超硬磨料砂轮磨削的概述
超高速磨削及其砂轮技术发展
超高速磨削及其砂轮技术发展1李长河1，蔡光起21 青岛理工大学机械工程学院，山东青岛（266033）2东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳（110004）E-mail：sy_lichanghe@摘要：高速超高速磨削加工是先进制造方法的重要组成部分，集粗精加工与一身，达到可与车、铣和刨削等切削加工方法相媲美的金属磨除率，而且能实现对难磨材料的高性能加工。
本文主要论述了高速超高速磨削工艺技术的特点；分析了超高速砂轮用电镀或涂层超硬磨料（CBN、金刚石）的特点以及修整方法，介绍了在高速及超高磨床上得到广泛应用的德国Hofmann公司生产的砂轮液体式自动平衡装置。
关键词：超高速磨削，砂轮，关键技术1. 超高速磨削的特点超高速磨削技术是现代新材料技术、制造技术、控制技术、测试技术和实验技术的高度集成，是优质与高效的完美结合，是磨削加工工艺的革命性变革。
德国著名磨削专家T.Tawakoli.博士将超高速磨削誉为“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。
在1996年国际生产工程学会（CIRP）年会上超高速磨削技术被正式确定为面向21世纪的中心研究方向之一，是当今在磨削领域最为引人注目的技术[1]。
高速加工(High-speed Machining)和超高速加工（Ultra-High Speed Machining）的概念是由德国切削物理学家Carl.J.Salomon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。
他的预言对后来的高速甚至超高速磨削的发展指明了方向，为高速超高速磨削技术研究开辟了广阔的空间，对于高速超高速磨削技术的实用化也起到了直接的推动作用。
超硬磨料砂轮及应用
超硬磨料砂轮及应用超硬磨料砂轮是一种由超硬材料制成的磨具，常用于加工硬度高、脆性大的材料，如金属、玻璃、陶瓷等。
超硬磨料砂轮具有高硬度、高热稳定性、高耐磨性和较低的磨損率等特点，因而在工业生产中广泛应用。
超硬磨料砂轮的材料主要有金刚石和立方氮化硼（CBN)两种。
金刚石是一种具有极高硬度和较高热导率的材料，适用于磨削硬度很高的材料，例如硬质合金、石英、玻璃等。
立方氮化硼则是一种类似金刚石的超硬材料，适用于磨削具有较高硬度和较高化学稳定性的材料，如高速钢、工具钢、合金钢等。
超硬磨料砂轮的制造过程主要包括粉末冶金、烧结和成型。
首先，需要将金刚石或CBN原料粉末与金属粉末相混合，并采用高温高压条件下进行烧结，使其形成块状或片状的超硬材料。
然后，根据需要的形状和尺寸，将超硬材料进行雷射切割、机械切割等加工，即可形成超硬磨料砂轮。
超硬磨料砂轮具有较高的磨削效率和加工精度，能够实现高速、高精度的磨削加工。
在金属切削加工中，常用超硬磨料砂轮进行工件的磨削、修整和抛光加工，能够提高工件的表面质量和精度，并使工件具有较高的耐磨性和耐腐蚀性。
在玻璃、陶瓷等非金属材料的加工中，超硬磨料砂轮也被广泛应用于平面磨削、球面磨削和切割加工等工艺中。
超硬磨料砂轮在切削加工、磨削加工、抛光加工等领域都有广泛的应用。
例如，在刀具制造行业中，超硬磨料砂轮可用于对刃具的磨削、修整和表面处理，提高刃具的硬度和寿命。
在航空航天行业中，超硬磨料砂轮被用于加工航空发动机的高温合金零件，能够满足零件对尺寸精度、表面质量、寿命等方面的要求。
在汽车制造行业中，超硬磨料砂轮可用于对汽车发动机的铸件、曲轴、减速器齿轮等部件进行磨削加工，提高零件的精度和耐磨性。
超硬磨料砂轮的应用还在不断拓展。
随着材料科学的发展和新材料的出现，人们对超硬磨料砂轮的性能和加工效果提出了更高的要求。
为了满足不同材料加工的要求，现在已经发展出了各种不同类型的超硬磨料砂轮，如带冷却剂的砂轮、电解磨削砂轮、CBN砂轮、金刚石砂轮等。
超硬磨料及其磨具的选择与应用
超硬磨料及其磨具的选择与应用磨削过程就是磨具中的磨粒对工件的切削过程。
选择磨具就是要充分利用磨粒的切削能力去克服工件材料的物理力学性能产生的抗力。
