人们很早就重视提高砂轮圆周速度带来的效益，并在试验及研究的基础上迅速发展了高速磨削技术。 60年代初砂轮圆周速度由33m／s很高至45～63m／s，至70年代初又达到80～90 m／s。但由于工件受热变形和表面烧伤及砂轮强度、机床等方面因素限制，高速磨创技术曾一度 发展缓慢。自80年代末，特别是进入90年代以来，高速磨削技术再次引起广泛注意并发展到一 个新的阶段，即砂轮圆周速度在80～200m／s乃至更高的超高速磨削技术有了新的突破，并 已成为继缓进给深磨之后的又一磨创工艺新技术，被誉为“现代磨削技术的高峰”。它的发展和理 论研究的逐步深入与相关技术的逐步成熟密不可分。一、超高速磨削的优越性早在70年代末期进 行的用爆炸射击法实现的1200m／s的超高速切削试验，就揭示了材料在极高切削速度下切除 过程的一些重要现象，如塑性变形区变浅、残余应力及硬度变化减小等。这些对超高速磨削也有重 要启示，并且估计对塑性变形应力波传播速度约为slsm／s的钢铁材料而言，采用磨削速度为 1000m／s的超高速磨削会获得非凡的效益。受现有设备的限制，迄今最高实验磨削速度为4 00m／s，更多的是250m／s以下的超高速磨削研究和实用技术开发。尽管这样；也可以明 确肯定超高速磨削与以往的磨削技术相比有突出的优越性。l．大幅度提高磨削效率，减少设备使 用台数试验表明，200m／s超高速磨剧的金属切除率在磨削力不变的情况下比80m／s磨削 提高150％，而340m／s时比18Om／s对提高200％。尤其是采用超高速快进给的高 效深磨技术（国外称为High—efficiencyDeopGrinding，HEDG） ，金属切除率极高，可以由毛坯一次最终加工成形，磨创时间仅为粗加工（车、铣）时间的5～2 0％。超高速磨创参数和效率与其它磨削方法的对比见附表。2．磨削力小，零件加工精度高当潜 创效率相同时，200m／s时的磨创力仅为80m／s的50％。这一情况对于陶瓷材料磨削也 相同。3．获得低粗糙度表面在其它条件相同时，33m／s、100m／s和200m／s速度 下磨削表面粗糙度分别为Ra2．0、Raf．4、Raf．lpo。对高达1000m／s超高 速磨削的计算机模拟研究表明，当磨削速度由20m人提高至1000m／s时，表面Ra＿值降 低《倍。另外，在超高速条件下，获得的表面粗糙度数值较小，受切刃密度、进给速度及光磨次数 的影响。4．减少砂轮磨损，大幅度延长砂轮寿命，有助于实现磨创加工的自动化和无人化在磨削 力不变条件下，200m／s磨削砂轮寿命比80m／s提高1倍，而在磨创效率不变条件下可提 高7．8倍。砂轮使用寿命与磨创速度成对数关系增长。使用金刚石砂轮磨削氯化硅陶瓷时，磨削 速度由30m／s提高至160m／s，砂轮摩创比由900提高至5100。5．改善表面工件 完整性（见图1）超高速磨剂可以超过容易产生磨削烧伤的区域（热狗），采用大磨削用量而不烧 伤工件。这就为快进给深磨开辟了广阔的前景，使这一高效工艺得以实用化．从而实现以磨创代替 切削，就给机械加工工艺带来了新的变革。图IHEDG的工艺参数范围二、超高速磨削的相关技 术图2列出实现超高速磨削所需的各项相关技术。图2对于超高速磨床，主要是大功率超高速主轴 系统和机床的高抗根性。主轴轴承主要是采用滚动轴承，尤其以明瓷混合轴承为佳，而液体动静压 轴承一方面功率不够，另一方面在无负载时动力损失太大而较少采用。唐削液使用润滑性能很好的 非水溶性油剂，在密闭的磨创区域使用两套液流喷射系统以高压冲破包覆在高速回转砂轮之外的强 劲气流实现可靠冷却和对砂轮表面的冲洗，同时又使主轴空载功率损失不致太大。在封闭罩内因高 速磨创造成的大量抽震要及时抽出并使用静电油气分离器加以高效分离。携有大量极细磨屑的磨削 油要经过可靠过滤和冷却，可使用局强制过滤的离心过滤和硅藻土过滤系统（见图3）。臼3健粪 土过他系统1．机床2．机床供出家3．过地打环4一至四股俪环5．廖恻废液追回已过门采7． 取加过问助剂已淤红城水9．真空空三、越高速磨削用砂轮边高速砂轮可以使用氧化铝、碳化硅、 CBN和金刚石＠料。对用铁材料工件，CBN唐料因其磨损极小和非常外锐而被认为是可以制成 “半永久到”目具的理想回科。超高速砂轮可以是陶瓷、树脂或金属结合剂的。90年代，陶瓷或 树脂结合剂AI刃。或SIC或CBN磨料的砂轮使用速度可达125m／s，板硬的CBN或金 刚石砂轮使用速度可达150m／s，而单层电镀CBN砂轮的使用速度可达250m／s，甚至 更高。为满足超高速回转的强度要求，单层电镀CBN砂轮需要有高强度的合金钢基体。日本的N oritake公司还开发出一种称为CFRP的碳纤维复合材料作基体。由于CFRP的密度仅 为钢的1／5，砂轮重量轻，主轴负荷小，高速回转时变形小，它的比弹性（弹性模量／密度）为 钢的2．1倍，而热膨胀系数仅为钢的1／12，当高速回转时因空气摩擦发热引起的热膨胀小， 可以实现更高精度加工。