超高速磨削是当今先进制造领域最为引人关注的高效加工技术之一,超高速磨削机理的研究受到国内外学者的广泛关注和高度重视,是国内外磨削界的研究前沿和重点研究课题。超高速磨削在欧洲、日本和美国等发达国家发展很快,德国著名磨削专家T.Tawakoli博士将其誉为″现代磨削技术的最高峰″。我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将超高速加工列入国家重点支持的技术与产业领域。日本先端技术研究学会把超高速加工列为五大现代制造技术之一。国际生产工程研究学会(CIRP)将超高速磨削技术确定为面向21世纪的中心研究方向之一。
超高速磨削是磨削技术的革命性飞跃。超高速磨削突破了传统磨削的概念,不仅有高的金属磨除率,还能获得很好的工件表面粗糙度和精度,使磨削工艺扩大了使用范围,成为一种有能力和车削、铣削等加工方法相竞争的高效加工工艺。实验和科学研究证实:大幅度提高切削速度,就可以越过切削过程产生的高温死谷而使刀具在超高速区进行高速切削,从而大幅度减少切削工时,成倍地提高机床生产率。超高速磨削不仅对高塑性和难磨材料具有良好的磨削表现,而且能够高效率地对硬脆材料实现延性域磨削。
超高速磨削具有的特点为:
1)磨粒相对工件的速度已经接近于应力波在材料中的传播速度量级,使材料变形区域明显变小,消耗的切削能量更集中于磨屑的形成,磨削力和比磨削能小,工件变形小。因此,磨削深度一定时,可以使用更高的磨削工艺参数,金属磨除率高。
2)超高的磨削速度使单颗磨粒受力小,磨损少,砂轮寿命长。
3)磨削表面粗糙度值会随砂轮速度的提高而降低,磨削热量也主要集中在磨屑中而飞散,工件表面温度低,受力和受热变质层薄,表面加工质量高。
4)在超高速磨削条件下,变形区材料应变率高,相当于在高速绝热冲击条件下完成切削,使材料更易于磨除,并使难磨材料的磨削性能改善。可以对硬脆材料实现延性域磨削,同时也增加了韧性材料在弹性小变形阶段被去除的比率。
超高速磨削以极高的磨削效率、极大的砂轮磨削比和良好的加工表面完整性,与传统
平面磨床磨削方式形成了很大的差另q。传统的磨削加工余量是很小的、低效率的,是一种精密加工方法,往往作为机械加工的最后一道工序,以最终保证零件所要求的尺寸和形状精度以及零件的表面完整性。该种磨削方法虽然在达到的加工精度和表面粗糙度方面具有无可比拟的优势,但其金属磨除率z。(单位时间内磨除材料的体积,mm3/s)难以与其他切削抗衡。这是因为Z。等于磨屑平均断面积、磨屑平均长度和单位时间内的作用磨粒数(磨屑数)三者的乘积。普通磨削的金属比磨除率不足10mm3/(mm·s),与普通车削、铣削相去甚远。近年来,随着超高速磨削机理、金刚石砂轮和CBN砂轮、高速主轴系统、进给系统、磨削液、磨削自动化和智能化、磨削液注入系统和砂轮修整等相关新技术的应用,超高速磨削技术已成为集高新技术为一体的先进制造技术的重要组成部分。
高效磨削技术的应用已经向人们表明,磨削同样可以是一种高效的精密切削加工方法。根据美N(2000年机械加工技苓趋势》(机械加工技术协会的会员刊物)的分析,磨削加工位居最受欢迎的机械加工方式的第三位。在某些工序中,以磨代车、以磨代铣已经得到成功应用,在美国的一些汽车制造厂,磨床的数量占所有切削机床总量的28%以上。美国先进制造科技协会主席Stuart Salmon博士认为,磨削加工在很多领域内,不论从技术上或经济上,都可与切削加工相匹敌,在有些领域甚至是唯一的加工方法。