高效率磨粒加工技术发展

一、引言

随着现代工业技术和高性能科技产品对机械零件的加工精度、表面粗糙度、表面完整性、加工效率和批量化质量稳定性的要求越来越高。在世界范围内更加强了磨削理论基础和应用研究,新的磨粒加工方法和先进磨粒加工技术、工具与装备不断涌现,将磨粒加工这一古老的加工工艺技术迅速推向新高度,并成为先进加工制造工艺与装备的重要组成部分。高速/超高速、高效率、自动化/数控化/智能化、超精密等既是当前先进磨粒加工工艺技术的主要内容,也是先进加工制造工艺与装备的重要学科前沿。普通磨削的单位材料去除率不足10mm³/mm·s,与普通车削、铣削相去甚远。所以,提高磨粒加工效率一直是人们不懈追求的目标。根据磨屑去除机理,材料磨除率可以表示成磨屑平均断面积、磨屑平均长度和单位时间内参与切削的磨粒数三者的乘积。因此,如果要提高磨削效率:

(一)可以采用高速和超高速及宽砂轮磨削来增加单位时间作用的磨粒数；

(二)采用深切磨削以增大磨屑长度；

(三)采用重负荷等强力磨削方式以增大磨屑平均断面积。

单独或综合采用这些方法从而使单位材料去除率较普通磨削有较大提高的工艺技术均为高效率磨粒加工技术。它主要包括:高速、超高速磨削、缓进给深磨、高效深切磨削、强力磨削和强力晰磨、高速重负荷荒磨、砂带磨削、硬脆/难加工材料高效率磨削、高效率研磨和抛光等。其中高速与超高速磨削、缓进给深切磨削、高效深切磨削、砂带磨削和重负荷荒磨技术的发展最为引人注目。

二、高效率磨粒加工技术发展

·高速超高速磨削

超高速磨削技术是现代新材料技术、制造技术、控制技术、测试技术和实验技术的高度集成,是优质与高效的完美结合,是磨削加工工艺的革命性变革。通常将砂轮线速度大于45m/s的磨削称为高速磨削,而将砂轮线速度大于150m/s的磨削称为超高速磨削。超高速磨削在欧洲、日本和美国等发达国家发展较快。欧洲高速超高速磨削技术的发展起步比较早,最初在20世纪60年代末期就开始进行高速超高速磨削的基础研究,当时实验室的磨削速度就已经达到210～230m/s。1979年德国Bremen大学的P.G.Werner教授撰文预言了高效深磨区存在的合理性,由此开创了高效深磨的概念。1983年德国Bremen大学出资由德国GuhringAutomation公司制造了当时世界上第一台高效深磨的磨床,功率为60kW,转速为10000r/min,砂轮直径为400mm,砂轮圆周速度达到了209m/s。Aachen工业大学实验室磨削速度已达到500m/s,这一速度已突破了当前机床与砂轮的工作极限。瑞士Studer公司开发的CBN砂轮磨削线速度在60m/s以上,并向120～130m/s方向发展。

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