國(guó)內(nèi)外高速平面磨削發(fā)展比較研究分析

近年來(lái)，國(guó)際上高速磨削技術(shù)發(fā)展很快，除了把常規(guī)磨削的速度普遍提升以外，還推廣應(yīng)用了深切磨削的新工藝，這種方法是在提高砂輪線(xiàn)速度的同時(shí)，加大切入進(jìn)給速度以提高金屬切除率的磨削方法。 

高速磨削的優(yōu)點(diǎn)： 

　　(1)可以大大提高磨削效率。由于高速磨削的切屑厚度減小，切削力降低，如果保持與普通磨削同樣的切屑厚度和切削力，則可極大地提高機(jī)床的進(jìn)給量，從而提高磨削效率。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，磨削效率一般可以提高1~3倍。 

　　(2)提高加工工件的表面質(zhì)量：由于磨粒的切屑厚度減小，磨粒留在工件表面上的切痕深度減小，從而提高了工件表面的光潔度(降低了表面的粗糙度)，一般可以提高1~3級(jí)。此外，切削力的降低有利于提高工件的尺寸精度。 

　　(3)提高砂輪的耐用度：理論上由于切屑厚度減小，導(dǎo)致切削力大幅度降低，磨粒承受的負(fù)荷減小，因此，提高了磨粒的切削能力，也就提高了砂輪的耐用度。一般，砂輪壽命可以提高１倍左右。 

國(guó)外高速磨床制造和應(yīng)用概況：

　　高速磨削的歷史較長(zhǎng)，早在上個(gè)世紀(jì)四十年代，國(guó)外就開(kāi)始試驗(yàn)高速磨削工藝，到五十年代初已將50m/s的高速磨削應(yīng)用于生產(chǎn)。據(jù)文獻(xiàn)介紹，1958年砂輪線(xiàn)速度已能達(dá)到60m/s。高速磨削從上世紀(jì)60年代以來(lái)獲得較快的發(fā)展，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都積極采用高速磨削來(lái)提高磨削效率，美國(guó)諾頓砂輪制造公司60年代就制造出砂輪線(xiàn)速度超60m/s的高速砂輪，到70年代逐步提高到90m/s，80年代末已制造出高線(xiàn)速度為120m/s的高速磨床。日本在上世紀(jì)60年代末首先在汽車(chē)和軸承行業(yè)采用高速磨床，到70年代中期已生產(chǎn)和應(yīng)用線(xiàn)速度達(dá)80m/s的高速磨床。80年代以后，隨著CBN砂輪的廣泛應(yīng)用，砂輪線(xiàn)速度更是達(dá)到150m/s。目前，磨床砂輪的線(xiàn)速度普遍采用60m/s以上的高速，高的甚至達(dá)到250m/s。德國(guó)的高速磨床發(fā)展同樣迅速，該國(guó)的BLOHM公司、ELB公司等廠(chǎng)家均大力發(fā)展高速磨床，產(chǎn)品已比較成熟。其中，BLOHM的一臺(tái)高速平面和成形磨砂輪轉(zhuǎn)速達(dá)8,000r/min，且各軸向的速度也較高，X軸為40m/min、加速度為3m/s2。目前，CBN砂輪的線(xiàn)速度已達(dá)150~250m/s以上。在提高砂輪線(xiàn)速度的同時(shí)，還要提高工作臺(tái)的往復(fù)速度，如德國(guó)BLOHM公司開(kāi)發(fā)的一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)新材料的先進(jìn)磨削技術(shù)，其大工作臺(tái)速度達(dá)到200m/min，大工作臺(tái)加速度達(dá)到50m/s2大切削線(xiàn)速度170m/s，大主軸轉(zhuǎn)速為11,000r/min。據(jù)稱(chēng)這是國(guó)際上一臺(tái)工作臺(tái)速度達(dá)到200m/min、加速度達(dá)50m/s2的平面磨床。該機(jī)已投入正常使用，應(yīng)用前景廣闊。斯來(lái)福臨公司在江蘇太倉(cāng)的生產(chǎn)基地也生產(chǎn)高速磨床，線(xiàn)速度達(dá)到60m/s。德國(guó)的居林公司研究開(kāi)發(fā)出把高速磨削和深切緩進(jìn)給磨削結(jié)合在一起的深切磨削，成倍地提高磨削效率。德國(guó)阿亨大學(xué)對(duì)高速磨削有系統(tǒng)、深入的研究，高的線(xiàn)速度達(dá)到500m/s的水平。總體說(shuō)來(lái)，這些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家通用磨床上都普遍采用了60m/s的高速砂輪，并積極研究和推廣線(xiàn)速度的高速磨削。 

