在机械制造领域中超高速磨削技术的应用

在机械制造领域中超高速磨削技术的应用

王春光

（公司是大连华锐重工集团股份有限公司辽宁大连116031）

摘要：拥有显著应用优势，使得超高速磨削技术在机械制造领域得到了广泛应用。基于这种情况，本文对超高速磨削技术进行了分析，然后对该技术在机械制造领域的应用情况展开了分析，以期为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：机械制造领域；超高速磨削技术；应用

引言：在现实生活中，一般磨削加工的砂轮线速为45m/s，而超高速磨削技术的砂轮线速则超过了150m/s。在上世纪90年代之前，超高速磨削技术很少在实际生产中得到引用。而随着人们对该技术的认识的提高，该技术在机械加工领域开始得到应用，并取得了快速发展。加强对该技术在机械加工领域的应用研究，则能够更好的了解超高速磨削技术为机械加工带来的效益。

1超高速磨削技术概述

超高速磨削技术其实就是使磨削速度保持在高水平的一种磨削加工技术，能够使每个磨屑形成时间得到减少。应用该技术，需确保各项技术参数保持不变。而在砂轮转速不断提高的情况下，磨削区在固定时间内含有的磨削粒的数量将不断增多，所以能够使转动中的磨粒被切出不同厚度的磨屑。使用该技术，也能使磨屑变薄，因此可以使磨粒承担的磨削力逐渐减小，以降低整体磨削力。不同于普通情况下产生的磨屑和短时间加工出的磨屑，应用超高速磨削技术得到的磨屑有着较大的高应变率差别。在20世纪前期，磨削专家Carl.J.Salomon就曾经提出，在高速磨削区，将产生“热沟”区域，加快磨削速度将导致该区域磨削温度上升。而在到达一个温度定点后，速度的加快会导致温度下降。如果磨削速度超过“热沟”，温度会随着磨削速度的提高而持续下降[1]。超高速磨削技术的应用，正是跨越了磨削的易烧板块，产生的磨粒拥有较快移动速度和延后的应变率相应把温度，能够提高工件进给效率，所以能够使磨削技术参数的应用范围得到增加。从磨屑表现来看，应用超高速磨削技术能够减小磨削沟痕产生的隆起高度，并使工件变形层变浅等。

图1超高速磨削技术原理

2在机械制造领域中超高速磨削技术的应用

2.1应用优势

在机械制造领域应用超高磨削技术，可以使机械加工更具优越性。一方面，应该该技术可以使单位时间内的磨削区磨粒数量得到增加，所以能够通过提高磨粒进给量增加磨屑磨除体积，进而使磨削效率得到较大程度提高。另一方面，应用该技术能够使磨屑厚度变薄。而在180-220m/s磨削速度范围内，磨削状态将从固态转为液态，所以能够使加工零件精度得到提高。再者，应用该技术能够使磨粒工作时限得到增加，因此磨粒在磨削过程中负荷相对较小，能够延长砂轮使用寿命。目前，在相同金属切除概率条件下，应用超高速磨削技术的砂轮速度将由80m/s提高至200m/s，使用时间则会提高8.5倍。最后，应用该技术能够降低工件表面粗糙度，并能通过塑性变形方式使陶瓷和玻璃等硬脆材料产生磨屑，所以能够使工件表面光洁度较高，并具有残余应力，因此能够有更高的使用效能。

