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。 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。 1 超高速磨削的发展 欧洲 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。 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140mm& sup3;/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。 美国 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。
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。