隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和高性能科技產(chǎn)品對(duì)機(jī)械零件的加工精度、表面粗糙度、表面完整性、加工效率和批量化質(zhì)量穩(wěn)定性的要求越來越高。在世界范圍內(nèi)更加強(qiáng)了磨削理論基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，新的磨粒加工方法和先進(jìn)磨粒加工技術(shù)、工具與裝備不斷涌現(xiàn)，將磨粒加工這一古老的加工工藝技術(shù)迅速推向新高度，并成為先進(jìn)加工制造工藝與裝備的重要組成部分。高速/超高速、高效率、自動(dòng)化/數(shù)控化/智能化、超精密等既是當(dāng)前先進(jìn)磨粒加工工藝技術(shù)的主要內(nèi)容，也是先進(jìn)加工制造工藝與裝備的重要學(xué)科前沿。普通磨削的單位材料去除率不足10 mm3/mm·s，與普通車削、銑削相去甚遠(yuǎn)。所以，提高磨粒加工效率一直是人們不懈追求的目標(biāo)。根據(jù)磨屑去除機(jī)理，材料磨除率可以表示成磨屑平均斷面積、磨屑平均長(zhǎng)度和單位時(shí)間內(nèi)參與切削的磨粒數(shù)三者的乘積。因此，如果要提高磨削效率：
( )1 \b 7\*_/[B vto^[a6? 本部分設(shè)定了隱藏,您已回復(fù)過了,以下是隱藏的內(nèi)容
]i'hCa $$ 1）可以采用高速和超高速及寬砂輪磨削來增加單位時(shí)間作用的磨粒數(shù);
Hts.G~~8 2）采用深切磨削以增大磨屑長(zhǎng)度;
S]3K5Z| 3）采用重負(fù)荷等強(qiáng)力磨削方式以增大磨屑平均斷面積。
v%O KOrJ Zt: .+.dV 單獨(dú)或綜合采用這些方法從而使單位材料去除率較普通磨削有較大提高的工藝技術(shù)均為高效率磨粒加工技術(shù)。它主要包括:高速、超高速磨削、緩進(jìn)給深磨、高效深切磨削、強(qiáng)力磨削和強(qiáng)力晰磨、高速重負(fù)荷荒磨、砂帶磨削、硬脆/難加工材料高效率磨削、高效率研磨和拋光等。其中高速與超高速磨削、緩進(jìn)給深切磨削、高效深切磨削、砂帶磨削和重負(fù)荷荒磨技術(shù)的發(fā)展最為引人注目。
4B>N[#- 0= w?^qAj(*d 2 高效率磨粒加工技術(shù)發(fā)展
N)Fy#6 5B3S]@% 1) 高速超高速磨削
o*OYZ/_L 1eue.iuQ 超高速磨削技術(shù)是現(xiàn)代新材料技術(shù)、制造技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)試技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的高度集成，是優(yōu)質(zhì)與高效的完美結(jié)合，是磨削加工工藝的革命性變革。通常將砂輪線速度大于45m/s的磨削稱為高速磨削，而將砂輪線速度大于150m/s的磨削稱為超高速磨削。超高速磨削在歐洲、日本和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展較快。歐洲高速超高速磨削技術(shù)的發(fā)展起步比較早，最初在20世紀(jì)60年代末期就開始進(jìn)行高速超高速磨削的基礎(chǔ)研究，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的磨削速度就已經(jīng)達(dá)到210～230m/s。1979年德國(guó)Bremen大學(xué)的P. G. Werner教授撰文預(yù)言了高效深磨區(qū)存在的合理性，由此開創(chuàng)了高效深磨的概念。1983年德國(guó)Bremen大學(xué)出資由德國(guó)Guhring Automation公司制造了當(dāng)時(shí)世界上第一臺(tái)高效深磨的磨床，功率為60kW，轉(zhuǎn)速為10000r/min，砂輪直徑為400mm，砂輪圓周速度達(dá)到了209m/s。Aachen工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室磨削速度已達(dá)到500m/s，這一速度已突破了當(dāng)前機(jī)床與砂輪的工作極限。瑞士Studer公司開發(fā)的CBN砂輪磨削線速度在60m/s以上，并向120～130m/s方向發(fā)展。
