磨削加工中顺逆磨研究现状与发展

磨削加工中顺逆磨研究现状与发展
发布时间：2021-12-04T11:24:09.085Z 来源：《中国科技信息》2021年11月上31期作者：徐海涛
[导读] 工程陶瓷材料因优异的力学性能，广泛应用于轴承制造、冶金化工、切削刀具、生物工程等行业，甚至在固体火箭发动机内衬、航天器喷嘴、导弹整流罩、陶瓷装甲等高精尖领域关键零部件也有应用。

但陶瓷材料特殊的成型工艺和晶体结构决定其具有高硬度和高脆性，加工过程易出现裂纹、烧伤、亚表面损伤等缺陷，这给工程陶瓷广泛用于工业各领域带来巨大挑战。

目前业界较认可和广泛应用的工程陶瓷加工方法仍是磨削加工，但其低效率、高成本的缺点促使研究者们不断探索新的加工技术。

齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司徐海涛黑龙江齐齐哈尔 161000
摘要：工程陶瓷材料因优异的力学性能，广泛应用于轴承制造、冶金化工、切削刀具、生物工程等行业，甚至在固体火箭发动机内衬、航天器喷嘴、导弹整流罩、陶瓷装甲等高精尖领域关键零部件也有应用。

但陶瓷材料特殊的成型工艺和晶体结构决定其具有高硬度和高脆性，加工过程易出现裂纹、烧伤、亚表面损伤等缺陷，这给工程陶瓷广泛用于工业各领域带来巨大挑战。

目前业界较认可和广泛应用的工程陶瓷加工方法仍是磨削加工，但其低效率、高成本的缺点促使研究者们不断探索新的加工技术。

关键词：顺、逆磨；磨削力；磨削温度；表面特性
引言
一般情况下砂轮线速度高于45m/s的磨削称为高速磨削，而高于150m/s的超高速磨削可以称作是磨削技术的史上一次跳跃性的发展。

超高速磨削是一项新兴技术产业发展的产物，它作为综合性的加工技术促进了现代精密加工技术发展要求；超高速磨削加工领域涉及到很多相关方面的的技术,如：现代机械、纳米加工、计算机、液压、控制、光学、计量及先进材料。

超高速磨削是在德国首先发展起来，然后在欧美和日本等国家和地区得到扩展。

高速磨削加工的发展趋势正朝着采用超硬磨料磨具，高速高效、精密超精密磨削工艺以及绿色生态磨削方向发展。

1磨削加工监测简介
磨削加工监测技术是利用传感器(力、功率、振动、温度)和数据采集系统，对加工过程中产生的声、光、电、热等信息展开监测，通过有效的信号处理技术，获取与特定监测对象相关的特征值，对磨削工作状态进行判断，从而为优化磨削参数和改善磨削工艺提供数据支撑。

磨削加工监测仪器具有安装简便、柔性程度高、无需中断加工过程等优点，其所具备的关键功能和特点在机加工领域显示出重要的研究价值和广阔的背景前景。

磨削加工监测技术极少关注磨削深层次机理，而将注意力集中在加工过程中伴随的能够被传感器所捕捉的状态信息，因此，具有操作简单、可实施性强、实时性良好等优势，在磨削工艺优化、磨削烧伤、砂轮磨损和砂轮－工件初始接触状态检测等方面得到广泛关注。

2磨削加工中顺逆磨研究
2.1电解磨削加工工艺试验研究的进展
针对常见的难加工材料，研究人员开展了大量的电解磨削加工工艺试验研究。

对航空航天所用的镍基铸造高温合金、硬质合金等难加工材料的研究表明，电解磨削加工具有加工效率高、表面质量好等优点。

对熔覆材料和合金粉末修复材料的电解磨削加工研究显示，加工表面可达到较好的表面粗糙度。

不锈钢作为常用金属材料，采用电解磨削加工同样具有表面粗糙度值低、表面无残余应力等优点。

此外，微小孔电解复合扩孔磨削可实现侧壁陡直、无再铸层的加工。

2.2缓进给磨削
缓进给磨削是继高速磨削之后发展起来的一种高效加工方法，对成型表面的加工有显著的成效。

缓进给磨削是强力磨削的一种，又称深切缓进给磨削或蠕动磨削。

缓进给磨削与普通磨削的不同在于采用增大磨削深度、降低磨削速度、砂轮与工件有较大的接触面积和高的速度比，达到很高的金属切除率。

磨削工件时，只需经过一次或数次行程即可磨到所需的形状和尺寸精度。

由于砂轮的磨削深度大，致使砂轮与工件的接触面积加大，有效抑制了磨削时振动的产生，磨削出的工件表面质量优于普通的磨削加工方法。

2.3磨削温度
磨削温度指磨削时砂轮与工件接触弧面上的温度，也称为弧区内试件表面的平均温度。

在磨削加工过程中，若磨削区温度过高，导致工件表面出现烧伤、热裂纹等缺陷，对磨削表面质量产生严重影响。

实际加工过程中往往通过选择合适的加工工艺限制磨削区温度，以此合理控制磨削表面质量。

大多数研究表明，顺逆磨磨削温度变化规律与磨削力变化规律趋势相同，认为相同条件下顺磨的磨削温度大于逆磨。

这种结果也并不难理解，因为温度升高与做功密切相关，磨削过程中所做功与磨削力直接相关，顺磨磨削力大于逆磨，则顺磨做功比逆磨多，势必顺磨产生更多热量，最终导致顺磨磨削温度比逆磨高。

