超高速磨削的发展及关键技术（一）

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　　超高速磨削通常指砂轮速度大于150m/s的磨削。超高速磨削在欧洲、日本和美国等发达国家发展很快，被誉为“现代磨削技术的最高峰”。国际生产工程学会(CIRP)将其确定为面向21世纪的中心研究方向，并进行了一些著名的合作研究。超高速磨削可以对硬脆材料实现延性域磨削加工，对高塑性等难磨材料也有良好的磨削表现。与普通磨削相比，超高速磨削显示出极大的优越性：
　　大幅度提高磨削效率，减少设备使用台数。如采用电镀CBN砂轮以123m/s的高速磨削割草机曲轴，原来需要6个车削和3个磨削工序，现在只需要3个磨削工序，生产时间减少65%，每小时可以加工180件。再如人们以125m/s的速度应用普通砂轮高效磨削淬硬低碳钢42CrMo4，切除率达167mm3/mms，比缓进给磨削大11倍。
5 Z: ?2 F% v5 Z- ^　　磨削力小，零件加工精度高。速度360m/s以下的试验表明，在一个较窄的速度范围(180-200 m/s)内，摩擦状态由固态向液态急剧变化，并伴随着磨削力的急剧下降。笔者在单颗磨粒高速磨削45钢和20Cr钢试验中发现，摩擦系数在临界速度以下，随速度的增大而大幅度减少；超过临界速度后，摩擦系数却随速度的增大而略有增加。降低加工工件表面粗糙度。在其它条件相同时，33m/s，100m/s，和200m/s的速度磨削时，表面粗糙度值分别为Ra2.0，Ra1.4和Ra1.1µm。
　　砂轮寿命延长。在金属切除率相同的条件下，砂轮速度由80m/s提高到200m/s，砂轮寿命提高8.5倍。在200m/s的速度磨削时，以2.5倍于80m/s时的磨除率，寿命仍然提高1倍。
) g3 X2 b% V% q2 \　　1超高速磨削的发展
　　欧洲
+ b6 R9 s( S: u6 O* l* q$ m( ~　　欧洲，高速磨削技术的发展起步早。最初高速磨削基础研究是在60年代末期，实验室磨削速度已达210-230m/s。70年代末期，高速磨削采用CBN砂轮。意大利的法米尔(Famir)公司在1973年9月西德汉诺威国际机床展览会上，展出了砂轮圆周速度120m/s的RFT-C120/50R型磨轴承内套圈外沟的高速适用化磨床。90年代初，已经实现了最高速度350m/s的磨削实验。目前，实际应用中，高速磨削和精密磨削最大磨削速度在200-250 m/s之间。
" I, n& T/ c% X5 z* }0 `　　德国的Guhring Automation公司1983年制造了功率60kW，转速10000r/min，砂轮直径400mm的强力磨床。阿亨工业大学的目标为500m/s的超高速磨床也是该公司制造的。德国CBN砂轮高速磨削的应用，一个典型的例子是加工齿轮轮齿，在155m/s的速度下，以811mm3/mms的切除率，实现了对16MCr5钢齿轮的高效加工。另一个例子是，采用电镀CBN砂轮，在300m/s的速度下，以140mm3/mms的切除率，实现了对100Cr6高硬度(60HRC)滚动轴承钢水泵回转轮窄槽的高效加工。瑞士Studer公司也曾用改装的S45型外圆磨床进行280m/s的磨削试验。瑞士S40高速CBN砂轮磨床，在125m/s时，高速磨削性能发挥最为充分，在500m/s也照常工作。此外Kapp公司，Schandt公司、Naxa Union公司、Song Machinery公司等也相继推出了各类高速磨床。
: w4 {' [$ f* m　　美国
& v) |; D  @, Z4 |% H  B$ g4 b　　1970年美国的本迪克斯公司曾生产了91m/s切入式高速磨床。1993年，美国的Edgetek Machine公司首次推出的超高速磨床，采用单层CBN砂轮，圆周速度达到了203m/s、用以加工淬硬的锯齿等可以达到很高的金属切除率。美国Connectient大学磨削研究与发展中心的无心外圆磨床，最高磨削速度250m/s，主轴功率30kW，修整盘转速12000r/min，砂轮自动平衡，自动上料。
3 D8 q6 Y3 C' Z  M6 E4 s2 x. ]　　目前美国的高效磨削磨床很普遍，主要是应用CBN砂轮。可实现以160m/s的速度75mm3/mms的切除率，对高温合金Inconel718进行高效磨削，加工后达Ra1～2µm，尺寸公差±13µm。另外采用直径400mm的陶瓷CBN砂轮，以150-200m/s的速度磨削，可达到Ra0.8µm，尺寸公差±2.5-5µm。美国高速磨削的一个重要研究方向是低损伤磨削高级陶瓷。传统的方法是采用多工序磨俐，而高速磨削试图采用粗精加工一次磨削，以高的材料去除率和低成本加工高质量的氮化硅陶瓷零件。
  n$ K/ K" H* r8 f4 L3 V8 x　　日本
　　日本高速磨削技术在近20年来发展迅速，1976年，在凸轮磨床上开始应用CBN砂轮进行40m/s的高速磨削，1985年前后，在凸轮和曲轴磨床上，磨削速度达到了80m/s。1990年后，开始开发160m/s以上的超高速磨床。目前，实用的磨削速度已达到了200m/s。400m/s的超高速平面磨床也已经研制出，该磨床主轴最大转速3000r/min，最大功率22kW，采用直径250mm的砂轮，最高周速达395m/s。并在30-300m/s速度范围内研究了速度对铸铁可加工性的影响。
# l5 C$ }( c3 J2 H- P　　日本的丰田工机、三菱重工、冈本机床制作所等公司均能生产应用CBN砂轮的超高速磨床，日本的三菱重工推出的CA32-U50A型CNC超高速磨床，采用陶瓷结合剂CBN砂轮，圆周速度达到了200m/s。
# _- E7 p8 z8 o5 y% Z; H% E5 j　　中国
7 R! {6 x/ k5 d　　我国高速磨削起步较晚，1974年，第一汽车厂、第一砂轮厂、瓦房店轴承厂、华中工学院、郑州三磨所等先后进行50-60m/s的磨削试验；湖南大学进行了60-80m/s高速磨削试验。1975年10月，南阳机床厂试制成功了MS132型80m/s高速外圆磨床。1976年，上海机床厂、上海砂轮厂、郑州三磨所、华中工学院、上海交通大学、广州机床研究所、武汉材料保护研究所等组成高速磨削试验小组，对80m/s，100m/S高速磨削工艺进行了试验研究。与此同时，上海机床厂设计制造了MBSA1332型80m/s半自动高速外圆磨床，磨削效率达到了车削和铣削的生产率。1977年，湖南大学在实验室成功地进行了100m/s，120m/s高速磨削试验、在2000年中国数控机床展览会(CCMT'2000)上，湖南大学推出了最高线速度达120m/s的数控凸轮轴磨床。
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