超高速平面磨削快速点磨机理
使用CBN磨料模具的超高速平面磨削技术是先进制造的前沿技术，快速点平面磨削则是超高速
①难加工材料的快速点平面磨削性能分析 在超高速外圆平面磨削加工中，接触层材料的变形式中，l为平面磨削区动态弧长；u为实际速度；ap为平面磨削深度；ds和us分别为砂轮直径和砂轮线速度；dw和uw分别为工件直径和工件速度；逆磨时取正号；顺磨时取负号。度和轴向进给量极小(平面磨削深度一般为0.02~0.2vm)，单颗磨粒的平面磨削厚度及接触弧长更小。考虑速度的合成，实际平面磨削速度可高达200~250 m/s，因此磨粒和平面磨削层材料碰撞的特征时间更短，一般为10-6~10-5S。平面磨削区接触层某点的应变率可表示成该点应变e对时间t的导数。由于点平面磨削接触弧长极小，接触层平均应变率等于平面磨削速度除以结构的变形区
根据式(17)，接触区平均应变率可高于105s。如果忽略接触弧的曲率效应而仅考虑磨粒与材料碰撞点附近的局部变形区域，则磨粒与平面磨削层的作用特征时间更为短暂，应变率可高达107~108S-1根据表，超高速平面磨削过程已属冲击或超速冲击载荷的力学行为，
表 载荷性质划分
特征时间/s | 104~106 | 100~102 | 10~2 | 10-5~10-3 | 10-8~10-6 |
应变率/s-1 载荷性质 | 10-9~10-5 蠕变 | 10-4~10-1 准静态 | 10-1~100 动态 | 10-2~10-4 冲击 | 10-4~10-8 超速冲击 |
一些高性能硬脆材料在工程中的应用日趋广泛，但改善这类材料的机械tn-r性能始终是一项技术难题。研究结果表明，脆性材料在超高速平面磨削条件下可以实现延性域平面磨削。由于快速点平面磨削过程中材料极高的应变率，材料变形层将产生高度局部化的绝热剪切和动态微损伤。应变率弱化效应对平面磨削过程，特别是对平面磨削力及材料去除机理的影响会更为显著，脆性材料不再完全以脆性断裂的形式产生磨屑，因此可实现对硬脆性材料的“延性”加工，从而大大提高硬脆性材料的平面磨削质量和加工效率。此外，由于金属活性高、热导率低等因素影响，镍基耐热合金、钛合金和铝合金等一些难磨材料在普通平面磨削条件下平面磨削加工性很差。快速点平面磨削的磨屑行程时间极短，磨屑变形速度已接近静态塑性变形应力波的传播速度。由于塑性变形的滞后而使犁耕变形减小，材料变形区动态微损伤密度增加，这相当于材料塑性降低，磨屑在弹性状态下去除，从而可实现延性材料的“脆性”加工，并可减小加工硬化倾向，降低表面粗糙度值和残余应力。根据波动方程，材料静态应力波速度可表示为材料密度；材料变形层应力；材料变形层应变。
根据纯铝材料在静态条件下应力和应变关系曲线，由式(18)可求得纯铝材料的静态塑性应力波速约为200m/s。图16和图17分别为超高速平面磨削纯铝的试验结果。当平面磨削速度超过200m/s时，表面硬化程度和表面粗糙程度值开始减小，工件表面完整性得到改善，因此加载速度提高使得塑性应变点后移，增大了材料在弹性小变形阶段被去除的概率，从而在一定程度上实现了塑性材料的“脆性”加工。因此，塑性材料静态应力波速是实现“脆性”加工的临界点。快速点平面磨削可以实现更高的平面磨削工艺参数，对高韧性难磨材料也可获得良好的平面磨削加工性能。
图 16平面磨削表面硬度
图17平面磨削表面粗糙度
基于以上分析，通过优化平面磨削工艺参数，快速点平面磨削可实现对脆性和韧性难磨材料的高质量平面磨削加工，因此应开展采用快速点平面磨削工艺平面磨削这类难加工材料的理论和试验研究，发挥其技术特点，加大快速点平面磨削加工材料的范围。
②复杂回转表面点平面磨削加工 快速点平面磨削目前主要用于轴类零件圆柱表面及沟槽的平面磨削加工。如一汽大众汽车有限公司采用快速点平面磨削工艺平面磨削EAll3五气门系列发动机凸轮轴轴颈，大大提高了生产率及加工质量，效益显著。在大批量生产中，复杂回转曲面精密加工的主要方法是砂轮成形平面磨削，但对砂轮形状精度要求较高，平面磨削发热量大，加工质量不够稳定，砂轮修整过程复杂，工艺成本较高。根据超高速点平面磨削的技术特点，通过合理控制超薄砂轮轴线相对于工件轴线在水平方向的点平面磨削质量角度卢，结合X、y轴的CNC联动，利用超薄砂轮能够进入普通砂轮所不能进入的平面磨削区，可以实现这类复杂回转曲面零件的点平面磨削加工(图18)，从而简化这类零件的加工工艺，取得良好的经济效益。因此，需要进一步开发在这一领域点平面磨削工艺，充分发挥快速点平面磨削技术性能，扩大快速点平面磨削加工几何形面的适用范围。
③砂轮磨损机制 快速点平面磨削砂轮直径一般为350~400mm，金属基体周边径向磨料层厚度以及砂轮宽度仅有4~6mm。平面磨削外圆表面时，由于点平面磨削变量角的存在，根据平面磨削几何学关系，砂轮与工件母线理论上为点接触，接触区主要分布在靠近砂轮边缘并与砂轮侧边相重合的近似半椭圆区域。由于形成“后角”，材料的去除主要由砂轮的侧边完成，砂轮周边仅起类似车刀副切削刃的光磨作用。由于平面磨削区不同半径处砂轮侧边线速度、接触弧长和单颗粒平面磨削厚度不同(图19)，因此砂轮沿横向的磨损表现及砂轮修整方法与常规平面磨削存在一定区别。
根据对我国汽车制造企业应用快速点平面磨削工艺现状的调查结果，由于缺乏对超薄超硬磨料砂轮在快速点平面磨削条件下磨损机理的认识，砂轮的修整都是根据规定的加工工件数量并按一定的生产周期进行，因此存在因砂轮修整过早而使超硬磨料损耗严重、超薄砂轮寿命降低或因修整过晚而影响加工质量的现象。这是快速点平面磨削工艺目前存在的一项技术难题。与普通外圆平面磨削不同，砂轮主要是沿侧边磨损。为减小超硬磨料消耗，保证加工精度及工件尺寸的一致性，应进行合理有效的砂轮修整。因此，需要研究和建立相应的砂轮磨损模型及砂轮侧边损量对平面磨削性能的影响规律，科学地评价砂轮磨损状态与磨钝标准，并以此为基础研究 CBN点平面磨削超薄砂轮的修整理论和技术方法。
