高速超高速磨削

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基于ANSYS的超高速磨削初始状态的研究

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超高速加工技术

应用案例二：汽车发动机缸体加工
总结词
提高缸体质量和加工效率
详细描述
在汽车发动机缸体加工中，超高速加工技术能够提高缸体的加工效率和精度，同时降低废品率。通过高速旋转的刀具和高效的切削液系统，可以快速去除材料，减少切削力和热量的产生，提高缸体的表面质量和耐久性。
应用案例三：模具钢材料加工
总结词
提高模具寿命和加工效率
发展趋势
随着新材料、新工艺的不断涌现，超高速加工技术正朝着智能化、绿色化、复合化等方向发展。
主题重要性
促进制造业转型升级
满足市场需求
超高速加工技术的应用有助于提高生产效率、降低成本，推动制造业向智能化、柔性化、绿色化方向转型升级。
随着市场对产品品质和性能要求的不断提高，超高速加工技术的应用能够满足消费者对高品质产品的需求。
超高速加工技术能够大幅提高航空航天材料的加工效率，缩短生产周期，降低制造成本，同时保证零部件的加工精度和质量。
汽车制造
汽车制造领域需要大量高精度零部件，超高速加工技术能够快速、准确地加工出汽车发动机缸体、缸盖、变速器壳体等复杂零部件。
超高速加工技术能够提高汽车零部件的加工效率，降低生产成本，同时提高零部件的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度等性能。
数字化
超高速加工技术将向数字化方向发展，实现数字化的加工模型和加工过程的仿真与优化。
05
超高速加工技术的实际案例
应用案例一：航空叶片加工
总结词
提高加工效率，降低生产成本
详细描述
超高速加工技术应用于航空叶片加工，能够显著提高加工效率，缩短生产周期，降低生产成本。通过高转速的刀具和精确的数控系统，可以快速、准确地完成叶片的切削和磨削，提高表面质量和精度。

高速加工与超高速加工

度低，离心力小；弹性模量高，刚度大；摩擦系数低；抗腐蚀性能好。
轴承润滑：油脂润滑、油雾润滑、油气润滑等。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承：气浮轴承--高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承：液体静压轴承--运动精度高，动态刚度大，有油升影响。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨削砂轮砂轮基体--必须考虑高速离心力作用；砂轮磨粒--立方氮化硼、金刚石。
高速砂轮典型结构变截面等力矩腹板结构，无中心法兰孔，通过多个小螺孔与主轴安装固定，以降低法兰孔应力。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨床结构具有高动态精度、
高阻尼、高抗振性和热稳定性。
时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。
思考与练习
1. 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析高速切削加工所要解决的关键技术。 2. 超高速切削包含哪些相关技术？ 3. 简述超高速磨削特点及关键技术。 4. 简述超高速铣削特点及关键技术。
1. 高速与超高速加工技术
1.1 高速与超高速切削技术概述 1.2 超高速切削加工关键技术 1.3 超高速磨削技术 1.4 超高速铣削技术
1.1 高速与超高速切削技术概述
“高速加工”的起源
Salomon切削理论：工件材料均有一个
临界切削速度，在该速度下有最高切削温度。
为什么要进行高速加工？
萨洛蒙曲线
常用结构有龙门式、并联式机床结构。
1.2 超高速切削加工关键技术

超高速加工技术

（2）汽车制造。
1
2
3
4
钻孔表面倒棱内侧倒棱铰孔
高速钻孔表面和内侧倒棱
专用机床 5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔型固定不变）
高速加工中心 1台1轴1工序（3万件/月）
柔性（零件、孔数、孔径、孔型可变）
图12 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）
（3）模具制造。
b）高速模具加工的过程
图14 两种模具加工过程比较
生产剃须刀的石墨电极
生产球形柄用的铜电极
图15 高速切削加工电火花加工用工具电极
（4）难加工材料领域。硬金属材料（HRC55～62），可代替磨削，精度可达IT5~IT6级，粗糙度可达0.2～1um。
（5）超精密微细切削加工领域。
粗铣整体铝板； •精铣去口； •钻680个直径为3mm的小孔。时间为32min。
在机床的主轴上，定子安装在主轴单元的壳体中，采用水冷或油冷。精度高、振动小、噪声低、结构紧凑。
高速加工技术的发展与应用
图5 HSM600U型数控五轴高速加工中心
生产厂家：瑞士Mikron 主轴转速：最高42000 rpm
主轴功率：13 KW 进给速度：最高40 m / min
定位精度：0.008 mm
重复定位精度：0.005mm
图6 HSM 系列高速五轴联动小型立式加工中心
图7 HSM800 图9 HSM400
• Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、铬镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。
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。

