超高速磨削技術在機械制造的應用

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摘要：文章通過對超高速磨削技術的發展以及其應用的優勢進行分析，闡述了超高速磨削機理及工藝，最后討論了高速磨削技術在機械制造中的應用，希望為我國超高速磨削技術的研究提供豐富的理論基礎。

關鍵詞：磨削技術；機械制造；超高速

超高速磨削技術在機械制造的過程中對于粗加工和精細加工都有著很高的適用性，是現代磨削技術中非常常用的技術。在一些發達國家超高速磨削技術也被非常廣泛的應用在機械制造領域，用來加工難磨材料、高精度材料等。但現階段我國的超高速磨削技術由于起步較晚，各項技術的發展還有很大的進步空間。因此，有必要對我國超高速磨削技術的應用和其存在的問題進行深入研究和探索，使我國的超高速磨削技術更加完善，水平進一步提升，將其更好地應用于機械制造領域。

1超高速磨削技術的發展

在20世紀之前，傳統的制造業當中應用的都是較為古老的低速磨削技術，這種技術只可以應用于普通的零件加工，且工作效率較低。進入20世紀之后，隨著工業革命中各項技術的不斷發展，逐漸開始通過對磨削砂輪轉速進行提高，而嘗試應用高速磨削技術。然而這一時期的高速磨削技術存在許多問題，一方面過高的速度會使砂輪在運轉過程中產生大量熱度，加劇砂輪的磨損。另一方面，過高的溫度也會對加工的零件帶來損傷，這些問題都對超高速磨削技術的發展帶來了阻礙。[1]我國接觸超高速磨削技術較晚，在20世紀70年代才進行了第一次高速磨削實驗。而后在2000年，湖南大學在中國數控機床展覽會上，向業界展示了120m/s的輪軸磨床，標志著我國超高速磨削技術有了新突破。此后隨著各項信息技術和智能手段的應用，我國的超高速磨削技術在近20年進入了飛速發展期。

2超高速磨削技術的應用優勢

2.1部件精度的提高。由于超高速磨削技術中磨削區域的磨削狀態在達到高轉速的過程中，會由固態轉化為液態，這種沖擊呈現的原理可以在零件加工過程中，使接觸到零件的磨削力度降低，不對精細化零件造成損傷。因此，在機械制造中對零件進行加工的過程中，通過運用超高速磨削技術，可以很好的控制磨削的力度和需要磨削的厚度，非常適合用于精細化程度很高的零件的加工，可以在很大程度上提高所制造的零件的精度。2.2部件光潔度的增加。在進行制造部件加工的過程中，超高速磨削技術不但耗時較短，能為加工過程創造一個穩定良好的作業環境。且由于超高速磨削技術在磨削過程中磨削速度非常快，在高溫中的液態磨削對精密部件的表面磨損程度很小，極大的降低了表面的粗糙程度，使加工出來的精細化部件表面光潔，降低表面摩擦力。2.3砂輪耐用程度的提高。隨著超高速磨削技術的不斷發展，在對其的應用過程中，工程師們通過對磨削期中砂輪材質不斷進行實驗和挑選，對整個機器速度和性能不斷提升。超高速磨削技術借助飛快磨削的性能，使砂輪的磨粒在單位時間內承擔的負荷大幅減小，打破了磨削砂輪在磨削工作中的時間限制。不會再出現初期的由于轉速較高而產生砂輪過熱的現象，在一定程度上提高了砂輪的耐用程度。2.4加工制造效率獲得提升。超高速磨削技術最突出的優點就是它的應用使傳統的磨削技術在速度上有了極大的提升。隨著速度的提升，磨削機器在同一時間內可操作的零件數量也就相應增多，且隨著智能數控化技術的發展，超高速磨削可以進行自動化作業，一方面極大的節省了人力資源，節省了生產成本。另一方面，短時高效的磨削方式有效的縮短了工作時間，使得機械制造的效率大幅上升。

