超高速磨削技术在机械制造中的应用探析

朱钰

摘要：文章通过对超高速磨削技术的发展以及其应用的优势进行分析，阐述了超高速磨削机理及工艺，最后讨论了高速磨削技术在机械制造中的应用，希望为我国超高速磨削技术的研究提供丰富的理论基础。

关键词：磨削技术;机械制造;超高速

0  引言

超高速磨削技术在机械制造的过程中对于粗加工和精细加工都有着很高的适用性，是现代磨削技术中非常常用的技术。在一些发达国家超高速磨削技术也被非常广泛的应用在机械制造领域，用来加工难磨材料、高精度材料等。但现阶段我国的超高速磨削技术由于起步较晚，各项技术的发展还有很大的进步空间。因此，有必要对我国超高速磨削技术的应用和其存在的问题进行深入研究和探索，使我国的超高速磨削技术更加完善，水平进一步提升，将其更好地应用于机械制造领域。

1  超高速磨削技术的发展

在20世纪之前，传统的制造业当中应用的都是较为古老的低速磨削技术，这种技术只可以应用于普通的零件加工，且工作效率较低。进入20世纪之后，随着工业革命中各项技术的不断发展，逐渐开始通过对磨削砂轮转速进行提高，而尝试应用高速磨削技术。然而这一时期的高速磨削技术存在许多问题，一方面过高的速度会使砂轮在运转过程中产生大量热度，加剧砂轮的磨损。另一方面，过高的温度也会对加工的零件带来损伤，这些问题都对超高速磨削技术的发展带来了阻碍。[1]我国接触超高速磨削技术较晚，在20世纪70年代才进行了第一次高速磨削实验。而后在2000年，湖南大學在中国数控机床展览会上，向业界展示了120m/s的轮轴磨床，标志着我国超高速磨削技术有了新突破。此后随着各项信息技术和智能手段的应用，我国的超高速磨削技术在近20年进入了飞速发展期。

2  超高速磨削技术的应用优势

2.1 部件精度的提高

由于超高速磨削技术中磨削区域的磨削状态在达到高转速的过程中，会由固态转化为液态，这种冲击呈现的原理可以在零件加工过程中，使接触到零件的磨削力度降低，不对精细化零件造成损伤。因此，在机械制造中对零件进行加工的过程中，通过运用超高速磨削技术，可以很好的控制磨削的力度和需要磨削的厚度，非常适合用于精细化程度很高的零件的加工，可以在很大程度上提高所制造的零件的精度。

2.2 部件光洁度的增加

在进行制造部件加工的过程中，超高速磨削技术不但耗时较短，能为加工过程创造一个稳定良好的作业环境。且由于超高速磨削技术在磨削过程中磨削速度非常快，在高温中的液态磨削对精密部件的表面磨损程度很小，极大的降低了表面的粗糙程度，使加工出来的精细化部件表面光洁，降低表面摩擦力。

2.3 砂轮耐用程度的提高

随着超高速磨削技术的不断发展，在对其的应用过程中，工程师们通过对磨削期中砂轮材质不断进行实验和挑选，对整个机器速度和性能不断提升。超高速磨削技术借助飞快磨削的性能，使砂轮的磨粒在单位时间内承担的负荷大幅减小，打破了磨削砂轮在磨削工作中的时间限制。不会再出现初期的由于转速较高而产生砂轮过热的现象，在一定程度上提高了砂轮的耐用程度。

2.4 加工制造效率获得提升

超高速磨削技术最突出的优点就是它的应用使传统的磨削技术在速度上有了极大的提升。随着速度的提升，磨削机器在同一时间内可操作的零件数量也就相应增多，且随着智能数控化技术的发展，超高速磨削可以进行自动化作业，一方面极大的节省了人力资源，节省了生产成本。另一方面，短时高效的磨削方式有效的缩短了工作时间，使得机械制造的效率大幅上升。