超高速磨削工艺对45#钢表面磨削温度影响实验研究

１０￣以上，００（２而表层下１ｍ处只有几十度。ｍ当局部温度很高时，
加工表面就会出现种种热损伤及热变形，影响加工表面质量与加工精度，而降低零件的使用寿命和工作可靠性 ” 从。本文以４＃５材料在超高速磨削工艺条件下的磨削温度为研究对象，通过
图１磨削温度测试系统
超高速磨削工艺对４＃５钢表面磨削温度影响实验研究
盛晓敏陈涛张国华郭力宓海青
（湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心，长沙４０８）１０２
Ｔｅｔｏｈｆｅｃｎｔｅｓａｅｔｍｐｒｔｒｆ４＃ｂｈｕｅｒｓｒｅｉｌｎｅｏｈｕｆｃｅｅａｕｅｏ５ｙｔｅｓｐｆｔｎｕｒｈｇ — ｐｅｒｄｎｒｃｓｉｈ—ｓｅｄｇｉｉｇｐｏｅｓｎ
会（ＩＰ将超高速磨削技术确定为面向２世纪的重要研究方ＣＲ）ｌ
向。在超高速磨削加工中，由于微米数量级的切削厚度和高达２０ｍ／ｉ００ｍｎ的切削速度，使得切削力很大、比能很高，并且产生大量的热，切削消耗的能量以热能的形式瞬时集聚在很薄的表层，形成表层中极大的温度梯度，磨粒磨削点的温度高达
电压输出电压放大ＡＤ转换／在线检测
对其进行磨削实验和理论计算，分析磨削工艺参数对工件表的影响因素和机理。
１削温度的数据采集磨
１１磨削温度测试系统的组成及原理．
由图１可知：磨削区域温度的测试原理是将制作好的热电偶夹紧在夹具中，并用螺钉固联在工作台上，在磨削过程中靠磨削力与磨削热将两种不同的热电偶丝压焊在试件上，形成热电偶结点，于是，两种热电偶丝与测试仪器便形成测试回路，由

第三章先进制造工艺技术(超高速加工)

➢ 矢量式闭环控制：借助数/模转换，将交流异步电动机的电量值变换为直流电模型，具有无电刷的交流电机的优点，即在低转速时，保持全额扭矩，功率全额输出，主轴电机快速起动和制动。
床身结构
➢落地式床身，整体铸铁结构，龙门式框架的主轴立柱，尽可能由主轴部件来实现二轴甚至三轴的线性移动。
➢由于刀具重量变化极小，在工件乃至工作台不进行快速线性移动的情况下，机床快速线性移动的部件的重量近乎常量，更容易实现快速加速和减速情况下的运动惯量及实现动态平衡，减少由于动态冲击所带来的不稳定，保证稳定的且更高的加工精度和产品质量。
内装式同轴电动机主轴温升
➢ 热升温引起主轴热变形的解决办法：采用电子传感器控制温度，使用水冷或油冷循环系统，使主轴在高速下成为“恒温”；而用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术，使得主轴可以免维护、长寿命、高精度。
➢ 举例：STEP－TEC的电主轴采用了矢量式闭环控制、高动平衡的主轴结构、油雾润滑的混合陶瓷轴承，可以随室温调整的温度控制系统，确保主轴在全部工作时间内温度衡定。
➢常用材料：涂层碳化钨硬质合金、碳(氮)化钛硬质合金、陶瓷刀具材料、立方氮化硼 (CBN)、立方/六方复合氮化硼(WBN)和聚晶金刚石(PCD)等。
➢各种常用材料的高速切削速度：铝合金 1000～7000m/min；铜合金900～5000m/min；钢500～2000m/min;灰铸件800～3000m/min。其进给速度范围一般为2～25m/min。
➢可获得高转速和高的加(减)角速度，转速达到0～42000r/min，甚至更高。
➢结构简化，造价下降，精度和可靠性提高。 ➢噪声、振动源消除，主轴自身热源消除。 ➢回转精度高，摩擦振动小， ➢主轴箱成为紧凑、独立、方便移动的部件，