2.2具体应用

2.2.1高效深磨技术的应用

在机械制造领域，高效深磨技术是得到应用的典型超高速磨削技术。使用该技术，能够集较快的砂轮转速、大切深和较高进给速度为一体，可以使材料磨削率得到提高，而获得的工件表层粗糙程度则与一般磨削技术相近。不同于通常的磨削技术，该技术能够实现缓进给技术和超高速磨削的有机结合，可以先利用磨削完成工件的磨、车、铣等精加工工序，所以能够得到较高表面质量和较高磨除率。一般的情况下，使用该技术能够达到60-250m/s的磨削速度。在磨削速度达到120m/s时，陶瓷结构的剂砂轮磨除率将超出一般技术的100-1000倍。与车削和铣削相比较，则能高出5-20倍。使用120m/s的CBN砂轮磨削速度，则能获得更高的磨除率[2]。目前，德国GuhringAutomation公司较好的应用了该技术完成了高效深磨机床的制造。例如，超高速FD613平面磨床为该公司生产的一种高效深磨机床，能够以3000mm/min进给效率完成深和宽分别为30mm和10mm转子槽的磨削。除了该公司，日本三菱、风田等公司都进行超高速磨床的生产，而美国EdgetrkMachine公司则进行小型三轴、4四轴和五轴高效深磨机床的生产。在齿轮槽、蜗杆螺旋槽等结构的磨削加工上，利用高效深磨技术能够完成一次性的加工。

2.2.2精密磨削技术的应用

日本在机械制造领域属于具有一定领先地位的国家，其应用最广泛的超高速磨削技术则为精密磨削技术。应用该技术，能够通过提高砂轮速度减小工件塑性变形和表面残留凸峰，从而使磨削表面的粗糙度得到减少。一直以来，日本在超高速磨削技术研究领域，就格外追求表面质量和磨削精度。在CNC超高速外圆磨床的装备方面，日本丰田研制出的ToyodaStateBearing轴承可以利用200m/s周速的薄片CBN砂轮进行回转体零件加工。而利用该技术，只需要沿着零件外形完成一次性纵磨，就能实现对整个零件的柔性加工[3]。目前，应用该技术需使用超高速精密磨床，可完成微细磨料磨具的精密修整，并在洁净加工环境中利用亚微米级以下切深实现亚微米级以下尺寸精度的机械加工。

2.2.3在难磨材料加工上的应用

超高速磨削技术常常被应用在难磨材料的加工上，可更好的适应这类材料的高温强度高、韧性大和导热系数低等特性，并且使材料加工时表面容易出现裂纹、变形和烧伤等问题得到解决。从有关研究来看，难加工材料之所以难磨，就是由于材料拥有过强的化学亲和性，以至于导致了砂轮极具堵塞。应用超高速磨削技术，能够磨削硬脆材料的延性域，磨屑厚度接近最小，所以磨削区的材料将处在液态，进而使其以塑性形式生成磨屑。就现阶段而言，使用超高速磨削技术能够完成高温合金、高强合金和钛合金等难磨材料的加工，并且获得较好的效果。

2.2.4在绿色加工上的应用

随着人们节能环保意识的增强，各行各业都在积极推行绿色生产。而在机械加工领域，应用超高速磨削技术则可以实现绿色加工。因为，应用该技术能够使机械零件的加工时间得到缩短，所以能够在提高生产效率得到同时，减少能源消耗。其次，应用该技术能够使加工精度得到大幅度提高，并使噪声污染得减少。因为在磨床主轴高速运转的过程中，激振频率已经远离系统固有频率，能够使工艺系统的振动得到减小。再者，应用超高速磨削技术，能够延长砂轮使用寿命，所以可以使资源得到更好的利用。此外，应用该技术加工零件，零件表面温度较低，使用的冷却液较少，能够减少污染[4]。而利用该技术取代一般磨削加工技术，则能够减少人员、资源和能源的消耗，进而实现绿色制造。

3.结论

在机械制造领域应用超高速磨削技术，能够越过“热沟”的影响，从而通过减少工件磨削烧伤确保零件加工质量，并且有效提高磨削效率。所以，相信随着该技术的发展，其必将在机械制造领域获得良好的应用前景。

参考文献：

[1]邱卉颖.超高速磨削技术在机械制造领域中的应用价值评价[J].装备制造技术,2015,01:237-238+240.

[2]王永新.论机械制造中的超高速磨削技术[J].科技资讯,2012,24:107.

[3]刘书麟.超高速磨削技术在机械加工制造中的应用[J].中国高新技术企业,2014,24:41-42.

[4]杨洪波,赵恒华,刘伟锐.磨削技术的现状和未来发展趋势[J].机械制造与自动化,2014,06:7-9.