有关超高速磨削技术在机械制造中的分析
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作者: 乔玉坛 金丽敏
摘要 科学技术是第一生产力，我国机械制造技术在经济不断突飞猛进的环境中，取得了较大的进步。超高速磨削加工技术在机械制造领域得到广泛应用，解决了机械制造领域一些关键性技术难题，降低了机械制造的生产成本，加工质量和效率都上了一个新的台阶。本文重点探讨超高速磨削技术在机械制造领域中的应用情况。
关键词 超高磨削技术；机械制造；发展；应用
中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）75-0081-02
机械制造业的加工效率和加工质量是衡量机械制造生产领域进步发展的重要评判标准。超高速磨削技术在国外的机械制造领域中受到普遍重视，不断朝着实用化的阶段过渡，应用领域越来越广泛。相比之下，在我国的机械生产领域中，虽然超高速磨削技术也得到广泛应用，但仍处于发展的初级阶段，技术应用方面还不够成熟，仍需不断的改善和提高。
1 磨削技术的发展历程及现状
磨削加工制造技术的推广使用具有悠久的历史，世界主要发达国家一直在进行相关的技术研究，目的就在于获取加工的高效率。然而在努力追求速度、效率的同时，其弊端也逐渐显露，当磨削运转的速度过快，加工工件表面的温度会急剧升高，工件外层及磨削砂轮会遭受损害，影响加工的质量。20世纪初，德国磨削专家对磨削温度与磨削速度的关系做了进一步研究，得出结论认为：高速磨削区会在工件表面产生“热沟”区域，磨削温度随着磨削速度的加快而上升，倘若磨削温度超过一定的范围，并达到顶点，磨削温度会在速度再次加快的情况下降低。德国专家的这一研究成果为今后高速磨削技术的研究方向奠定了基础。我国的磨削技术起步发展比较晚，但目前仍取得了很好的研究成果。东北大学最先成功研制了速度高达200m/s的超高速磨床，国内继续对超高速磨削技术进行深入研究，例如超高速磨削热传递机制、超高速磨削温度场技术等。
2 超高速磨削技术的原理及优点
2.1 超高速磨削技术的应用原理
在机械制造加工技术的应用中，与普通磨削技术相比较，超高速磨削技术单个磨屑的形成耗时短，磨削速度快，在一定的时间内磨削应变率高，形成过程与普通磨削存在极大区别。主要表现为残余应力倾向减小，工件表面层发生硬化，磨屑在形成过程中的滑擦和耕犁距离变小[1]。超高速磨削技术工作原理如下：在相关参数不变的情况下，砂轮运转的速度会随着磨削时间的增加而逐渐加快，磨削区的磨粒数量在单位时间内也不断增多，磨粒在运转中切下厚度不同的磨屑；采用高速磨削技术切下的磨屑相应变薄，每个单独磨粒所承受的磨削力也逐渐减小，这就使得总的磨削力也减小；在进行超高速磨削时，工件的磨粒和进给速度一般情况下都会快速提高，再加上应变率响应温度滞后带来影响，这就容易导致磨粒超越磨削烧伤的区域，这样一来就有利于磨削工艺参数应用范围的进一步推广[2]。
2.2 超高速磨削技术的优越性
超高速磨削与普通磨削相比，具有不可比拟的优越性，它能很好的克服磨削过程中产生的技术难题，磨削效果好，满意度高，极大的提高了加工质量和效率。超高速磨削技术的优点主要体现在以下4个方面：第一，加工质量显著提升。工件的加工精度大幅度上升，在进行高速磨削的过程中发生变形的概率降低，能有效解决磨削加工工件表面粗糙度值高的问题，极大提高工件表面的光洁度。与普通的磨削相比较，高速磨削可以很好的保证工件的加工的完整性，磨削后不易出现裂纹、振纹等瑕疵，对多型面沟槽加工的精确度高，工件表面具有非常好的机械性能和物理性能；第二，能顺利实现高塑性等难磨材料的磨削，能对硬脆材料进行有效加工，解决了磨削加工中的一个技术性难题；第三，磨削速度快，效率高，能产生巨大的经济效益。超高速磨削比普通的磨削效率要高出3～5倍，在一道工序中即可完成粗磨、精磨；第四，损耗的材料相对减少，砂轮使用周期长，使用超高速磨削工件表面的温度降低，冷却液的使用量也明显减少。