40Cr超高速磨削工艺实验研究

ＣＨＥＮ０’ ＳＥＮＧａ — ｉＭＩＨａ— ｉｇＴａ，ＨＸｉｏｍｎ，ｉｑｎ
（ｔｔｇｎｅｉｇＲｅｅｒｈＣｎｅｏｇｆｉｎｙＧｒｎｉｇ－ＨｕａｉｖＳａｅＥｎｉｅｒｓａｃｅｔｒｆｒＨｉｈＥｆｃｅｃｉｄｎｎｉｎｎＵｎ，ＣｈｎｓａＨｕａ４０８Ｃｈｎ）ａｇｈ－ｎｎ１０２－ｉａ
摘
要：用ＣＮ砂轮，采Ｂ在砂轮线速度为９～２０ｍ／０１ｓ的磨削条件下，４Ｃ进行了对０ｒ
超高速磨削工艺实验．分析了在超高速磨削过程中砂轮周围气障对磨削过程的影响，讨论了
砂轮线速度、削深度、切工件速度等工艺参数对磨削力、工件表面粗糙度、比磨削能的影响．实验表明，高速超高速磨削过程中，轮速度提高使得磨削力大大减小，在砂工件表面粗糙度值下降，工件表面质量得到提高；大切削深度而工件表面粗糙度值增加不大，大提高了加大
文章编号：００２７（０７１ —０９０１０．４２２０）００３ —５
４Ｃｒ超高速磨削．艺实验研究０Ｔ．
陈涛盛晓敏，，宓海青
（南大学国家高效磨削工程技术研究中心，南长沙湖湖４０８）１０２
维普资讯
第３４卷
第１０期
湖
Hale Waihona Puke 南大学学

金属材料超高速磨削温度场的实验研究与有限元仿真

中图分类号：Ｔ５Ｇ８文献标识码：Ｂ文章编号：１０ —３８２１）５—０７—５０１８１（０２２
ＳｍｕａｉｎａｄＥｘｅｉｅｔｌＲｅｅｒｈｏｍｐｅａｕｅＦｉｌｎＵｌｒ－ｉｈＳｐｅｉｌｔｏｎｐｒｍｎａｓａｃｆＴｅｒｔｒｅｄｉｔａｈｇｅｄ
２１０２年３月第４０卷第５期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＯ０Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＣＳＴＩ
Ｍａ．２２ｒ０１
Ｖｏ．０Ｎｏ５１４．
ＤＯＩ１．９９ｊｉｓ．０１— ８１２１．５０９：０３６／．ｓｎ１０３８．０２０．０
ＧｒｎｎｇｏｅａｌａｅｉｌｉｎｉｅＥｌｍｅｔＭｅｈｄｉｄｉｆＭｔｌｉＭｔｒａｓＵｓｎｇＦｉｔｅｎｃｔｏ
ＹＡＮｎｇＹｏ．ＧＵ０，ＺＨＡＮＧｏｕａＬｉＧｕｈ
（．ｈｎｓａＡｒｎｕｉｌｏａｉａａｄＴｃｎｃｌｏｅｅ１ＣａｇｈｅｏａｔａＶｃｔｎｌｎｅｈｉｌｇ，ｃｏａＣｌ
ｈａｏｒｅｍｏｅｓｗｒｎｌｚｄｅｔｕｃｄｌｅｅａａｙｅ．ＴｅａａｙｉｒｓｌｈｗｔａｔｅＰｃｅｕｅａｕｃｅｓｓｇｉｄｎｅｔｏｎｇｉｄｓｈｎｌｓｓｅｕｔｓｏｈｔｈｔｅｌｔｍｂｒｖｅｉｒａｅ，ｒｎｉｇｈａｗｉｒｎ－ｓｗｉｈｎＬｌｎｌｆｉｇｚｎｈｎｅｒｍｈｒａｇｅｈａｎｏａｕｉｒｈａ．Ｔｅｍ￣ｉｍｒｎｉｇｔｍｐｒｔｒｓｗｔｈｗｅｔｓｕｃｄｌａｅｎｏｅｃａｇｓｆｏｔｅｔｎｌｅｔｉｔｎｆｍｅｔｈｉｏｍｕｇｉｄｎｅｅａｕｅｉｔｅｔｏｈａｏｒｅｍｏｅｓｒｈｓｌｒｕｐｅｒｉｉｅｅｔｏｉｏｓｉｈｒｎｉｇｚｎ．ｉａ，ｂｔａｐａｎｄｆｒｎｓｔｎｎｔｅｇｄｎｏｅｍｉｆｐｉｉＫｅｗｏｄ：Ｕｔｉｈｓｅｄｇｄｎｙｒｓｌａｈｇｐｅｎｉｇ；Ｇｎｉｇｔｍｐｒｔｒ；ＴｅｍｏｏｐｅＦｎｔｌｍｅｔｍｅｈｄｒｉｒｄｎｅｅａｕｅｈｒｃｕｌ；ｉｉｅｅｎ真