由于磨具的品种规格繁多，而每一种磨具都不是万能的切削工具，只有一定的适用范围。
因此对每一种磨削工作，都必须适当选择磨具的特性参数，才能达到良好的磨削效果。
磨具特性主要包括磨粒、粒度、硬度、结合剂、组织、形状和尺寸。
这里从磨具特性方面叙述选择磨具的一般原则。
一.超硬磨料及其磨具(一)超硬磨料磨具的加工特点超硬磨料系指金刚石和立方氮化硼均属立方晶系。
与刚玉和碳化硅相比，具有硬度高、强度好、颗粒形状好、良好的导热性和低的热膨胀系数等特点。
磨削能力强及良好的磨削性能。
是非常优异的磨削材料。
由超硬磨料制成的磨具，其磨削性能突出，主要加工特点有：1．极高的磨料硬度2．耐磨损性能好3．形状和尺寸保持性能好4．能长时间保持磨粒微刃的锋锐性5．磨削温度低(二)超硬磨料磨具的特性1.超硬磨料磨具结构超硬磨料磨具的结构与普通磨具不同，其结构形式由工作层、过渡层和基体三部分组成。
如图一所示。
工作层即磨料层，由金刚石或立方氮化硼磨料、结合剂及填料组成。
是磨具进行磨削加工的部分。
过渡层是由结合剂和其它材料组成，以保图一超硬磨料金刚石、立方氮化硼磨具结构证工作层的充分使用，不含超硬磨料，将工作层牢固把持在基体上。
近年来，有些厂家取消了过渡层，直接将过渡层把持在基体上。
基体是磨具的基本形体，起支承工作层的作用。
2.超硬磨料磨具的特性及标志⑴磨料超硬磨料的品种有天然金刚、人造金刚石及立方氮化硼（CBN）。
人造金刚石又有多种牌号。
人造金刚石、立方氮化硼的品种、代号及适用范围列于表一表一人造金刚石和立方氮化硼品种、代号及适用范围（摘自GB/T6405-1994）⑵粒度粒度系标志超硬磨料金刚石、立方氮化硼颗粒尺寸的大小。
粒度的标记按国家标准的规定，超硬磨料的各粒度颗粒尺寸范围及粒度组成按表二规定。
《精密和超精密加工技术(第3版)》第3章精密磨削和超精密磨削
2018/3/11
第1节 概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料及其选择
超硬磨料制作的磨具在以下几方面能够满足精密加工和超精密加工 的要求,因此使用广泛。
1)磨具在形状和尺寸上易于保持,使用寿命高,磨削精度高。
2)磨料本身磨损少,可较长时间保持切削性,修整次数少,易于保持精度。
3)磨削时,一般工件温度较低,因此可以减小内应力、裂纹和烧伤等缺
磨具的形状和尺寸及其基体材料
根据机床规格和加工情况选择磨具的 形状和尺寸。 基体材料与结合剂有关。
2018/3/11
第1节 概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨具分类
根据涂覆磨具的形状、基底材料和工作条件与用途等,分类见下表
涂 覆 磨 具
工 作 条 件
基 底 材 料
形 状
耐 水 (N)
2018/3/11
精密砂带磨削：砂带粒度F230～F320，加
工精度1μm，Ra0.025; 超精密砂带磨削：砂带粒度W28～W3，加工精 度0.1μm，Ra0.025～0.008μm。
2018/3/11
第1节 概述
一、精密和超精密加工分类
游离磨料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。 传统方法：研磨和抛光 新方法：磁性研磨、弹性发射 加工、液体动力抛光、液中研 抛、磁流体抛光、挤压研抛、 喷射加工等。
第3章 精密磨削和超精密磨削 3.1 概述
3.2 精密磨削 3.3 超硬磨料砂轮磨削
3.4 超精密磨削
3.5 精密和超精密砂带磨削
2018/3/11
第1节 概述
精密和超精密磨料加工是利用细粒度的磨粒和 微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工,得到高 加工精度和低表面粗糙度值。对于铜、铝及其 合金等软金属,用金刚石刀具进行超精密车削是 十分有效的,而对于黑色金属、硬脆材料等,用 精密和超精密磨料加工在当前是最主要的精密 加工手段。
磨削加工中的超硬磨削技术
磨削加工中的超硬磨削技术随着工业的不断发展，各种材料的使用愈加广泛，但是这些材料的硬度也越来越高，传统的磨削工艺难以满足现代工业对材料加工的需求。
因此，超硬磨削技术应运而生。