$j61 IL3+ d?dZ=]~ C 美國(guó)60年代中期開始提高陶瓷砂輪的線速度，1967年諾頓公司在市場(chǎng)上出售線速度為61m/s的砂輪和磨床。到70年代初，60m/s的磨床已有相當(dāng)數(shù)量，70m/s,80 m/s乃至90m/s的磨床也相繼出現(xiàn)。1993年，美國(guó)的Edgetek Machine公司首次推出的超高速磨床，采用單層CBN砂輪，圓周速度達(dá)到了203m/s,用以加工淬硬的鋸齒等可以達(dá)到很高的金屬切除率。美國(guó)Connecticut大學(xué)磨削研究與發(fā)展中心的無心外圓磨床，最高磨削速度250m/s。2000年美國(guó)馬薩諸塞州立大學(xué)的S.Malkin等人，以149m/s的砂輪速度，使用電鍍金剛石砂輪通過磨削氮化硅，研究砂輪的地貌和磨削機(jī)理。目前美國(guó)的高效磨削磨床很普遍，主要是應(yīng)用CBN砂輪�？蓪�(shí)現(xiàn)以160m/s的速度，75mm3/mm·s的磨除率，對(duì)高溫合金Incone1718進(jìn)行高效磨削，加工后Ra1～2µm，尺寸公差±13µm 。另外采用直徑400mm的陶瓷CBN砂輪，以150～200m/s的速度磨削，可達(dá)到RaO.81µm，尺寸公差±2.5～5µm。美國(guó)高速磨削的一個(gè)重要研究方向是低損傷磨削高級(jí)陶瓷。
L{ y%\:] >`Xikn( 日本的超高速磨削主要不是以獲得高生產(chǎn)率為目的，而對(duì)磨削過程的綜合性能更感興趣。日本70年代中期，就能生產(chǎn)45m/s和60m/s的高速磨床。1985年前后，在凸輪和曲軸磨床上，磨削速度達(dá)到了80m/s，90年代日本推出了120m/s和250m/s的高速磨床。日本廣泛地用CBN砂輪取代一般砂輪，其目的是達(dá)到加工的高效率化、省力和無人化。至2000年，日本已進(jìn)行500m/s的超高速磨削試驗(yàn)。Shinizu等人，為了獲得超高磨削速度，利用改制的磨床，將兩根主軸并列在一起;一根作為砂輪軸，另一根作為工件主軸，并使其在磨削點(diǎn)切向速度相反，取得了相對(duì)磨削速度為Vs+Vw的結(jié)果，砂輪和工件間的磨削線速度實(shí)際接近l000m/s。這是迄今為止，公開報(bào)道的最高磨削速度。
k<p$BZ f 7B)iI! 我國(guó)高速磨削起步較晚，1958年開始推廣高速磨削技術(shù)。1964年鄭州磨料磨具磨削研究所和洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠合作進(jìn)行了50m/s高速磨削試驗(yàn)。1974年鄭州磨料磨具磨削研究所進(jìn)行了50～60m/s的磨削試驗(yàn)，1982年10月，湖南大學(xué)進(jìn)行了60m/s高速?gòu)?qiáng)力凸輪磨削工藝試驗(yàn)研究，為發(fā)展高速?gòu)?qiáng)力磨削凸輪軸磨床和高速?gòu)?qiáng)力磨削砂輪提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。八十年代初，東北大學(xué)進(jìn)行了大量的高速磨削試驗(yàn)研究。以東北大學(xué)為主開發(fā)的YLM—1型雙面立式半自動(dòng)修磨生產(chǎn)線，磨削速度達(dá)到80m/s，磨削壓力在2500～5000N以上。1995年，漢江機(jī)床廠使用陶瓷CBN砂輪，進(jìn)行了200m/s的超高速磨削試驗(yàn)。廣西大學(xué)于1997年前后開展了80m/s的高速低表面粗糙度的磨削試驗(yàn)研究工作。至2000年湖南大學(xué)一直在開展高速磨削研究工作。在2000年中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上，湖南大學(xué)推出了最高線速度達(dá)120m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。從2002年開始，湖南大學(xué)開始針對(duì)一臺(tái)250m/s超高速磨床主軸系統(tǒng)進(jìn)行高速超高速研究，并在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行了磁浮軸承設(shè)計(jì)。20世紀(jì)90年代至現(xiàn)在，東北大學(xué)一直在開展超高速磨削技術(shù)的研究，并首先研制成功了我國(guó)第一臺(tái)圓周速度200m/s、額定功率55kW，最高砂輪線速度達(dá)250m/s的超高速試驗(yàn)?zāi)ゴ�，并先后進(jìn)行了超高速大功率磨床動(dòng)靜壓主軸系統(tǒng)研究、200m/s電鍍CBN超高速砂輪設(shè)計(jì)與制造、超高速磨削成屑機(jī)理研究、超高速磨削熱傳遞機(jī)制研究、高速鋼的高速深磨研究、超高速單顆粒CBN磨削試驗(yàn)研究、高速單顆粒磨削機(jī)理研究、超高速磨削溫度場(chǎng)研究、磨削摩擦系數(shù)的研究、超高速磨削砂輪表面氣流場(chǎng)的研究、超高速磨削機(jī)理分子動(dòng)力學(xué)的仿真以及磨削智能化等方面的研究，部分研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平、部分研究成果與國(guó)際水平持平。
