解析超高速磨削砂輪技術(shù)發(fā)展

丁海濤

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心,北京 100190）

解析超高速磨削砂輪技術(shù)發(fā)展

丁海濤

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心,北京 100190）

超高速磨削砂輪加工是集精加工和粗加工于一身，可以與刨削、車等相媲美的金屬磨除率，同時(shí)也是現(xiàn)代先進(jìn)制造法不可或缺的一部分，對(duì)現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展有著重要作用?；诖耍疚膶?duì)超高速磨削砂輪技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，希望對(duì)其發(fā)展能夠有所幫助。

超高速磨削；砂輪；磨削技術(shù)

超高速磨削作為一種新興技術(shù)，其涉及到許多相關(guān)的技術(shù)。例如：計(jì)算機(jī)、納米加工、光學(xué)、液壓等。超高速磨削最先出現(xiàn)在德國(guó)，隨后在日本和歐美等國(guó)家發(fā)展起來，同時(shí)隨著技術(shù)的成熟，其也逐漸向高效、高精度、綠色生產(chǎn)方向發(fā)展。

1 超高速磨削的優(yōu)點(diǎn)

超高速磨削不僅可以對(duì)超硬材料進(jìn)行加工，而且也可以對(duì)高塑性材料進(jìn)行加加工，同普通磨削進(jìn)行比較，其具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）在磨削過程中可以大幅度的提高加工效率，并且可以減少磨床的數(shù)量，磨削速度與磨削技術(shù)發(fā)展關(guān)系密切，同時(shí)磨削效率也一直都是磨削技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容，通過五十多年的發(fā)展，磨削去除率已經(jīng)提高了近百倍。

（2）降低磨削力，提高精準(zhǔn)度。磨削過程需要磨削力對(duì)其進(jìn)行反映，超高磨削可以大幅度減少磨削力，實(shí)際應(yīng)用表明，當(dāng)進(jìn)給量固定時(shí)，磨屑變薄，加工精度將會(huì)提高。砂輪的線速度速度變大，因此在單位時(shí)間內(nèi)粒數(shù)也將會(huì)變得更多，單顆磨粒承擔(dān)的磨削力將會(huì)下降，而提高磨削速度，工件面與砂輪之間的摩擦區(qū)將會(huì)有最初的固態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，有效的降低磨削力。

（3）提高了工件表面的光滑度。磨削速度的提高對(duì)于提高工件表面光滑度和質(zhì)量有著重要作用，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)降低每顆磨粒切削厚度。提高磨粒在磨削區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)，并且加快了工件進(jìn)給速度，從而使磨削區(qū)得以快速與工件表面發(fā)生脫離，降低相應(yīng)溫度，減小工件表面上的余力。同時(shí)砂輪線速度的不斷提高，可以有效的降低單顆磨粒去除工件材料時(shí)犁兩側(cè)隆起的面積比溝槽橫截的面積的值，使磨削表面變得更加光滑，提高工件質(zhì)量。

（4）減低成本，提高社會(huì)效益。超高磨削能夠降低成本，提高社會(huì)效益主要因?yàn)槠渲饕韵聝?yōu)點(diǎn)：高生產(chǎn)率、加工工序簡(jiǎn)單、加工時(shí)間合理、人員和設(shè)備投入低、產(chǎn)生的污染小。

2 超高速磨削砂輪

2.1 自動(dòng)平衡

自動(dòng)平衡在超高速磨削的砂輪系統(tǒng)中有著重要作用，超高速磨削砂輪在工作中即使存在很小的不平衡也會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，導(dǎo)致機(jī)床發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，損壞設(shè)備。一般來說，砂輪自動(dòng)平衡系統(tǒng)主要由振動(dòng)控制器、傳感器、平衡頭等部件組成。傳感器的主要作用是對(duì)砂輪在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行處理，從而確定不平衡量的相位和大小，然后利用振動(dòng)控制器和平衡頭對(duì)產(chǎn)生的不平衡進(jìn)行校正，確保超高速磨削砂輪能夠正常運(yùn)行。氣體式、液體式、機(jī)械式是超高速磨床中經(jīng)常使用的三種在線動(dòng)平衡系統(tǒng)。在線動(dòng)平衡系統(tǒng)對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高機(jī)床壽命、提高磨床生產(chǎn)力都有著重要作用，德國(guó)、日本德國(guó)發(fā)達(dá)國(guó)家在磨床上都應(yīng)用了在線動(dòng)平衡系統(tǒng)。