本篇文章就超硬磨削技术进行深度分析，探讨它在磨削加工中的应用与发展。
第一节：超硬磨削技术的概述超硬磨削技术是一种采用高速旋转的砂轮对高硬度材料进行加工的先进技术。
它能够高效地加工各种硬度材料，如高速钢、硬质合金、非金属材料等。
与传统的磨削工艺相比，超硬磨削工艺能够达到更高的加工精度及表面质量，同时还能降低对材料的损伤和变形。
超硬磨削技术的主要设备是CNC磨床，它能够高速旋转砂轮，并在磨削过程中自动调整刀具的位置和角度。
这样一来，超硬材料的加工就变得更为精准和高效。
除此之外，超硬磨削技术还应用了液压系统、自动化系统等多种先进技术，进一步提高了加工质量和效率。
第二节：超硬磨削技术的种类超硬磨削技术包括金刚石砂轮磨削、碳化硅砂轮磨削、立方氮化硼砂轮磨削等几种类型。
在这些磨削方式中，金刚石砂轮磨削是最常见的磨削方式之一，它具有高硬度、高耐磨性和高热稳定性等优点，可以用于加工各类热敏性材料和脆性材料。
碳化硅砂轮磨削和立方氮化硼砂轮磨削则适用于加工各种金属材料。
碳化硅砂轮磨削具有高硬度、高耐磨性、高温稳定性等特点，可以用于加工大型、高硬度的锻造铸件等；立方氮化硼砂轮磨削则由于其高硬度、高温稳定性和低摩擦系数等优点，成为加工难度较大的高精度测量仪器的理想工具。
第三节：超硬磨削技术的应用超硬磨削技术主要应用于机械制造、航空航天、汽车制造、工业钻探以及医疗器械等领域。
其中，在机械制造领域中，超硬磨削技术已经成为高精度加工的首选，并广泛应用于模具制造、齿轮加工、精密陶瓷等高端领域。
在航空航天领域中，超硬磨削技术则被广泛应用于加工高温合金等难加工材料，大大提高了零件加工的精度和质量。
第四节：超硬磨削技术的优势和未来发展方向超硬磨削技术具有高效、精确、高品质、低损伤等优点，在工业制造中是一项首屈一指的高端技术。
砂轮磨削高硬度材料的方法及特点
砂轮磨削高硬度材料的方法及特点砂轮磨削高硬度材料的方法及特点磨削是在磨床上用砂轮作为切削刀具对工件进行切削加工的方法。
该方法的特点是：（1）由于砂轮磨粒本身具有很高的硬度和耐热性，因此磨削能加工硬度很高的材料，如淬硬的钢、硬质合金等。
（2）砂轮和磨床特性决定了磨削工艺系统能作均匀的微量切削，一般ap=0.001～0.005mm；磨削速度很高，一般可达v=30～50m/s；磨床刚度好；采用液压传动，因此磨削能经济地获得高的加工精度（IT6～IT5）和小的表面粗糙度（Ra=0.8～0.2μm）。
磨削是零件精加工的主要方法之一。
（3）由于剧烈的磨擦，而使磨削区温度很高。
这会造成工件产生应力和变形，甚至造成工件表面烧伤。
因此磨削时必须注入大量冷却液，以降低磨削温度。
冷却液还可起排屑和润滑作用。
（4）磨削时的径向力很大。
这会造成机床—砂轮—工件系统的弹性退让，使实际切深小于名义切深。
因此磨削将要完成时，应用刀进行光磨，以消除误差。
（5）磨粒磨钝后，磨削力也随之增大、致使磨粒破碎或脱落，重新露出锋利的刃口，此特性称为“自锐性”。
自锐性使磨削在一定时间内能正常进行，但超过一定工作时间后，应进行人工修整，以免磨削力增大引起振动、噪声及损伤工件表面质量。
砂轮砂轮是磨削的切削工具，它由许多细小而坚硬的磨粒和结合剂粘而成的多孔物体。
磨粒直接担负着切削工作，必须锋利并具有高的硬度，耐热性和一定的韧性。
常用的磨料有氧化铝（又称刚玉）和碳化硅两种。
氧化铝类磨料硬度高、韧性好，适合磨削钢料。
碳化硅类磨料硬度更高、更锋利、导热性好，但较脆，适合磨削铸铁和硬质合金。
同样磨料的砂轮，由于其粗细不同，工件加工后的表面粗糙度和加工效率就不相同，磨粒粗大的用于粗磨，磨粒细小的适合精磨、磨料愈粗，粒度号愈小。
结合剂起粘结磨料的作用。
常用的是陶瓷结合剂，其次是树脂结合剂。
结合剂选料不同，影响砂轮的耐蚀性、强度、耐热性和韧性等。
磨粒粘结愈牢，就愈不容易从砂轮上掉下来，就称砂轮的硬度，即砂轮的硬度是指砂轮表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。
ELID超精密磨削技术综述
