機(jī)械制造中的超高速磨削技術(shù)探析

王敬

摘 要：普通磨削加工砂輪的線速度在45m/s以上，由于較好的磨削效果得到了廣泛的應(yīng)用。作為一種砂輪線速度超過150m/s的磨削技術(shù)，超高速磨削技術(shù)雖然絕大多數(shù)的加工操作中都不采用，只有少量的工件使用該技術(shù)，但是由于其獨(dú)特的性能，其已經(jīng)受到了廣泛的重視。西方發(fā)達(dá)國家在超高速磨削技術(shù)方面已經(jīng)走在了我們的前面，將超高速磨削技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的工作中，我國在該領(lǐng)域處于初級(jí)階段，只有通過我們不斷地努力學(xué)習(xí)和研究，才能夠加速超高速磨削技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超高速磨削；機(jī)械制造；發(fā)展；現(xiàn)狀；應(yīng)用

1 前言

根據(jù)當(dāng)前我國超高速磨削技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況，考慮多年來機(jī)械制造行業(yè)的工作經(jīng)驗(yàn)，先對(duì)磨削技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀進(jìn)行探討，繼而對(duì)超高速磨削技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的論述，希望可以讓大家更清楚地認(rèn)識(shí)到超高速磨削技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。

2 磨削技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀分析

由于工件加工的需要，磨削技術(shù)早已得到使用，世界各地的人們都在應(yīng)用該技術(shù)，但是在進(jìn)入20世紀(jì)后，人們不斷追求更快的加工效率，所以超高速磨削技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，但是這種技術(shù)也存在一定弊端，就是由于速度過快，大量的摩擦熱量會(huì)導(dǎo)致砂輪及工件的外層受到破壞，反而降低了磨削效率。

因此，大量的科學(xué)家對(duì)此問題進(jìn)行了深入的研究，德國科學(xué)家Carl. J. Salomon就提出了一個(gè)關(guān)于磨削速度和磨削溫度之間關(guān)系的設(shè)想，假設(shè)在高速磨削區(qū)存在一個(gè)區(qū)域，將其命名為“高熱區(qū)”。在這一區(qū)域的初始階段，磨削溫度會(huì)隨著磨削速度的不斷增加而增大，但是在磨削溫度升到最高時(shí)，反而會(huì)隨著磨削速度的加快不斷降低磨削溫度。若超出該區(qū)域磨削溫度會(huì)繼續(xù)隨著磨削速度的增加而減小。

我國的磨削技術(shù)的研究工作不僅起步時(shí)間晚，起點(diǎn)也較發(fā)達(dá)國家低很多，從上世紀(jì)七十年代開始才有一些機(jī)構(gòu)（例如：第一砂輪廠、第一汽車制造廠等）開始進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)。在隨后的四十多年中，我國正在逐漸縮小與西方發(fā)達(dá)國家之間的技術(shù)差距，目前東北大學(xué)的200m/s的超高速磨床就是其中的代表，代表了我國超高速磨削技術(shù)研究工作所取得的成績。

3 超高速磨削技術(shù)的應(yīng)用

3.1 高效深磨技術(shù)

高效深磨技術(shù)可以大幅度提高磨削工作的效率，所以近年來，高效深磨技術(shù)得到了長足的發(fā)展，現(xiàn)已成為了一種集大切深、砂輪轉(zhuǎn)速快及緊急速度高等多種優(yōu)秀屬性于一體的磨削技術(shù)。較傳統(tǒng)的磨削技術(shù)而言，高效深磨技術(shù)在保證相同表層粗糙度的同時(shí)可以大幅提高材料磨削率。這是一種集緩進(jìn)給技術(shù)及超高速磨削技術(shù)于一體的新型磨削技術(shù)，其與傳統(tǒng)的磨削技術(shù)有著本質(zhì)上的區(qū)別。高效深磨技術(shù)可以通過其特有的磨削方式來達(dá)到機(jī)械精加工的目的，通過這一過程來達(dá)到與傳統(tǒng)磨削技術(shù)相比更高的工件磨除率以及相同的表面質(zhì)量。

