1、超高速磨削技術(shù)的概念
超高速磨削是通過提高砂輪線速度即磨削速度達(dá)到提高金屬磨除率和質(zhì)量的工藝方法，常將磨削速度為普通磨削速度5倍以上的高速磨削稱為超高速磨削(super high speed grinding)。超高速磨削是一種高效而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出高質(zhì)量零件的現(xiàn)代加工技術(shù)，是應(yīng)用高效率、高精度、高自動(dòng)化、高柔性的磨削裝備，提高磨削的進(jìn)給速度，增加單位時(shí)間金屬比磨除率z0和金屬磨除率z。使磨除率大為提高，能達(dá)到車削、銑削的金屬磨除率甚至更高，是能極大地提高平面磨床工件加工效率、加工精度和表面加工質(zhì)量的*制造技術(shù)。
超高速磨削的提出是基于德國薩洛蒙的超高速切削理論，該理論認(rèn)為：普通切削速度范圍內(nèi)切削溫度隨切削速度增大，而升高不同切削速度增大至與工件材料的種類有關(guān)的某一臨界速度后，隨著切削速度的增大，切削溫度與切削力反而降低。據(jù)此，在大于臨界切削速度的范圍內(nèi)，則可進(jìn)行高速切削，大幅度地提高機(jī)床的生產(chǎn)率。同樣，在高的磨除率條件下，隨著砂輪線速度u。增大，磨削力在u。-100m／s前后的某個(gè)區(qū)間可能出現(xiàn)陡降(約降低50％)，這種趨勢(shì)隨著磨除率的提高而更加明顯，且當(dāng)砂輪達(dá)到超高速磨削狀態(tài)后，工件表面溫度出現(xiàn)回落趨勢(shì)。薩洛蒙曲線描述了超高速磨削概念，如圖 所示。當(dāng)磨削速度超過u。h后，能大幅度減少加工工時(shí)，成倍地提高磨床生產(chǎn)率。
超高速磨削突破了傳統(tǒng)磨削概念，有高的金屬磨除率，能獲得很好的加工表面粗糙度和精度，擴(kuò)大了磨削工藝的適用范圍，成為一種能和車削、銑削等加工方法相競(jìng)爭(zhēng)的高效加工工藝。實(shí)驗(yàn)表明：通過大幅度提高切削速度，就可越過切削過程產(chǎn)生的高溫死谷而使刀具在超高速度區(qū)進(jìn)行高速切削，從而大幅度減少切削工時(shí)，成倍地提高機(jī)床生產(chǎn)率。超高速磨削不僅對(duì)高塑性和難磨材料具有良好的磨削效果，而且能夠高效率地對(duì)硬脆材料實(shí)現(xiàn)延性磨削。
圖 薩洛蒙高速切削加工理論示意
2、超高速磨削機(jī)理
在超高速磨削中，通過優(yōu)化選擇各種磨削參數(shù)可限度地提高材料加工延塑性，減少磨削表面裂紋和損傷。在保持其他參數(shù)不變的情況下，隨著砂輪速度的大幅度提高，單位時(shí)間內(nèi)磨削區(qū)的磨粒增加，每個(gè)磨粒切下的磨屑厚度變小，每顆磨粒的切削厚度變薄，則導(dǎo)致每個(gè)磨粒承受的磨削力變小，總磨削力也大大降低。由于磨削速度很高，單個(gè)磨屑的形成時(shí)間極短。在極短時(shí)間內(nèi)完成的磨屑高應(yīng)變率形成過程，使工件表面的彈性變形層變淺，磨削溝痕兩側(cè)因塑性流動(dòng)而形成的隆起高度變小，磨屑形成過程中的耕犁和滑擦距離變小，工件表面層硬化及殘余應(yīng)力傾向減少。超高速磨削時(shí)磨粒在磨削區(qū)內(nèi)的移動(dòng)速度和工件的進(jìn)給速度均大大加快，再加上應(yīng)變率響應(yīng)溫度滯后的影響，使工件表面層磨削溫度有所降低，能越過容易發(fā)生磨削燒傷的區(qū)域，而極大地?cái)U(kuò)展了磨削工藝參數(shù)的應(yīng)用范圍。
超高速磨削技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，還需深入、磨床系統(tǒng)地研究高硬難加工金屬材料的高速／超高速的磨削機(jī)理，主要研究?jī)?nèi)容如下。
①高硬難加工材料的微結(jié)構(gòu)和材料性能分析。
②超高速磨削條件下高硬難加工材料的微結(jié)構(gòu)和材料性能對(duì)去除機(jī)理的研究。
③超高速磨削狀態(tài)下，材料去除機(jī)理及其對(duì)工件加工質(zhì)量的影響。
④超高速磨削工況下的磨削力、磨削熱的形成機(jī)理和分配。
⑤磨屑在磨削力、磨削熱的復(fù)合作用下的成屑機(jī)理及其對(duì)工件加工質(zhì)量的影響。
⑥超高速磨削下磨削表面的裂紋和損傷的形成機(jī)理。
⑦加工條件對(duì)破壞層的影響。
⑧砂輪、工件及機(jī)床的受力及振動(dòng)對(duì)工件加工質(zhì)量的影響。
應(yīng)尋求合適的方法以提高超高速磨削的金屬磨除率，又不造成工件的熱損傷。如果將磨削溫度控制在液態(tài)成膜沸點(diǎn)以下，就可以提高金屬磨除率，就可對(duì)磨削過程中熱損傷實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。