超高速磨削技術在機械制造中的分析

【摘 要】隨著科學技術不斷發(fā)展與進步，為了提高機械制造的質量與效率，我國已經(jīng)逐漸引進了超高速磨削技術。隨著這些年的應用逐漸增加，超高速磨削技術在機械制造中的應用經(jīng)驗越來越豐富。本文首先概述了超高速磨削技術，對其原理及優(yōu)勢等進行了分析，然后就其在機械制造中的應用進行了詳細分析。

【關鍵詞】超高速；磨削技術；機械制造

1.超高速磨削技術概述

1.1技術分析

超高速磨削技術屬于超高速加工技術中主要的一種，而超高速加工技術指的是利用超硬材料的刃具，通過提高其切削速度與進給速度來實現(xiàn)材料加工精度、切除率及加工質量提高的一種技術。就目前來看，超高速加工切削速度往往隨著不同的材料及切削方式而不同。

超高速加工技術包括了很多方面，比如說超高速進給單元制造技術、超高速加工用刀具制造技術、超高速切削與磨削機理研究等，其在我國制造業(yè)中的應用越來越深入。其中，最為先進的一種技術為超高速磨削技術。

1.2磨削技術原理

在高速或超高速磨削加工中，其余參數(shù)保證不便的情況下，砂輪速度大幅度提高，單位時間中磨削區(qū)產(chǎn)生的磨粒數(shù)就會增加，而磨粒切下之后的磨屑厚度則會相應減小，這樣就會使得每顆磨粒被切削后厚度也會變薄。加之在超高速磨削過程中，磨速極高，每顆磨粒形成時間十分短，在上述情況下，每顆磨粒承受的磨削力則會大大減小，使得總磨削力大大降低。這樣，短暫的時間內所形成的高應變率往往與普通磨削之間有著天壤之別，主要表現(xiàn)在磨削工件表面時，彈性變形層會逐漸變淺，而磨削溝痕的兩側因為塑性流動而產(chǎn)生的隆起高度會降低。當然，由于上述機理作用，也會使得磨屑形成中的滑擦距離變小，工件表面層的殘余及硬化應力傾向也會逐漸減小。

1.3超高速磨削技術優(yōu)勢

就目前我國使用超高速磨削技術相關經(jīng)驗效率來看，其主要有以下幾個方面的優(yōu)勢：

1.3.1磨削效率得到了大大的提升。

1.3.2磨削力得到了明顯的降低，同時零件加工的精度也得到了一定的提高。

1.3.3砂輪的耐用度得到了提高，從而延長了機械的使用壽命。

1.3.4加工工件的表面粗糙度得到了有效控制，使得工件表面更加光滑。

1.3.5實現(xiàn)了對硬脆材質的延性域磨削，并且對于一些難磨與高塑性材料也有很好的磨削效果。

1.3.6為我國機械制造帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

2.超高速磨削技術在機械制造中的應用分析

超高速磨削技術在機械制造中的應用主要有以下三個方面的內容：

2.1超高速外圓磨削

為了減少磨削表面的粗糙度，就需要提高砂輪的速度，這樣對于實現(xiàn)高速精密磨削也有著十分良好的效果。超高速外圓磨削磨削技術在機械制造中的應用采用的是速度達到了150～200m/s以上的砂輪或者CBN砂輪，同時還對其配置了高性能的CNC系統(tǒng)與密度極高的微進給機構。超高速外圓磨削主要應用在主軸與曲軸等零件的外圓回轉表面，在這些地方進行超高速精密磨削加工，能夠有效保證高精度的加工質量，同時也能使得加工效率得到較高提升。

就當前來看，這種技術在日本已經(jīng)廣泛應用在了汽車工業(yè)制造中。比如說，豐田工機株式會社GSH63B型CNC超高速外圓磨床，用其可以對5mm的球墨鑄鐵凸輪軸進行磨削加工，并且比磨除率能達到175mm/（s·mm），同時其砂輪磨削比也能達到33500。我們將表面的粗糙度為3微米作為上限，當砂輪經(jīng)過了一次修正之后，一般能夠連續(xù)磨削大約60個工件，在磨削之后表面往往會呈現(xiàn)一種殘余壓應力，而且其能從毛坯產(chǎn)品直接磨削為成品。這在很大程度上減少了車工序以及工序之間的周轉。

2.2高效深切磨削

高效深切磨削是這些年才發(fā)展起來的，這種技術集砂輪高速度、高進給速度為一體，實現(xiàn)了磨削技術的高速與高效。相關資料顯示，高效深切磨削的概念是由德國一所大學的教授（Bremen大學的Werner）提出來的，并于1980年創(chuàng)立了這個詞語的具體概念。目前，這種技術在歐洲大部分制造企業(yè)中都有十分廣泛的應用，并且其技術水平明顯處于世界領先水平。機械制造中使用這種技術，其實可以這樣來看待，其屬于緩進給磨削與超高速磨削的有機結合，但是其與普通的磨削技術有著一個很明顯的不同，這種技術的高效深磨一般通過一個磨削過程就可以完成多個工序（車、銑、磨等）組合起來的粗精加工過程，并且其金屬去除率遠遠高于這些普通磨削工藝，相關研究表明其磨除率要高于普通磨削約100～1000倍。

2.3難加工及硬脆材料超高速磨削

人類進入二十一世紀之后，現(xiàn)代高科技技術與產(chǎn)業(yè)化得到了前所未有的發(fā)展，比如說功能陶瓷、工程陶瓷、紅藍寶石及單晶硅等脆性材料得到了普遍使用。大量實踐證明，采用普通或者傳統(tǒng)的磨削手段往往不能處理這些脆性材料，只有超高速（超硬磨料）條件下才有可能實現(xiàn)上述材料的磨削加工。普通磨削，磨粒浸入工件一般較深，磨屑的主料脆性斷裂形式完成，而超高速磨削技術的加入，就會增加單位磨削時間里的磨粒數(shù)，而單個磨粒切削厚度極薄，很容易造成玻璃與陶瓷等硬脆材料在加工時的塑性變形出現(xiàn)磨屑，這種情況下其磨削效率與質量就會大幅度提高。比如說利用金剛石砂輪磨削氮化硅陶瓷，其磨削速度能達到160m/s，而實際的磨削效率比普通的80m/s提高了一倍，而砂輪的使用壽命也會相應提高。

3.結語

隨著我國科研工作逐漸深入，超高速磨削技術在我國機械制造中的應用已經(jīng)逐漸被重視，并且取得的效果也越來越好。但是，由于這種技術有著高要求，所以要想使得其更加廣泛與普遍，還需要進行不斷探索與研究。

【參考文獻】

[1]郭全貴，宋立超.機械制造領域中超高速磨削技術的應用[J].科學與財富，2011，（7）：151-152.

[2]黎剛.探析超高速磨削技術在機械制造領域中的應用[J].制造業(yè)自動化，2012，34（9）：77-78，123.DOI：10.3969/j.issn.1009-0134.2012.5（上）.23.

[3]李云艷.淺談機械制造領域中的超高速磨削技術[J].中國科技縱橫，2012，（5）：61-61.