 技术实用化的地位。
相同的单颗磨粒切深条件下，磨削速度对磨削力影响极小。
（3）可以获得低粗糙度表面
其他条件相同时，33m/s、100m/s 和200m/s速度下磨削表面粗糙度分别为
2.0、1.4和1.1 um。 对高达1000m/s超高速磨削效果的计算机模拟研究表明：磨削速度由20m/s， 提高到1000m/s，表面粗糙度降低至原来的1/4。 另外，超高速条件下，获得的表面粗糙度数值受切刃密度、进给速度及光磨
超高速磨削 UHSG 精密超高速磨削 PUHSG 小 0.003-0.05 高 1-30 高 80-250 中 高效深磨HEDG 大 0.1-30 高 0.5-10 高 80-250 高
磨削深度 mm
工件进给速度 m/min
砂轮周速m/s
金属切除率
B 超高速磨削加工的优势 （2） 磨削力小，零件加工精度高 当磨削效率相同时，200m/s时磨削力仅为80m/s时的50% 。