一般来说，顺磨时磨削温度比逆磨时平均高13%，最大差值可达30%，最大温差达80℃。

造成顺逆磨磨削温度差异还有其它原因。

顺磨时，磨粒刚进入磨削区就开始切削，所产生切屑要经过磨削区后排出，且这些切屑相比逆磨更粗大，排屑不易，切屑上的热量经过磨削区时使磨削温度升高，且受到其它磨粒的挤压、重磨，导致磨削温度进一步
升高。

逆磨时，切屑是磨粒进入磨削区一段时间后形成，在磨削区内时间较短，切削阻力较小，且切屑被挤压、重磨的现象较少，因此磨削区温升较小，最终导致逆磨磨削区温度低于顺磨。

2.4超高速磨削磨床技术
超高速磨床的设计关键在于大功率的超高速主轴系统以及系统的高抗振性。

超高速磨削加工为了实现在一台磨床上能完成所有的磨削工序要求需要机床有很高主轴转速和很大的主轴功率，工作台有很高的进给速度并需尽可能组合多种磨削功能。

超高速磨床设计还高要求其磨削加工的动态精度、抗振性、高阻尼和热稳定性，自动化和可靠性。

磨床支承采用砂的部件要具有良好的静刚度、动刚度及热刚度。

国内外通常采用聚合物混凝土来制造超高速磨床的床身和立柱，也有采用钢板焊接件，还有将立柱和底座采用铸铁整体铸造而成，并将阻尼材料填充其内腔以提高其抗震性。

2.5振动与位移传感器检测技术
采用加速度传感器信号的RSM值对砂轮磨损时的工件振动与工件表面质量情况进行识别判定，将修整重叠率、磨削时间和无火花磨削的工件转速作为输入变量，磨削振动信号和工件表面粗糙度作为输出量，结果发现减少无火花磨削时间会增大磨削振动但不会引起工件粗糙度变差的现象。

在特定情况下此方法可以指导砂轮适时修整和无火花磨削。

2.6绿色磨削
绿色磨削是一种综合考虑资源优化利用和环境影响最小的磨削加工系统。

实现绿色磨削是国家绿色制造目标与可持续发展战略的要求，也是21世纪国际制造业发展的趋势。

作为先进磨削技术，绿色磨削要在发展新型磨削技术的基础上，融合绿色生产技术、信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于磨削工艺设计、实施、管理等全过程，以实现清洁、低耗、高效、优质加工，提高磨削工艺的先进性和绿色性。

目前，具有较高绿色性能的少磨削液磨削、干式半干式磨削、快速点磨削、冷风磨削、液氮冷却磨削等等先进磨削技术相继得到世界各国的重视并开展了深入的研究。

结语
1）“中国制造2025”提出以来，工业各领域对高精度零件的需求日益增多。

磨削加工技术依然是高精度零件表面成型所采用最常见的方法。

尽管国内外对磨削加工进行了大量的研究，并取得许多阶段性成果。

但磨削方式改变对工件表面特性的影响众说纷纭，在磨削加工过程中如何选取合理的磨削方式成为需要进一步深入探索的问题。

在现有磨削工具和相关理论体系难以短期突破的情况下，从磨削力、磨削温度、磨削表面特性等方面深入研究顺逆磨磨削差异，对高精度零件的磨削加工具有重要意义。

2）今后，磨削加工中关于顺逆磨研究，将主要聚焦在探究磨削方式对工件表面特性的影响，因为无论其对磨削力、磨削温度的影响如何，最终将体现在磨削工件的表面特性上；研究顺逆磨法向磨削力差值与砂轮磨损程度间的关系，对砂轮寿命进行合理预测；分析顺逆磨磨削温度、磨削力的关系，选择合理的磨削加工工艺，以提高工件精度和加工效率，降低加工成本，最终获得性能优异且易于产业化的高精度磨削产品，解决我国在该领域的“卡脖子”问题。

参考文献
[1]邓朝晖，刘战强，张晓红.高速高效加工领域科学技术发展研究[J].机械工程学报，2010，46（12）：106-120.
[2]刘彩利，赵永庆，田广民，等.难熔金属材料先进制备技术[J].中国材料进展，2015，34（2）：163-169.。