.. ELID超精密磨削技术综述蔡智杰天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生摘要：金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术，开辟了超精密加工的新途径，具有广发的应用价值。
本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术，并通过分析国外研究应用状况，阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。
关键词：在线电解修整(ELID) 超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理0 引言随着制造行业的飞速发展，硬质合金、工程瓷、光学玻璃、玻璃瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用，寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。
超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件，控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。
然而，由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高，且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能，从而造成加工面脆性破坏，加工质量恶化，难以满足高精度、高效率的加工要求。
随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用，将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。
ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术，以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点，已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。
1 ELID磨削的基本原理ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。
精密磨削和超精密磨削
第四节 超精密磨削
超精密磨削和镜面磨削 超精密磨削机理 超精密磨床 超精密磨削工艺
实现超精密磨削的要求
超精密磨床是关键 超精密磨削是超微量切除加工，与一般磨削机理不同 超精密磨削是一系统工程
人员 技艺
超精密 磨削
砂轮 修整
磨削 机理
被加工 材料
工件 定位 夹紧
超精密 磨床
工作 环境
检测 误差 补偿
平形金刚石砂轮
超硬磨料砂轮磨削特点
用于加工高硬度、高脆性的金属、非金属材料 磨削能力强，耐磨性好 磨削力小，磨削温度低 磨削效率高 加工成本低
超硬磨料砂轮修整
分为整形和修锐 整形:通过改变砂轮的宏观形状，使砂轮达到要求的几何形状和尺寸精度，并使磨粒尖端微细破碎形成锋利的磨刃 修锐:通过去除砂轮磨粒间的结合剂，使磨粒凸出结合剂表面，形成必要的容屑空间，使砂轮具有最佳磨削能力 整形和修锐可统一进行或同时完成，也可分步进行
减小振动
减少电机所产生的振动,电机转子进行动平衡,电机与机床之间需加隔振垫。 砂轮的动平衡,目前有砂轮的动平衡装置组件 机床本身的隔振措施
第三节 超硬磨料砂轮磨削
应用金刚石砂轮和CBN砂轮加工难加工，高硬度、高脆性材料 超硬磨料砂轮磨削特点 超硬磨料砂轮修整 超硬磨料砂轮磨床 超硬磨料砂轮磨削工艺 超硬磨料砂轮的平衡
精密砂带磨削工艺
磨削用量：砂带速度、工件速度、纵向进给量和磨削深度、接触压力 砂带选择和修整 按加工精度和Ra选择砂带：磨粒种类、粒度、基底材料 修整：砂带预处理，改善磨粒等高性 冷却和除尘 干/湿磨：磨削液和干磨剂（可防堵塞）选择 除尘：设吸、集尘装置；过滤回收磨削液
作业
精密磨削的机理是什么? 要实现超精密磨削,需要考虑哪些要素? 精密砂带磨削的主要特点是什么?