　　以立方氮化硼砂輪(CBN砂輪)為代表的高砂輪的廣泛應(yīng)用為高速磨削的發(fā)展創(chuàng)造了條件。上世紀(jì)80年代興起了一種稱(chēng)為深切磨削的方法，這種方法把高速磨削和緩進(jìn)給強(qiáng)力成形磨削結(jié)合在一起，采用了特別高的砂輪線(xiàn)速度，同時(shí)采用和緩進(jìn)給磨削一樣的大切深，金屬去除率比普通磨削高100倍以上，甚至達(dá)到1,000倍。如德國(guó)居林公司采用CBN砂輪的深切磨削，金屬磨除率達(dá)到驚人的2kg/min。研究試驗(yàn)表明，砂輪線(xiàn)速度達(dá)到150m/s時(shí)，工件的溫升和60m/s時(shí)是一樣的，采用高速磨削時(shí)存在一個(gè)臨界溫度，一旦超過(guò)這個(gè)臨界溫度，線(xiàn)速度的提高不會(huì)導(dǎo)致溫升，還有利于在接觸區(qū)散發(fā)熱量，反而對(duì)工件沒(méi)有熱損傷。由于深切磨削有這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)外應(yīng)用非常廣泛。 

　　近年來(lái)，隨著工程陶瓷、光學(xué)玻璃及半導(dǎo)體硅片等硬脆材料的應(yīng)用日益廣泛，在機(jī)械加工領(lǐng)域由于這類(lèi)材料的高強(qiáng)度、高硬度和高脆性，給傳統(tǒng)的磨削工藝帶來(lái)了挑戰(zhàn)。由于磨削溫度高、磨削效率低，而且砂輪極易鈍化、堵塞而喪失其切削性能，所以此類(lèi)材料加工成本非常高。而在此類(lèi)材料的加工中，高速高速磨削工藝被認(rèn)為是能夠獲得高去除率的經(jīng)濟(jì)方法之一。砂輪速度的增加能夠減小單顆磨大未變形切屑厚度，從而使磨削力減小及表面粗糙度下降，為提高材料的去除率提供了條件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程陶瓷領(lǐng)域的一系列的突破推動(dòng)了相關(guān)新技術(shù)的快速發(fā)展，如長(zhǎng)效耐磨的氮化硅陶瓷軸承被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域以減少摩擦、提高設(shè)備性能，再如汽車(chē)用陶瓷催化轉(zhuǎn)化器在減少汽車(chē)廢氣排放和空氣污染方面，起到了重要作用。因此，在需要耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和減輕質(zhì)量的情況下，陶瓷是材料，它具備了減少維護(hù)費(fèi)用、延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命、減少生產(chǎn)能耗、減少環(huán)境污染等一系列優(yōu)勢(shì)。然而，目前陶瓷與金屬相比使用范圍往往受到限制，主要原因是它具有相對(duì)較高的硬度和脆性，加工性能差，它在磨削過(guò)程中表面和亞表面區(qū)域內(nèi)易形成裂紋，從而影響了構(gòu)件的穩(wěn)定性。再如主軸軸承可采用陶瓷滾動(dòng)軸承，陶瓷球軸承具有重量輕、熱膨脹系數(shù)小、硬度高、耐高溫、高溫時(shí)尺寸穩(wěn)定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是制造難度大，成本高，對(duì)拉伸應(yīng)力和缺口應(yīng)力較敏感。