'TWZ@8h~ EA.4 m3 2）快速點(diǎn)磨削
e>`+Vk^Jc y8"8QH 快速點(diǎn)磨削(Quick - point Grinding)是由德國(guó)Junker公司Erwin Junker先生于1994年開發(fā)并取得專利的一種先進(jìn)的超高速磨削技術(shù)。它集成了超高速磨削,CBN超硬磨料及CNC柔性加工三大先進(jìn)技術(shù)，具有優(yōu)良的加工性能，是超高速磨削技術(shù)在高效率、高柔性和大批量生產(chǎn)高質(zhì)量穩(wěn)定性方面的又一新發(fā)展。該工藝主要用于軸、盤類零件加工。其CBN或人造金剛石超硬磨料砂輪軸線在水平和垂直方向與工件軸線形成一定傾角，使用薄砂輪與工件形成小面積點(diǎn)接觸，綜合利用連續(xù)軌跡數(shù)控技術(shù)，以超高速度磨削，可以合并車磨工序。它既有數(shù)控車削的通用性和高柔性，又有更高的效率和精度，砂輪壽命長(zhǎng)，質(zhì)量非常穩(wěn)定，是新一代數(shù)控車削和超高速磨削的極佳結(jié)合，成為超高速磨削的主要技術(shù)形式之一。
>-EJLa e1$T%?(&[ 德國(guó)目前在這項(xiàng)新技術(shù)的研究開發(fā)上處于領(lǐng)先地位。目前已在國(guó)外汽車工業(yè)、工具制造業(yè)中得到應(yīng)用，尤其是在汽車零件加工領(lǐng)域，即齒輪軸或凸輪軸等。這些零件大都包括切人、軸頸、軸肩、偏心及螺紋磨削過程，應(yīng)用此項(xiàng)工藝可以通過一次裝夾而實(shí)現(xiàn)全部加工，大大提高了零件加工精度及生產(chǎn)率。在齒輪加工、機(jī)床制造、紡織與印刷機(jī)械制造、陶瓷加工、電子工業(yè)中也有廣闊應(yīng)用前景。我國(guó)部分汽車制造企業(yè)目前也引進(jìn)了幾十臺(tái)這一工藝設(shè)備，并取得了明顯效益。但應(yīng)用領(lǐng)域尚小，僅限于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)軸類零件的加工。由于國(guó)內(nèi)目前沒有開展系統(tǒng)的工藝?yán)碚摵蛻?yīng)用研究，沒有掌握其核心技術(shù)及理論，不能掌握工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和編程技術(shù)，不能配套生產(chǎn)砂輪及相關(guān)附件，只能就單一零件由國(guó)外壟斷定制，全部工藝和設(shè)備均依賴于進(jìn)口。而國(guó)外由于技術(shù)壟斷，對(duì)快速點(diǎn)磨削機(jī)理、規(guī)律、磨削質(zhì)量控制及點(diǎn)磨削工藝等深入系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)技術(shù)信息也未見更多報(bào)道。因此，跟蹤國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，深人開展快速點(diǎn)磨削技術(shù)的理論與應(yīng)用研究，對(duì)于在我國(guó)推廣和發(fā)展該項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)、提高制造工藝技術(shù)和裝備制造水平具有重要意義。國(guó)內(nèi)東北大學(xué)已開始進(jìn)行超高速點(diǎn)磨削機(jī)理研究及機(jī)床開發(fā)。
Q)eYJP=W -xg$qvK 3）緩進(jìn)給磨削
\"!Fw)wj /VFh3n>I2 緩進(jìn)給磨削也稱作深切緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削，其特點(diǎn)是采用大的切削深度(1～30mm，比普通磨削大1～1000倍)和很小的工件進(jìn)給速度(3～300 mm/min，是普通磨削的1/100～1/1000)。緩進(jìn)給磨削通過增大砂輪切深來增加磨屑長(zhǎng)度，以獲得高磨除率(高出普通磨削5倍以上)。該方法在平面磨削中占有主導(dǎo)地位，主要用在磨削溝槽和成型表面。近年德、英、美、日和瑞士等國(guó)發(fā)展了一系列專用緩進(jìn)給成形磨床，特別是滾珠絲杠和直線電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更加促進(jìn)了緩進(jìn)給磨削技術(shù)的實(shí)用化。緩進(jìn)給磨削的特點(diǎn)如下：