3 超高速磨削技术在机械制造中的应用
3.1 难磨材料的超高速磨削
难磨材料磨削是磨削技术加工过程一个需要不断改进的技术难题。难磨材料在加工存在的问题主要有硬化趋势强，硬度高，韧性大，切屑容易粘附在加工工件表面，导热系数低，这些磨削特性极大降低了磨削加工的效率。难加工材料的这些磨削特性会导致磨削比下降、砂轮迅速钝化、急剧堵塞、裂纹、表面变形、振痕、等典型的难加工现象[3]。据资料分析，砂轮堵塞是难加工材料难磨的主要原因。磨削过程产生的温度越高，加工材料自身的化学亲和性就越强，越容易导致砂轮堵塞，阻碍磨削效率的提高。针对这一情况，国外做了大量的分析研究，难加工材料的磨削技术也取得了很大的进步。要想实现硬脆材料的磨削，超高速磨削是目前最好的选择。超高速磨削的磨屑厚度非常小，这就使得磨削区的被磨材料处在动态流动之中，硬脆性材料的磨屑以一种塑性的形式生成。
3.2 具有绿色特性的高速磨削
高速磨削具有的绿色特性主要体现在以下几个方面：第一，对环境造成的污染减少；高速磨削在工作中产生的磨屑可以带走大部分超高速磨削热，使加工工件表面的温度相对降低，对磨削液的流量和压力需求相应降低，冷却液的使用也减少，能量的需求变少，有效减少了污染；第二，加工的精度提高；加工精度主要受磨削力的大小影响，随着磨削速度的不断提高，磨削力也会相应减小，同时减少了磨削过程所产生的工件变形，极大提高了加工的精度；第三，制造工艺的绿色化；超高速磨削技术的生产效率高，对人员、设备的需求相对减少，加工工序相对简单，能源、资源都能得到充分有效的应用，传统的刨、铣磨削方式逐渐被取代甚至淘汰，机械制造的加工环境更加清洁、绿化；第四，超高速磨削使加工工件的表面更加光滑，磨削质量极大提高，砂轮磨损度小，加工成本也极大降低，使能源得到了最大的利用。
3.3高效深磨
高效深磨可以有效提高磨削的生产率，是磨削技术中一项典型的技术应用。高效深磨磨削率比普通磨削要高出100～1000倍，优势明显，磨削速度范围可以保持在60m/s～250 m/s 之间，磨削速度快，加工应用中使用的是陶瓷结合剂砂轮，磨削速度最高可达120m/s[4]。
3.4 超高速精密磨削
实践证明，砂轮运转的速度与磨削表面粗糙度的密切相关。砂轮运转的速度越快，加工工件的变形的可能性具越小，工件表面的残留凸峰也会相应减少。在磨削工艺中，虽然磨削效率对工艺生产的效益带来重大影响，但磨削质量才是衡量工艺技术发展的最佳标准。日本对超高速磨削技术进行了大量的研究，主要目的在于如何提高磨削的表面质量和精度。日本的丰田工机就一直在不断的研究新技术，并将其最新研制的工艺手段应用于生产中，很好的完成了整个工件的柔性加工。超高速精密磨削使用的是超高速精密磨床，同时使用亚微米级以下的洁净和切深的加工环境，通过精密修整的微细磨料磨具来对亚微米级以下的尺寸精度进行获取[5]。
4 结论
超高速磨削在磨削工艺里面具有优越性，是一种较为先进的加工技术，得到的应用也越来越广泛。超高速磨削可以解决磨削中遇到的技术难题，极大降低工件表面的粗糙度，使工件的加工质量进一步提高。在加工中不容易受磨削“热沟”的影响，传入加工工件的磨削热量相应减少，工件表面的磨削“烧伤”得到很好的控制，这是超高速磨削技术在应用中最大的优越性[5]。
参考文献
[1]邵水军,闫勇刚.磨削加工技术的现状与进展[J].科技信息，2011，26(12)：154-156.
[2]郭全贵，宋立超.机械制造领域中超高速磨削技术的应用[J].科学与财富，2011，13(24)：27-28.
[3]王庭俊，周建华.1Cr18Ni9Ti不锈钢的切削加工[J].工具技术，2009，15(7)：63-67.
[4]路宗新.不锈钢材料铣削加工工艺分析[J].煤矿机械，2009，30(9)：115-117.
[5]郭力，李波，盛晓敏，等.工程陶瓷磨削温度研究的进展[J].中国机械工程，2007，18(19)：2388-2393.
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