机械制造中的超高速磨削技术探析

王敬

摘 要：普通磨削加工砂轮的线速度在45m/s以上，由于较好的磨削效果得到了广泛的应用。作为一种砂轮线速度超过150m/s的磨削技术，超高速磨削技术虽然绝大多数的加工操作中都不采用，只有少量的工件使用该技术，但是由于其独特的性能，其已经受到了广泛的重视。西方发达国家在超高速磨削技术方面已经走在了我们的前面，将超高速磨削技术应用到实际的工作中，我国在该领域处于初级阶段，只有通过我们不断地努力学习和研究，才能够加速超高速磨削技术在实际中的应用。

关键词：超高速磨削；机械制造；发展；现状；应用

1 前言

根据当前我国超高速磨削技术应用的实际情况，考虑多年来机械制造行业的工作经验，先对磨削技术的发展历程和现状进行探讨，继而对超高速磨削技术的应用进行详细的论述，希望可以让大家更清楚地认识到超高速磨削技术在机械制造领域中的应用前景。

2 磨削技术的发展历程及现状分析

由于工件加工的需要，磨削技术早已得到使用，世界各地的人们都在应用该技术，但是在进入20世纪后，人们不断追求更快的加工效率，所以超高速磨削技术应运而生，但是这种技术也存在一定弊端，就是由于速度过快，大量的摩擦热量会导致砂轮及工件的外层受到破坏，反而降低了磨削效率。

因此，大量的科学家对此问题进行了深入的研究，德国科学家Carl. J. Salomon就提出了一个关于磨削速度和磨削温度之间关系的设想，假设在高速磨削区存在一个区域，将其命名为“高热区”。在这一区域的初始阶段，磨削温度会随着磨削速度的不断增加而增大，但是在磨削温度升到最高时，反而会随着磨削速度的加快不断降低磨削温度。若超出该区域磨削温度会继续随着磨削速度的增加而减小。

我国的磨削技术的研究工作不仅起步时间晚，起点也较发达国家低很多，从上世纪七十年代开始才有一些机构（例如：第一砂轮厂、第一汽车制造厂等）开始进行磨削实验。在随后的四十多年中，我国正在逐渐缩小与西方发达国家之间的技术差距，目前东北大学的200m/s的超高速磨床就是其中的代表，代表了我国超高速磨削技术研究工作所取得的成绩。

3 超高速磨削技术的应用

3.1 高效深磨技术

高效深磨技术可以大幅度提高磨削工作的效率，所以近年来，高效深磨技术得到了长足的发展，现已成为了一种集大切深、砂轮转速快及紧急速度高等多种优秀属性于一体的磨削技术。较传统的磨削技术而言，高效深磨技术在保证相同表层粗糙度的同时可以大幅提高材料磨削率。这是一种集缓进给技术及超高速磨削技术于一体的新型磨削技术，其与传统的磨削技术有着本质上的区别。高效深磨技术可以通过其特有的磨削方式来达到机械精加工的目的，通过这一过程来达到与传统磨削技术相比更高的工件磨除率以及相同的表面质量。

通常情况下，我们将高效深磨技术的磨削速度控制在60～250m/s这一范围内。如果使用陶瓷结构的砂轮，在磨削速度达到120m/s的情况下，高效深磨技术的磨除率可以达到车削和铣削的5～20倍，可以达到常规磨削技术的100～1000倍。假设采用CBN砂轮，相同的速度下，还会获得更好的磨除率。

3.2 超高速的精密磨削技术的应用

经过论证，降低工件的表面塑性变形以及凸峰的大小可以通过增加砂轮的运转速度来实现，还可以降低磨削产生的表层粗糙程度。在日本，超高速精密磨削技术被广泛应用，但是日本加强对超高速磨削技术的研究及使用，最终追求的不是机械磨削的效率，而是为了增加磨削的工件表面质量和磨削精度。如日本的丰田工件使用CNC超高速磨床时，配备了最先进的轴承，用200m/s转速的薄片砂轮来对零件进行纵磨，以达到对全部工件柔性加工的目的。

超高速的精密磨削技术通常使用修整精密的精细磨具，在洁净的环境中采用超高速的精密磨床，使用亚米级之下的切深获取亚米级的精度尺寸。精细磨削的主要方式是利用微细磨料加工磨具。超精密的镜面磨削结合剂砂轮才采用的是平均粒径低于4纳米的金刚石磨粒。金刚石砂轮的磨削和光整过程都是在相同的装置里完成，这一技术可以使硅片的平面度小于0.2～0.3纳米，而表面粗糙程度小于1纳米，可获得较高水平的工件表面质量。

3.3 具有绿色特性的高速磨削

超高速磨削技术的绿色特性明显，这一特色的成因在于：第一，超高速磨削技术可以有效缩短机械加工的工时，降低能耗；第二，这一技术可以提高工件的表面质量，降低砂轮的损耗程度、延长使用寿命，降低生产成本，从而合理有效地利用资源；第三，由于超高速磨削技术拥有较高的加工效率，减少了人员、设备、加工工序等方面的投入和损耗，实现加工工艺的绿色性；第四，超高速磨削技术产生的70%的热能被磨屑带走，因此工件的表层温度得以降低，磨削液的壓力和流量减少，冷却液的使用量相应降低，减少了对能量的需求，最终，也减少了污染。

4 结论

综上所述，我们通过对磨削技术的发展历程、现状以及超高速磨削技术应用的分析，发现超高速磨削技术不仅会提高表面质量，还在保证工件质量的同时提高了磨削效率。所以这种先进的机械加工技术未来必会有着广阔的发展前景，但是现阶段我国的超高速磨削技术与发达国家之间还有着不小的差距，我们要正确认识自身水平，通过不断地学习、研究来迎头赶上，为我国高速磨削技术的发展增添新的动力，继而达到促进机械制造行业发展的目的。

参考文献：

[1] 王寅刚.超高速磨削加工技术应用现状分析[J].科学与财富，2011（8）.

[2] 郭英.浅析超高速磨削技术的发展趋势[J].航空精密制造技术，2007（6）.