超高速磨削

              超高速磨削

超高速磨削的加工线速度超过150 m/s，具有磨削力小、磨削效率高、磨削质量高与砂轮寿命长等优点。然而，目前超高速磨削技术的应用仍然非常少，主要是因为超高速磨削对加工设备与加工工具有很高的要求，传统砂轮的性能无法达到在超高速条件下安全使用的要求，超高速磨削过程中会产生巨大离心力，导致砂轮径向变形过大，影响加工质量。

超高速磨削加工基础
什么是超高速磨削加工

超高速磨削加工的速度通常大于150 m/s，是通过提高砂轮线速度和工件进给速度来提高材料去除率和磨削质量的现代制造加工技术。
      超高速磨削加工的起源

超高速磨削加工源于德国切削物理学家Salomon博士在1931年首次提出的“超高速加工的概念”和Salomon曲线。Salomon博士指出，随着加工速度的增加，磨削温度会先上升后下降；当超过临界加工速度后，磨削温度显著降低至接近低速磨削时的温度，能够有效提高加工质量和加工效率。
       超高速磨削加工去除机理

超高速磨削加工有着磨削力小、磨削效率高等优点，但其去除机理仍不明确。南方科技大学张璧团队对高应变率下材料的力学行为和损伤行为进行了深入研究，结果表明在高应变率条件下材料会发生“材料脆化”现象，并首次提出“损伤趋肤”理论，为超高速磨削技术奠定了理论基础。

超高速磨削用砂轮
磨料层

超高速磨削中，磨料层的强度直接影响磨削加工的安全性，提升磨料层强度能够直接提升结合剂强度与结合剂对磨料的把持力。结合剂对磨粒的把持力除了会影响砂轮强度，还会影响砂轮的使用寿命，现阶段研究人员主要通过改变磨料层结合剂的成分来强化把持力，以提升磨粒与结合剂的结合强度。包括金属结合剂中加入活性强碳金属元素、金刚石表面改性等及陶瓷结合剂采用第二相复合增韧等。
       气孔率

气孔是砂轮的重要组成部分，会直接影响砂轮的容屑、排屑能力以及强度和自锐性。在超高速磨削中，低气孔率可能导致磨粒快速磨损，加剧磨削热的产生。相反，高气孔率会减弱砂轮磨料层强度，降低超高速砂轮的安全性，同时导致磨粒层磨损过快。因此，可以通过在结合剂中添加造孔剂来改变气孔率，以此来调节砂轮的自锐性。
       基体材料

目前，超高速砂轮的基体材料有钢、铝、合成树脂和复合材料等。其中钢和铝因其优良的机械加工性能和较低的成本被广泛应用于砂轮制造中。然而，金属材料的质量大，内部应力和径向变形随磨削速度增加而显著提高，理论上钢的屈服强度限制了钢基体砂轮磨削速度最高至280 m/s。为突破目前的磨削速度，碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP） 因其高比弹性模量、高强度、低密度、高疲劳强度、优良的阻尼性能和低热膨胀系数而受到重视。CFRP由碳纤维和树脂基组合而成，碳纤维在树脂中按特定方向排列，高拉伸强度的碳纤维使CFRP具有高比强度、刚度和弹性模量，其弹性模量远超金属，使其更适合应用在超高速砂轮中。
       磨削性能

砂轮的连续加工能力由其磨料的耐磨性、自锐性、强度、结合力和气孔率综合决定。在超高速磨削中，相同时间内砂轮的磨削距离是普通磨削的数倍，对其连续加工能力提出了极高要求。为了保持砂轮的持续磨削能力，防止工件烧伤、砂轮堵塞等问题出现，砂轮的修整修锐非常重要。

未来展望

未来超高速砂轮的发展是高速度、高强度以及轻量化。基于CFRP优越的材料性能、极高的比强度、比模量、良好的阻尼特性，可作为砂轮的基体的最佳选择。

针对超高速砂轮的综合性能提出评价指标，主要评价指标为应力变形、动态特性、磨削过程中测量的参数、磨削工件的表面质量、磨削效率、砂轮使用寿命等，根据评价指标利用超高速砂轮进行有限元模拟分析。

设计过程包括对砂轮的力学性能进行仿真以预测其动静态性能；砂轮研制完成后，通过磨削实验检测磨削力、质量、效率和寿命等参数来验证仿真结果的准确性，并采用负反馈设计方法不断优化产品。

免责声明：本站部分图片和文字来源于网络收集整理，仅供学习交流，版权归原作者所有，并不代表我站观点。本站将不承担任何法律责任，如果有侵犯到您的权利，请及时联系我们删除。