AD_RU_a9 ? <b>2j ·加工效率高。由于磨削深度大增，接觸弧長(zhǎng)增加，同時(shí)參加切削的磨粒數(shù)增多，因此可以直接磨削出要求的工件形狀，使粗、精加工合并，大大提高了加工效率;
/ NvHM$5O% ^IgxzGD ·擴(kuò)大了磨削工藝范圍。由于可對(duì)毛坯一次加工成形，故可有效解決一些難加工材料加工問題，例如燃?xì)廨啓C(jī)葉片成形表面加工，高溫合金、不銹鋼、高速鋼型面或溝槽的磨削等，其效率比銑削高二十多倍。用CBN砂輪緩進(jìn)給磨削真空泵轉(zhuǎn)子槽，不僅比銑削效率高，，而且加工質(zhì)量好，成本節(jié)約40%左右;
"G. L)oD Zpfsh2` ·砂輪沖擊損傷小，工件形狀精度穩(wěn)定。由于緩進(jìn)給和行程次數(shù)減少，減輕了砂輪與工件邊緣的沖撞次數(shù)和沖撞程度，延長(zhǎng)了砂輪的使用壽命，也減小加工表面波紋度的產(chǎn)生;
)kLTyx2& VF8pH < ·磨削力大、磨削溫度高，切屑長(zhǎng)并在磨削區(qū)嚴(yán)重變形，易堵塞砂輪。因此緩進(jìn)給磨削加工時(shí)必須充分供給大量切削液，以降低磨削溫度，保證磨削表面質(zhì)量;
QWL$F:9: !S6zC > ·加工精度達(dá)2～5µm，表面粗糙度Ra0.1～0.4µm。
)l 0\T F $07; gpZt 4）高效深切磨削(HEDG)
fuRCM^U( ;2Aqztp 高效深磨(High Eficiency Deep Grinding，HEDG)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種集砂輪高速度(100～250m/s)、高進(jìn)給速度(0.5～10m/min)和大切深(0.1～30mm)為一體的高效率磨削技術(shù)。高效深磨概念是由德國(guó)Bremen大學(xué)Werner教授于1980年創(chuàng)立。目前歐洲企業(yè)在高效深磨技術(shù)應(yīng)用方面居領(lǐng)先地位，高效深磨可直觀地看成是緩進(jìn)給磨削和超高速磨削的結(jié)合。與普通磨削不同的是高效深磨可以通過一個(gè)磨削行程，完成過去由車、銑、磨等多個(gè)工序組成的粗精加工過程，獲得遠(yuǎn)高于普通磨削加工的金屬去除率(磨除率比普通磨削高100～1000倍)，表面質(zhì)量也可達(dá)到普通磨削水平。由于它使用比緩進(jìn)給磨削快得多的進(jìn)給速度，生產(chǎn)效率大幅度提高。后來又進(jìn)一步在CBN砂輪基礎(chǔ)上開發(fā)出200～300m/。的超高速深磨磨床。采用陶瓷結(jié)合劑砂輪以120m/s的速度磨削，比磨削率可達(dá)500～1000mm3/mm·s，比車削和銑削高5倍以上。英國(guó)用盤形CBN砂輪對(duì)低合金鋼51CrV4進(jìn)行了146m/s的高效深磨試驗(yàn)研究，材料去除率超過400mm3/mm·s 。德國(guó)Guhring Automation公司FD613超高速平面磨床，150m/s及CBN磨削寬1～10mm、深30mm的轉(zhuǎn)子槽時(shí)工作臺(tái)進(jìn)給速度達(dá)3000mm/min，在125m/s溝槽磨床上，磨削深20mm的鉆頭溝槽可一次完成，金屬磨出率達(dá)500400mm3/mm·s。高效成形磨削作為高效深磨的一種也得到廣泛應(yīng)用，并可借助CNC系統(tǒng)和CBN成型砂輪完成更復(fù)雜型面的加工，表面質(zhì)量可與普通磨削媲美。此項(xiàng)技術(shù)已成功地用于絲杠、螺桿、齒輪、轉(zhuǎn)子槽、工具溝槽等以磨代銑加工。普通磨削、緩進(jìn)給磨削、高效深切磨削方法工藝參數(shù)對(duì)比見表1。
VK>ZH^- vjN P 表1 普通磨削、緩進(jìn)給磨削、高效深切磨削工藝參數(shù)對(duì)比
n*twuB/P 1 參數(shù) 普通磨削 緩進(jìn)給磨削 高效深切磨削
] 70V ap(mm) 0.001～0.05 0.1～30 0.1～30
Er@ 'X0n Vw(m/min) 1～30 0.05～0.5 0.5～10
!vd(WKq Vs(m/s) 20～60 20～60 80～200
D==C"} J Zw(mm3/mm·s) 0.1～10 1.0～10 50～2000
p./9^S
砂輪 WA60HV WA60HV WA60HV
Z=c&</9e 磨削液 水基磨削液 油溶性磨削液 水基磨削液
)DR/Xu;b P_(QG
6 }:Q Q{h_ 5）高速孟負(fù)荷荒磨
Y)V )g9
