磨削技术发展及关键技术

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1、磨削技术的发展及关键技术周志雄，邓朝晖，陈根余，宓海青（湖南大学，长沙市，410082)1　磨削技术发展概述　　一般来讲，按砂轮线速度Vs的高低将磨削分为普通磨削(Vs＜45m/s)、高速磨削(45≤Vs＜150m/s)、超高速磨削(Vs≥150m/s)。按磨削精度将磨削分为普通磨削、精密磨削(加工精度1μm～0.1μm、表面粗糙度Ra0.2μm～0.1μm)、超精密磨削(加工精度＜0.1μm,表面粗糙度Ra≤0.025μm)。按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削。高效磨削包括高速磨削、超高速磨削、缓

2、进给磨削、高效深切磨削(HEDG)、砂带磨削、快速短行程磨削、高速重负荷磨削。　　高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快，如德国的Aachen大学、Bremm大学、美国的Connecticut大学等，有的在实验室完成了Vs为250m/s、350m/s、400m/s的实验。据报道，德国Aachen大学正在进行目标为500m/s的磨削实验研究。在实用磨削方面，日本已有Vs=200m/s的磨床在工业中应用。　　我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史，如湖南大学在70年代末期便进

3、行了80m/s、120m/s的磨削工艺实验；前几年，某大学也计划开展250m/s的磨削研究(但至今尚未见到这方面的报道)，所以说有些高速磨削技术还只是实验而已，尚未走出实验室，技术还远没有成熟，特别是超高速磨削的研究还开展得很少。在实际应用中，砂轮线速度Vs一般还是45～60m/s。　　国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。微细磨料磨削，用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均直径可小至4μm。日本用激光在研磨过的人造单晶金刚石

4、上切出大量等高性一致的微小切刃，对硬脆材料进行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨削难加工材料，精度可达0.025μm。日本开发了电解在线修整(ELID)超精密镜面磨削技术，使得用超细微(或超微粉)超硬磨料制造砂轮成为可能，可实现硬脆材料的高精度、高效率的超精密磨削。作平面研磨运动的双端面精密磨削技术，其加工精度、切除率都比研磨高得多，且可获得很高的平面度。电泳磨削技术也是一种新的超精密及纳米磨削技术。　　随着磨削技术的发展，磨床在加工机床中也占有相当大的比例。据1997年欧洲机

5、床展览会(EMO)的调查数据表明，25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占23%，钻削占22%，其它占8%；而磨床在企业中占机床的比例高达42%，车床占23%，铣床占22%，钻床占14%。我国从1949～1998年，开发生产的通用磨床有1800多种，专用磨床有几百种，磨床的拥有量占金属切削机床总拥有量的13%左右。可见，磨削技术及磨床在机械制造业中占有极其重要的位置。　　为什么磨削技术会不断地发展？主要原因如下：　　(1)加工精度高　由于磨削具有其它加工方法无法比拟的特点，如砂轮上参与

6、切削的磨粒多，切削刃多且几何形状不同；仅在较小的局部产生加工应力；磨具对断续切削、工件硬度的变化不很敏感；砂轮可实现在线修锐等，因而可使加工件获得很高的加工精度。　　(2)加工效率高　如缓进给深磨，一次磨削深度可达到0～25mm，如将砂轮修整成所需形状，一次便可磨出所需的工件形状。而当Vs进一步提高后，其加工效率则更高。　　(3)工程材料不断发展　许多材料(如陶瓷材料、玻璃材料等)在工业中的应用不断扩大，有些材料只能采用磨削加工，需要有新的磨削技术及磨削工艺与之相适应。　　(4)新的磨料磨具　如人造金刚

7、石砂轮、CBN砂轮的出现，扩大了磨削加工的应用范围。　　(5)相关技术的发展　如砂轮制造技术、控制技术、运动部件的驱动技术、支撑技术等，促进了磨削技术及磨削装备的发展。　　总之，磨削技术发展很快，在机械加工中起着非常重要的作用。目前，磨削技术的发展趋势是，发展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削工艺技术，研制高精度、高刚性的自动化磨床。2　磨削的关键技术研究　　就磨削而言，特别就高速高效磨削、精密及超精密磨削而言，其涉及的内容广泛，不仅包括磨削本身的技术，也集中了其它相关

8、的技术。关键技术介绍如下：2.1　磨削机理及磨削工艺的研究　　通过对磨削机理和磨削工艺的研究，揭示各种磨削过程、磨削现象的本质，找出其变化规律，例如，磨削力、磨削功率、磨削热及磨削温度的分布、切屑的形成过程、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素和条件；不同工件材料(特别是难加工材料和特殊功能材料)和磨削条件的最佳磨削参数；磨具的磨损，新型磨具材料的磨削性能等，只有通过磨削机理和磨削工艺的研究，才能确定最佳的磨削范围，获取最佳的磨削参数。