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超硬磨料砂轮磨削的概述(金刚石CBN)
发布日期：[2009-5-25] 共阅[40]次
超硬磨料砂轮磨削主要是指用金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮加工硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体材料及石材等高硬度、高脆性材料。
其突出特点为：
①磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。
②磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。
金刚石砂轮磨削硬质合金时，其磨削力只有绿色碳化硅砂轮的1/4~1/5。
③磨削效率高。
在加工硬质合金及非金属硬脆材料时，金刚石砂轮的金属切除率优于立方氮化硼砂轮；但在加工耐热钢、钛合余、模具钢等时，立方氮化硼砂轮远高于金刚石砂轮。
④加工成本低。
金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮比较昂贵，但由于其寿命长，加工效率高，所以综合成本低。
1.超硬磨料砂轮磨削工艺
⑴磨削用量磨削用量。
⑵磨削液磨削液对超硬磨料砂轮的寿命和磨削表面加工质量影响很大，如树脂结合剂超硬磨料砂轮湿磨可比干磨提高砂轮寿命40%左右，因此一般多采用湿磨。
由于超硬磨料砂轮组织紧密、气孔少、磨削过程中易被堵塞，故要求磨削液有良好的润滑性、冷却性、清洗性和渗透性。
金刚石砂轮磨削时常用以轻质矿物油为主体的油性液和水溶性液(乳化液、无机盐水溶液)为磨削液，视具体情况而定。
树脂结合剂砂轮不宜使用苏打水。
立方氮化硼砂轮磨削时一般采用油性液为磨削液，而不用水溶性液，因为在高温条件下立方氮化硼磨粒和水会发生水解作用，加剧砂轮磨损。
2.超硬磨料砂轮修整
修整是整形和修锐的总称。
整形是使砂轮具有—定精度要求的几何形状；修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度，形成良好的切削刃和足够的容屑空间。
超硬磨料砂轮的整形和修锐则是分为前后两步进行。
超硬磨料砂轮修整的方法归纳为以下几类：①车削法；②磨削法；③滚压挤轧法；④喷射法；⑤电加工法；⑥超声波振动修整法。
金刚石、立方氮化硼(CBN)砂轮的主要特点是硬度高、导热率高、锋利度高由此带来高的磨削率。
适用于现代工业机械加工中的高效、强力磨削。
运用高科技手段使陶瓷结合剂不但保持了其原有的硬和脆的性能，还有烧结温度低、强度韧性高、把持磨料性能好，并具有耐热、耐油、耐水、耐酸碱、自锐性好、可修整、修整间隔长，有均匀的气孔率，便于冷却、排屑等。
在磨削过程中不堵塞、不烧伤工件，与铁族元素不起化学变化，显惰性，降低工件在磨削加工中的疲劳度，增加工件的使用寿命，从而提高加工工件的质量、粗糙度、效率以及加工工件自动化程度，达到降低综合成本的目的。
砂轮输写特征及标注
砂轮打印标志
磨具的选择
磨具的形状和外型的选择，应根据用户所使用的机床和加工的工件对磨具的要求来决定，设计时请参照标准形状和尺寸表，尽可能选择标准形状和尺寸。
注意：在选择新磨具时，我们还需要用户提供下列技术资料，以便我们能及时掌握您的使用要求
工件材质、牌号及硬度工件表面粗糙度机床型号砂轮线速磨削深度(微米/单行程)磨削余量(mm)冷却方式(干磨/湿磨)
磨削的对象及材料
1.陶瓷结合剂CBN砂轮：主要的磨削对象是硬而韧的材质如：合金钢、高速钢、模具钢、淬火钢、铸铁、冷硬铸铁、镍铬冷硬铸铁、共晶合金铸铁、钛合金、铁族金属材料。
2.陶瓷结合剂金刚石砂轮：主要的磨削对象是硬而脆的材料如：硬质合金、光学玻璃、半导体材料、磁性材料、玛瑙、水晶、宝石等。
3.陶瓷结合剂CBN金刚石混合磨料砂轮：铸铁、铸钢、铷铁硼等。