机械制造领域中超高速磨削技术的应用
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[摘 要] 近年来，随着经济的发展，我国的机械制造技术也在不断的进步，而在机械制造领域中，高速超高速磨削加工方法是应用的最为广泛的一项技术，超高速磨削技术的广泛应用，不仅使加工效率和质量得到了较大的提升，同时也大大降低了机械制造的成本。本文就主要针对机械制造领域中超高速磨削技术的应用进行简单的探讨。
[关键词] 超高速末学技术 机械制造 机械加工
近年来，在西方发达国家的机械制造领域，高速磨削技术受到了较多的重视，并且已经向着实用化的阶段过渡和发展。而在我国，超高速磨削技术的应用虽然为国机械制造领域起着很大的促进作用，但是其应用技术还处在初级阶段，与西方发达国家相比，还存在着较大的差距。因此，我国在推广超高速磨削技术的应用方面不断进行研究和推广，使我国机械制造业的加工效率不断的提高。
一、超高速磨削技术的特点
（一）磨削技术的原理
超高速磨削加工的过程中，需要以其他参数保持不变作为基础和前提，随着砂轮运转速度的不断提高，单位时间内磨削区所包含的磨粒的数量不断的增加，使每个磨粒运转过程中切下不同厚度的磨屑，而高速磨削技术能够使切下的磨屑变薄，这就会使每一个单独的磨粒承受的磨削力逐渐的变小，总的磨削力也会随之而减小。在超高速磨削的过程中，磨削速度较高，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。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,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）优越性
超高速磨削可以对硬脆材料实现延性域磨削加工,对高塑性等难磨材料也有良好的磨削表现。与普通磨削相比,超高速磨削显示出极大的优越性:
(1)大幅度提高磨削效率；
(2)明显降低磨削力,提高零件加工精度；
(3)降低加工工件表面粗糙度值,易获得高光洁的加工表面；
(4)砂轮耐用度提高,使用寿命延长；
(5)能实现对硬脆材料的延性域磨削,对高塑性和难磨材料获得良好的磨削效果；
(6)具有巨大的经济效益。
二、超高速磨削的应用
（一）高效深磨
对于提高磨削生产率方面,最典型的应用是高效深磨技术?高效深磨技术是近几年发展起来的一种集砂轮高速度、高进给速度(0.5～10m/min)和大切深(0.1～30mm)为一体的高效率磨削技术。高效深磨可直观地看成是缓进给磨削和超高速磨削的结合。高效深磨与普通磨削不同,可以通过一个磨削行程,完成过去由车、铣、磨等多个工序组成的粗精加工过程,获得远高于普通磨削加工的金属磨除率,表面质量也可达到普通磨削的水平。高效深磨的磨削速度范围一般在60～250m/s之间。采用陶瓷结合剂砂轮,以120m/s的磨削速度,磨除率可达500～1000mm3/(mm・s),比普通磨削高100～1000倍,比车削和铣削高5～20倍。如果采用CBN砂轮,以120m/s的磨削速度磨削,则可获得更高的磨除率。德国Bremen大学的超高速高效磨床磨削速度为100～180m/s,Aachen工业大学的500m/s超高速高效深磨磨床就是该公司的产品。该公司生产的FD613超高速平面磨床,在磨削宽1～10mm、深30mm的转子槽时,工作台进给速度可达3000mm/min,用CBN砂轮,磨削速度150m/s。在RB625超高速外圆磨床上,使用CBN砂轮,可将毛坯一次磨成主轴,每分钟可磨除2kg金属。在砂轮速度为125m/s的沟槽磨床上,磨削D20mm的钻头沟槽可一次完成,金属磨除率达500mm3/(mm・s)。高效成形磨削作为高效深磨的一种,也得到了广泛的应用,高效深磨工艺一次可磨出齿轮槽、扳手槽、蜗杆螺旋槽等。日本的风田工机、三菱重工等公司均能生产CBN超高速磨床,三菱重工生产的CA322U50ACNC超高速磨床,使用陶瓷结合剂砂轮圆周速度可达200m/s。GP233型超高速磨床采用工作台自动进给定位装置,用CBN砂轮以120m/s的磨削速度,可实现对工件不同部位的自动磨削。美国EdgetrkMachine公司也生产高效深磨机床,该公司主要发展小型3轴、4轴和5轴CNC高效深磨机床,采用CBN成型砂轮,可实现对淬硬钢的高效深磨,表面质量可与普通磨床媲美。
（二）超高速精密磨削
试验表明,提高砂轮速度可减小工件表面残留凸峰及塑性变形的程度,从而有助于减少磨削表面粗糙度。超高速精密磨削在日本应用最为广泛,可以说日本研究和使用超高速的目的不是为了提高磨削效率,而是为追求磨削精度和表面质量。日本的丰田工机在GZ0型CNC超高速外圆磨床上装备了其最新研制的ToyodaStateBearing轴承,采用周速200m/s的薄片CBN砂轮对回转体零件沿其形状进行一次性纵磨来完成整个工件的柔性加工。超高速精密磨削是采用超高速精密磨床,并通过精密修整微细磨料磨具,采用亚微米级以下的切深和洁净的加工环境来获得亚微米级以下的尺寸精度。使用微细磨料磨具是精密磨削的主要形式。用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒的平均粒径可小至4μm。D300mm硅片的集成制造系统采用单晶金刚石砂轮使延性磨削和光整加工在同一个装置上进行,使硅片表面粗糙度达Ra<1nm(Ry<5～6nm)、平面度<012μm/D300mm。超精密研磨通常选用粒度只有几纳米的研磨微粉,达到极高表面质量。
三、结束语
近年来，我国在机械制造领域取得了较大的进步，然而在超高速磨削技术的发展与应用方面，与国外的发展还存在着较大的差距。我们也应当看到，随着超高速磨削技术在现代机械制造领域的应用越来越广泛，我国的机械制造业也必将向着现代化的方向进一步发展。
参 考 文 献
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