3超高速磨削機理及工藝

3.1超高速磨削砂輪技術。超高速磨削技術當中，最主要的部分就是磨削砂輪，好的磨削砂輪具有極強的耐磨性和抗裂性，砂輪本身的剛度和導熱性良好，在磨削過程中平衡度和精度較高，能承受住超高的轉速和作業過程中的切削力，不會在高速磨削時由于巨大的離心力造成砂輪自身碎裂。首先在超高速磨削技術當中，對砂輪材質的選擇方面，要選擇剛玉、金剛石、碳化硅等本身材質堅硬耐磨的材料。[2]在后期制作粘合的過程中，對剛玉碳化硅等材料的粘合，可以使用金屬粘合劑、樹脂等。在電鍍方式上一般采用單層電鍍，以此來確保砂輪的粘合強度高，且可以塑造出復雜精細的砂輪形狀，做成的砂輪使用壽命也比較高。其次，在砂輪與磨削主軸連接方面，也要充分考慮連接方式，要進一步開發精度更高，高度更高，平衡性更好的連接方式，才能確保磨削砂輪在使用過程中的耐用性。砂輪磨粒的分布空間設置也是一項非常重要的技術，要確保砂輪磨粒的分布科學合理，才能在一些高效率高質量的零件磨削中保持砂輪的鋒利程度。3.2超高速磨床主軸及其軸承技術。超高速磨削技術的另一個關注點是主軸單元的性能，要實現超高速的磨削技術，就要采用功耗較低、穩定性好且回轉精度高的主軸，在主軸材料的選擇上也要剛度足夠，熱穩定性能好，這樣主軸的使用壽命才能更長。現階段超高速磨削技術主軸一般為磁浮軸承，這種軸承在磨削過程中高度和所承受的負荷有限，磨削過程不能達到最佳狀態。主軸的軸承部分的材料選擇最好為陶瓷材質，陶瓷材質的軸承重量較輕、在作業過程中耐高溫、耐腐蝕、不宜膨脹，是超高速磨削技術軸承的最佳選擇。3.3磨削液及其供給技術。在對零件進行磨削的過程中，磨削砂輪和零件之間需要磨削液作為潤滑介質，減少高速磨削產生大量熱量帶來的影響。現階段廣泛應用的磨削液有以潤滑效果較好的油基為主的磨削液，和以冷卻效果較好的水基為主的磨削液。首先，在應用磨削液時要采取適當的注入方法，緩解由于高速磨削過程中氣流屏障阻礙磨削液有效應用而產生的薄膜沸騰的情況。對磨削液的注入方式有很多種，可以進行手工澆注，也可以進行高壓噴射等方法，但在應用過程中都要確保磨削液的噴注壓力夠強，能有效進入到所需要的磨削區。只有這樣才能達到很好的冷卻與潤滑效果，保護磨削砂輪，提高磨削質量。另外由于超高速的磨削作業中，對磨削液進行多次利用后，會產生大量殘留，這會給機器的質量和機床系統帶來不良影響。因此對磨削液的過濾系統的建設也是十分重要的，要在磨削過程中把磨削區完全封閉起來，利用離心力、靜電吸附的方式及時對殘留的磨削液進行清理。3.4磨削狀態檢測及數控技術。在超高速磨削技術的應用中，由于砂輪高速轉動帶來的高溫和強壓容易造成砂輪的破損，如果不及時處理會引發更大的事故。因此在超高速磨削作業當中，對沙輪狀態的監測也是非常重要的。目前，最常用到的是聲發射技術，這種技術通過監測磨削過程中，砂輪產生的各種聲發射源，例如砂輪與零件表面彈性接觸產生的聲音、砂輪連接即破裂的聲音等各種聲發射信號的探測。[3]可以對超高速磨削過程中，砂輪表面是否破裂和燒傷以及砂輪的磨損程度進行判斷，并且在實踐過程中取得了良好的效果。

4超高速磨削技術在機械制造中的應用

4.1超高速磨削的深磨技術應用。目前在機械制造中，對超高速磨削技術當中的深磨技術的應用非常廣泛，深膜技術對磨削砂輪的轉速和材質要求非常高。首先深磨技術的砂輪材料必須為成本較為昂貴的陶瓷。其次，在速度的控制方面，砂輪的轉速必須達到120m/s，這比普通的磨削技術速度要快幾百倍甚至上千倍。它通過對零件超高速的磨削，可以對零件的尺寸精度、形狀精度等進行非常精準的塑造。且在此過程中不會給精密零件帶來任何損壞，也能更好的保證零件經過磨削之后表面更加光滑，對提高機械制造中零件磨削的效率和質量是非常有效的。4.2超高速磨削的精密磨削技術的應用。通過在機械制造中運用超高速磨削技術的精密磨削技術，可以對所加工的零件質量進行很好的控制。在一些零件精度要求較高的機械制造行業中，精密磨削技術通過提高磨削砂輪的運行速度，達到對零件進行精密塑造的目的。超高速精密磨削技術采用的磨削砂輪材質一般為硬度較高的金剛石，金剛石材質的砂輪在進行一些較細磨料的磨削過程中。通過將金剛石硅片的平面度控制在0.2-0.3納米之間，對較細磨料進行表面粗糙度磨平，這種精細磨削可以有效的保證被加工的零件有精準的尺寸和很高的質量。[4]4.3超高速磨削對難磨材料的應用。難磨材料是由于材料本身硬度較高，導熱系數低，會對磨削技術當中的砂輪產生破壞，導熱系數低導致無法產生大量熱量進行零件的磨削。由于在機械制造中對一些比較難磨的材料進行高速磨削技術的應用時，非常高的轉速，會產生極高的溫度。而如果通過多次添加磨削液來降低磨削過程中產生的溫度，又會使磨削過程的黏度和韌性增加，導致零件加工過程變得更加困難，進而造成零件變形的情況。因此將超高速磨削技術應用到這些難磨材料當中，由于超高速磨削技術可以在飛速的磨削過程中形成流動磨削，對一些鈦合金、高溫合金等的加工能產生很好的效果。4.4超高速磨削的先進技術應用。現階段隨著各種科學技術的不斷應用與發展，超高速磨削技術在機械制造中也引進了許多高科技技術，以此來有效的將生產成本降到最低。首先，現階段的磨削技術的發展更加注重環保化的意識，無論是在磨屑的處理上，還是在磨削技術應用的耗能問題上，都從綠色發展出發，引進新能源技術，降低能源消耗。其次，在機械制造中，超高速磨削技術通過與數控機床技術的有效結合，著力開發智能化全自動的作業體系，并且利用智能化監測系統整個作業過程進行安全監測，極大的提高了高速磨削技術的生產安全系數。保障了操作人員的人身安全，大幅降低了材料和人力等方面的消耗，進一步促進了超高速磨削技術的完善和機械制造行業的發展。

5結束語

綜上所述，現階段超高速磨削技術在我國機械制造行業中的應用是非常廣泛的，對它的應用可以極大的提升制造業的工作效率和所生產的零件的精度和質量。然而雖然我國對超高速磨削技術越來越重視，但我國與國外發展相比，還有一定的差距。因此，在對超高速磨削技術進行發展的過程中，我們要著重創新新技術、更多的引進國外先進理念、大力培養研發人員，不斷推進我國超高速磨削技術的研究與應用，使超高速磨削技術在我國機械制造業中發揮更大的作用。

參考文獻：

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[8]馮克明，趙金墜.先進磨削技術應用現狀與展望[J].軸承，2020（04）：60-67.

作者:朱鈺 單位:鄭州工業安全職業學院