3  超高速磨削机理及工艺

3.1 超高速磨削砂轮技术

超高速磨削技术当中，最主要的部分就是磨削砂轮，好的磨削砂轮具有极强的耐磨性和抗裂性，砂轮本身的刚度和导热性良好，在磨削过程中平衡度和精度较高，能承受住超高的转速和作业过程中的切削力，不会在高速磨削时由于巨大的离心力造成砂轮自身碎裂。首先在超高速磨削技术当中，对砂轮材质的选择方面，要选择刚玉、金刚石、碳化硅等本身材质坚硬耐磨的材料。[2]在后期制作粘合的过程中，对刚玉碳化硅等材料的粘合，可以使用金属粘合剂、树脂等。在电镀方式上一般采用单层电镀，以此来确保砂轮的粘合强度高，且可以塑造出复杂精细的砂轮形状，做成的砂轮使用寿命也比较高。其次，在砂轮与磨削主轴连接方面，也要充分考虑连接方式，要进一步开发精度更高，高度更高，平衡性更好的连接方式，才能确保磨削砂轮在使用过程中的耐用性。砂轮磨粒的分布空间设置也是一项非常重要的技术，要确保砂轮磨粒的分布科学合理，才能在一些高效率高质量的零件磨削中保持砂轮的锋利程度。

3.2 超高速磨床主轴及其轴承技术

超高速磨削技术的另一个关注点是主轴单元的性能，要实现超高速的磨削技术，就要采用功耗较低、稳定性好且回转精度高的主轴，在主轴材料的选择上也要刚度足够，热稳定性能好，这样主轴的使用寿命才能更长。现阶段超高速磨削技术主轴一般为磁浮轴承，这种轴承在磨削过程中高度和所承受的负荷有限，磨削过程不能达到最佳状态。主轴的轴承部分的材料选择最好为陶瓷材质，陶瓷材质的轴承重量较轻、在作业过程中耐高温、耐腐蚀、不宜膨胀，是超高速磨削技术轴承的最佳选择。

3.3 磨削液及其供给技术

在对零件进行磨削的过程中，磨削砂轮和零件之间需要磨削液作为润滑介质，减少高速磨削产生大量热量带来的影响。现阶段广泛应用的磨削液有以润滑效果较好的油基为主的磨削液，和以冷却效果较好的水基为主的磨削液。首先，在应用磨削液时要采取适当的注入方法，缓解由于高速磨削过程中气流屏障阻碍磨削液有效应用而产生的薄膜沸腾的情况。对磨削液的注入方式有很多种，可以进行手工浇注，也可以进行高压喷射等方法，但在应用过程中都要确保磨削液的喷注压力够强，能有效进入到所需要的磨削区。只有这样才能达到很好的冷却与润滑效果，保护磨削砂轮，提高磨削质量。另外由于超高速的磨削作业中，对磨削液进行多次利用后，会产生大量残留，这会给机器的质量和机床系统带来不良影响。因此对磨削液的过滤系统的建设也是十分重要的，要在磨削过程中把磨削区完全封闭起来，利用离心力、静电吸附的方式及时对残留的磨削液进行清理。

3.4 磨削状态检测及数控技术

在超高速磨削技术的应用中，由于砂轮高速转动带来的高温和强压容易造成砂轮的破损，如果不及时处理会引发更大的事故。因此在超高速磨削作业当中，对沙轮状态的监测也是非常重要的。目前，最常用到的是声发射技术，这种技术通过监测磨削过程中，砂轮产生的各种声发射源，例如砂轮与零件表面弹性接触产生的声音、砂輪连接即破裂的声音等各种声发射信号的探测。[3]可以对超高速磨削过程中，砂轮表面是否破裂和烧伤以及砂轮的磨损程度进行判断，并且在实践过程中取得了良好的效果。

4  超高速磨削技术在机械制造中的应用

4.1 超高速磨削的深磨技术应用

目前在机械制造中，对超高速磨削技术当中的深磨技术的应用非常广泛，深膜技术对磨削砂轮的转速和材质要求非常高。首先深磨技术的砂轮材料必须为成本较为昂贵的陶瓷。其次，在速度的控制方面，砂轮的转速必须达到120m/s，这比普通的磨削技术速度要快几百倍甚至上千倍。它通过对零件超高速的磨削，可以对零件的尺寸精度、形状精度等进行非常精准的塑造。且在此过程中不会给精密零件带来任何损坏，也能更好的保证零件经过磨削之后表面更加光滑，对提高机械制造中零件磨削的效率和质量是非常有效的。