这种砂轮对一般型磨床，其破裂速度和使用速度的比为2，出厂时作1． 5倍回转试验；而对封闭型磨床，速度比为1．32，作1．1倍回转试验。另外也有使用铝合金 作砂轮基体的。美国G．E．公司超硬磨料厂提供三种运会超高速磨削的＊＊N磨料；磨创力较小 时用的＊BNI型、磨削力大的CBN500型及适于极高效率磨削用的CBN570型。常用粒 度为60～80“。通常CBN磨料还要进行表面处理，如进行格化学蒸镇。不需修整的单层电镀 CBN砂轮的形状精度和切刃等高性至关重要，目前正在进行研究。电镀结合剂一般仅以机械包覆 的形式把持磨粒，所以镀层厚度要达到磨粒粒径的60％以上，造成表面容屑空间少、磨粒利用率 低的缺点。利用焊接单层磨粒，可以获得较高的磨粒突出高度。近来美国Norton公司又研究 出一种借助化学粘结力把持磨粒的方法，可使唐粒突出80％的高度而不脱落，其结合剂抗拉强度 超过1553N／mm’（电镀镍基结合剂为345～449N／mm2）。对用碳纤维强化树脂 作基体的超高速砂轮，基体与CBN磨料层之间还有一层氧化铝系陶瓷材料，其上为smm厚的树 脂结合剂CBN磨料层。使用中需要进行修整，通常使用电镀杯形金刚石修整器。op、超高速磨 创工艺的实际应用超高速磨创技术最先在植国发展，现在欧洲、美国和日本也大力开发。其中德国 GuehrinsAnt。ationGmbh较为著名。该公司10年前即夫先推出超高速磨床 ，并曾为阿事大学开展500m／s磨剂研究制造了设各。在FD613闻征造平面后床上四削定 1～10mm、深30mm的转于槽时，送给速度可达300Omm／min（CBN砂轮，15 0m／s）。在RB625超高速外四日床上由毛坯直接后成曲轴，每分钟可回除Zkg金属（C BN砂轮，120～160m／8）。其NU534、535、535R。635到沟槽磨床使用 陶瓷结合剂CBN砂轮，125m／8，一次快送给磨出中20mtn钻头沟槽，切除率达500 mm‘／（mm·s）。轴齿轮齿们、扳手开口槽、蜗杆螺旋齿槽等的高效一次后出也是Gueh ring超高速磨床的主要工艺应用。另外，Schaudt公司上app公司、studer公 司等也已推出各自的超高速磨床。SoasMacNineryNaxosUnion等企业在超 高速磨削方面也卓有建树，反映出欧洲超高速磨创技术实用化的领先地位。美国EdgetekM achineCorp去年首次推出超高速磨床（单层CBN砂轮，203m／s），用以加工淬 硬的锯齿等可以达到很高的金属切除率。日本三菱重工（CA32－U50A型CNC超高速磨床 ，CBN砂轮，200m／s）、丰田工机（GZ50型CNC超高速外圆磨床，CBN砂轮，2 00m／s），冈本机床制作所等多家企业也急起直追，并推出CNC超高速磨床，已在日产等大 企业销售使用，加工的工件主要是曲轴等回转体零件。另外还在探索对工程陶瓷和光学玻璃的加工 应用。综上所述表明，超高速唐削技术正为世界工业发达国家所重视，并已开始进入实用化阶段。 随合起高速港创技术的进一步成熟，必将大部分地取代现有高速磨削、缓进给深磨等获得广泛应用 。为推动这一进程，有关超高速磨削及相关技术的科学研究也成为唐削领域前沿，并引起广泛关注 。东北大学也在国家自然科学基金资助下开始了该项研究，并正在逐步取得成果。超高速磨削工艺 技术@蔡光起$沈阳东北大学机械工程学院!110006@宋贵亮$沈阳东北大学机械工程学院 !110006@刘文治$沈阳东北大学机械工程学院!110006较小时用的＊BNI型、磨 削力大的CBN500型及适于极高效率磨削用的CBN570型。常用粒度为60～80“。通 常CBN磨料还要进行表面处理，如进行格化学蒸镇。不需修整的单层电镀CBN砂轮的形状精度 和切刃等高性至关重要，目前正在进行研究。电镀结合剂一般仅以机械包覆的形式把持磨粒，所以 镀层厚度要达到磨粒粒径的60％以上，造成表面容屑空间少、磨粒利用率低的缺点。利用焊接单 层磨粒，可以获得较高的磨粒突出高度。近来美国Norton公司又研究出一种借助化学粘结力 把持磨粒的方法，可使唐粒突出80％的高度而不脱落，其结合剂抗拉强度超过1553N／mm ’（电镀镍基结合剂为345～449N／mm2）。对用碳纤维强化树脂作基体的超高速砂轮， 基体与CBN磨料层之间还有一层氧化铝系陶瓷材料，其上为smm厚的树脂结合剂CBN磨料层 。使用中需要进行修整，通常使用电镀杯形金刚石修整器。op、超高速磨创工艺的实际应用超高速磨创技术最先在植国发展，现在欧洲、美国和日本也大力开发。其中德国GuehrinsAnt。ationGmbh较为著名。该公司10年前即夫先推出超高速磨床，并曾为阿事大学开展500m／s磨剂研究制造了设各。在FD613闻征造平面后床上四削定1～10mm、深30
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