2.2 磨料

立方氮化硼和金剛石砂輪和稱為超硬磨砂料，其是高效和高速磨削的保障。立方氮化硼和金剛石兩者的性能上互補(bǔ)。立方氮化硼砂輪可以磨削高韌性、高強(qiáng)度、耐熱、淬硬度高的金屬材料，金剛石砂輪則更加善于磨削陶瓷、光學(xué)玻璃、寶石等脆性高、硬度高的非金屬材料，兩者之間的相互配合為磨削產(chǎn)業(yè)帶來了福音。目前超硬磨料砂輪已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在較高溫度下仍然較穩(wěn)定并且硬度高的立方氮化硼砂輪，將其應(yīng)用在加工產(chǎn)業(yè)中提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效，節(jié)能的目的，是目前工具的主要發(fā)展方向。

超高速磨削中使用的立方氮化硼具有以下特點(diǎn)：

（1）在高溫下具有較高的穩(wěn)定性，在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下1300℃環(huán)境下立方氮化硼不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而金剛石在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下其化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性智能維持在800℃，由此可見立方氮化硼同金剛石相比耐燃性更強(qiáng)。

（2）導(dǎo)熱系數(shù)高，在磨削過程中如果產(chǎn)生同樣的熱量立方氮化硼出入工件中的熱量要明顯低于金剛石，因此在施工中可以有效的控制空間溫度，同樣的冷卻條件下，使用立方氮化硼可以減低工件因?yàn)闇囟冗^高而受到傷害，從而提高了工件表面的完整性和精準(zhǔn)性。

（3）比磨削能低，利用立方氮化硼砂輪在大金屬切除中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工件的保護(hù)，避免工件發(fā)生燒傷，實(shí)際加工中可以在確保磨削質(zhì)量的基礎(chǔ)上加大進(jìn)給速度，提高生產(chǎn)效率。

2.3 修整砂輪

修整砂輪的目的在于確保砂輪磨粒和幾何形狀高度的合理。立方氮化硼砂輪，很難取出砂輪周圍表面的立方氮化硼磨粒，因此需要使用的修正工具可能會(huì)發(fā)生較大的磨損，修整費(fèi)用較高。單層氮化硼砂輪在維修上并不需要像陶瓷或樹脂結(jié)合劑一樣修整。但在精密超高速磨削加工中，因?yàn)槟チＴ陂L(zhǎng)期的使用過程中會(huì)發(fā)生鈍化，磨粒突出高度將會(huì)產(chǎn)生變化，各個(gè)磨粒高度將會(huì)有差差別，因此會(huì)增大磨削力，從而使工件的完整性和質(zhì)量有所下降。此時(shí)則需要休整立方氮化硼砂輪。

目前，休整立方氮化硼的主要方法是接觸休整法，利用傳感器系統(tǒng)對(duì)休整工具和砂輪的接觸進(jìn)行控制，在利用修整工具微量進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行微米級(jí)進(jìn)給,從而使砂輪的形貌達(dá)到期望的效果，確保了加工的精密度。目前，休整超硬磨料砂輪主要可以分為兩類：

（1）休整工具本身旋轉(zhuǎn)，例如滾壓修整器、金剛石修整滾輪。

（2）修整工具不不旋轉(zhuǎn)，例如單排金剛石、金剛石修整筆等。

3 結(jié)束語(yǔ)

超高速磨削加工在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣發(fā)應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用可以大幅度的提高加工的質(zhì)量，并且可以提高生產(chǎn)效率，降低生成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段，高速磨削技術(shù)受到了工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，但我國(guó)在超高速磨削技術(shù)上的研究同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在一定差距，因此在日后的發(fā)展中，我國(guó)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)在高速磨削技術(shù)上的研究，并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行推廣，提高我國(guó)在機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)上的水平。

[1]宋貴亮，鞏亞東，蔡光起.超高速磨削及應(yīng)用[J].航空精密制造技術(shù),2011,6（03）：16-20.

[2]趙恒華，馮寶富，蔡光起.超高速磨削技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2013,4（06）：564-568.

[3]蔡光起，馮寶富，趙恒華.磨削磨料加工技術(shù)的最新進(jìn)展[J].航空制造技術(shù)，2012,4（05）：31-40.