4.2 超高速磨削的精密磨削技术的应用

通过在机械制造中运用超高速磨削技术的精密磨削技术，可以对所加工的零件质量进行很好的控制。在一些零件精度要求较高的机械制造行业中，精密磨削技术通过提高磨削砂轮的运行速度，达到对零件进行精密塑造的目的。超高速精密磨削技术采用的磨削砂轮材质一般为硬度较高的金刚石，金刚石材质的砂轮在进行一些较细磨料的磨削过程中。通过将金刚石硅片的平面度控制在0.2-0.3纳米之间，对较细磨料进行表面粗糙度磨平，这种精细磨削可以有效的保证被加工的零件有精准的尺寸和很高的质量。[4]

4.3 超高速磨削对难磨材料的应用

难磨材料是由于材料本身硬度较高，导热系数低，会对磨削技术当中的砂轮产生破坏，导热系数低导致无法产生大量热量进行零件的磨削。由于在机械制造中对一些比较难磨的材料进行高速磨削技术的应用时，非常高的转速，会产生极高的温度。而如果通过多次添加磨削液来降低磨削过程中产生的温度，又会使磨削过程的黏度和韧性增加，导致零件加工过程变得更加困难，进而造成零件变形的情况。因此将超高速磨削技术应用到这些难磨材料当中，由于超高速磨削技术可以在飞速的磨削过程中形成流动磨削，对一些钛合金、高温合金等的加工能产生很好的效果。

4.4 超高速磨削的先进技术应用

现阶段随着各种科学技术的不断应用与发展，超高速磨削技术在机械制造中也引进了许多高科技技术，以此来有效的将生产成本降到最低。首先，现阶段的磨削技术的发展更加注重环保化的意识，无论是在磨屑的处理上，还是在磨削技术应用的耗能问题上，都从绿色发展出发，引进新能源技术，降低能源消耗。其次，在机械制造中，超高速磨削技术通过与数控机床技术的有效结合，着力开发智能化全自动的作业体系，并且利用智能化监测系统整个作业过程进行安全监测，极大的提高了高速磨削技术的生产安全系数。保障了操作人员的人身安全，大幅降低了材料和人力等方面的消耗，进一步促进了超高速磨削技术的完善和机械制造行业的发展。

5  结束语

综上所述，现阶段超高速磨削技术在我国机械制造行业中的应用是非常广泛的，对它的应用可以极大的提升制造业的工作效率和所生产的零件的精度和质量。然而虽然我国对超高速磨削技术越来越重视，但我国与国外发展相比，还有一定的差距。因此，在对超高速磨削技术进行发展的过程中，我们要着重创新新技术、更多的引进国外先进理念、大力培养研发人员，不断推进我国超高速磨削技术的研究与应用，使超高速磨削技术在我国机械制造业中发挥更大的作用。

参考文献：

[1]王敬.机械制造中的超高速磨削技术探析[J].装饰装修天地，2018（21）：374.

[2]于琦.解读机械制造中的超高速磨削技术[J].速读（下旬），2018（4）：279.

[3]冯克明，赵金坠.先进磨削技术应用现状与展望[J].轴承，2020（4）：60-67.

[4]彭慧毅，罗沿进.超高速磨削技术在机械制造领域中的运用[J].科技风，2019（17）：178.

[5]邓先智.机械制造质量分析和控制新方法关键探索[J].现代制造技术与装备，2019（02）：179-180.

[6]朱庆凯.机械设计与机械制造的技术分析思考[J].中国设备工程，2019（14）：137-138.

[7]秦诗凡，向珊，鲁攀，张霞.不锈钢材料氮化层表面磨削技术研究[J].航空精密制造技术，2020，56（02）：11-13.

[8]冯克明，赵金坠.先进磨削技术应用现状与展望[J].轴承，2020（04）：60-67.