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荣誉勋章。库尔金到北京第一机床厂做了高速磨削表
演（图１见）。当时北一机床还是以手工刮研燕尾定位板的燕尾槽，而库尔金使用修整成一定角度的砂轮进行磨削，只需要２ｎ０，比当时北一机床的生产ｍｉ３ｓ效率高４倍（一机床报道：库尔金的高速磨削表７北演，本：１５年第６）。［９６：１］期
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高到幅度很小，进给速度可以达￣６ｍｍｉ而普通磨削进给速度不能超过ｌ／ｉ）（］１０／ｎ（ｍｍｎ蔡光起：磨削技术现状与新进展，本：２０年第ｌｔ００：１１１期）。
高速磨削技术从前苏联传入我国
高速磨削技术是２世纪５年代初期从前苏联传人我国的。而前苏联同志来华进行高速磨００
容为线索，与您继续重温新中国金属加工行业的技术简史。
高速超高速磨削
本刊记者曾江
磨削加工在机械制造业中应用非常广泛，汽车、航空航天等领域的应用尤其重要，根据其工艺不同可以分为多种形式，经过长期发展，磨削技术正朝高速、高效、低表面粗糙度值、精密、智能等方向发展。普通磨削的砂轮圆周速度在４ｍｓ５／以下，高速磨削在４ｍｓ，超高速磨削则在１０／５／以上５ｍｓ以上（有的研究机构，如德国Ａｃｅ亚琛工业大学已经达￣５０／）。高速超高速磨削可以ａｈｎ］１０ｍｓ大幅度提高磨削效率、延长砂轮寿命和降低表面粗糙度值，可以对硬脆材料实现延性域磨削，对高塑性和难磨材料也有良好的磨削表现。在普通磨削速度下，磨削镍基合金的磨削力随着磨除率提高而迅速增加，而在超高速磨削速度下，磨削镍基合金的磨削力随磨除率提
削表演、传授实践经验则是《机械工人（现金
属加工》）杂志首先予以宣传推广的。￣５年，苏ｔ１６ｌ９ｌ
联机械制造业先进生产者代表团访华，其中的团员库尔金是莫斯科汽车工厂的磨削高手，他有近３年的０磨削生产实践经验，而且不断改进工艺过程，极大地提高了劳动生产率，因此获得数种前苏联颁发的劳动
２世纪六七十年代，西方工业发达国家对高０
速磨削进行了深入的基础研究，取得了较大的突｝ｌ
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绾者按：２０年，《０９金属加工》为庆祝新中国成ｉ６周年及迎接本刊创刊８周００年，开设了 “ 工史话—— 中国金属；０参露￣ｒ６年”专栏。专栏的内容引起了读者的
极大兴趣。应读者要求，２１年本刊将继续保留这一专栏。记者将以本刊曾记述的内０Ｏ