通常情況下，我們將高效深磨技術(shù)的磨削速度控制在60～250m/s這一范圍內(nèi)。如果使用陶瓷結(jié)構(gòu)的砂輪，在磨削速度達(dá)到120m/s的情況下，高效深磨技術(shù)的磨除率可以達(dá)到車削和銑削的5～20倍，可以達(dá)到常規(guī)磨削技術(shù)的100～1000倍。假設(shè)采用CBN砂輪，相同的速度下，還會(huì)獲得更好的磨除率。

3.2 超高速的精密磨削技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)過論證，降低工件的表面塑性變形以及凸峰的大小可以通過增加砂輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來實(shí)現(xiàn)，還可以降低磨削產(chǎn)生的表層粗糙程度。在日本，超高速精密磨削技術(shù)被廣泛應(yīng)用，但是日本加強(qiáng)對(duì)超高速磨削技術(shù)的研究及使用，最終追求的不是機(jī)械磨削的效率，而是為了增加磨削的工件表面質(zhì)量和磨削精度。如日本的豐田工件使用CNC超高速磨床時(shí)，配備了最先進(jìn)的軸承，用200m/s轉(zhuǎn)速的薄片砂輪來對(duì)零件進(jìn)行縱磨，以達(dá)到對(duì)全部工件柔性加工的目的。

超高速的精密磨削技術(shù)通常使用修整精密的精細(xì)磨具，在潔凈的環(huán)境中采用超高速的精密磨床，使用亞米級(jí)之下的切深獲取亞米級(jí)的精度尺寸。精細(xì)磨削的主要方式是利用微細(xì)磨料加工磨具。超精密的鏡面磨削結(jié)合劑砂輪才采用的是平均粒徑低于4納米的金剛石磨粒。金剛石砂輪的磨削和光整過程都是在相同的裝置里完成，這一技術(shù)可以使硅片的平面度小于0.2～0.3納米，而表面粗糙程度小于1納米，可獲得較高水平的工件表面質(zhì)量。

3.3 具有綠色特性的高速磨削

超高速磨削技術(shù)的綠色特性明顯，這一特色的成因在于：第一，超高速磨削技術(shù)可以有效縮短機(jī)械加工的工時(shí)，降低能耗；第二，這一技術(shù)可以提高工件的表面質(zhì)量，降低砂輪的損耗程度、延長使用壽命，降低生產(chǎn)成本，從而合理有效地利用資源；第三，由于超高速磨削技術(shù)擁有較高的加工效率，減少了人員、設(shè)備、加工工序等方面的投入和損耗，實(shí)現(xiàn)加工工藝的綠色性；第四，超高速磨削技術(shù)產(chǎn)生的70%的熱能被磨屑帶走，因此工件的表層溫度得以降低，磨削液的壓力和流量減少，冷卻液的使用量相應(yīng)降低，減少了對(duì)能量的需求，最終，也減少了污染。

4 結(jié)論

綜上所述，我們通過對(duì)磨削技術(shù)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及超高速磨削技術(shù)應(yīng)用的分析，發(fā)現(xiàn)超高速磨削技術(shù)不僅會(huì)提高表面質(zhì)量，還在保證工件質(zhì)量的同時(shí)提高了磨削效率。所以這種先進(jìn)的機(jī)械加工技術(shù)未來必會(huì)有著廣闊的發(fā)展前景，但是現(xiàn)階段我國的超高速磨削技術(shù)與發(fā)達(dá)國家之間還有著不小的差距，我們要正確認(rèn)識(shí)自身水平，通過不斷地學(xué)習(xí)、研究來迎頭趕上，為我國高速磨削技術(shù)的發(fā)展增添新的動(dòng)力，繼而達(dá)到促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王寅剛.超高速磨削加工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].科學(xué)與財(cái)富，2011（8）.

[2] 郭英.淺析超高速磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].航空精密制造技術(shù)，2007（6）.