磨削的未来：第42届CIRP大会磨削方面的主题报告

尽管磨削加工已有百年历史，但它于今仍在工业生产中占重要地位，其主要优点是切屑数量级小，砂轮自锐性好。本文回顾了近年来磨削加工的发展，同时提出了在不远的将来，其实际应用中所要解决的问题，本文涉及的开发技术有：①砂轮制造技术；②精密加工技术；③重型加工技术；④智能磨削工具；⑤磨削过程的计算机仿真；⑥磨削过程的环境因素。本文还预测，未来的磨削技术应该包括：超细磨料砂轮，分子运动表面整性评定技术，ＣＢＮ高     

高精度回转曲面的砂轮磨削点运动规律研究

轨迹包络磨削法是加工高精度回转曲面的重要工艺方法。为了进一步提高轨迹包络磨削加工的精度,本文首先分析了圆弧轨迹包络磨削中砂轮磨削点与加工曲线的位置关系。以加工母线为圆弧曲线、抛物线等典型回转曲面为例,探讨磨削过程中砂轮磨削点的运动规律,并在此基础上得到了圆弧轨迹包络磨削加工回转曲面中砂轮磨削点的运动速度方程。分析表明：（1）砂轮磨削点运动的距离随着砂轮端部圆弧半径增大而增大;（2）砂轮磨削点的角速度大,则意味着在磨削加工中砂轮磨削点的运动速度快;（3）曲率半径大的回转曲面在磨削过程中砂轮磨损严重。     

铸铁结合剂金刚石砂轮ELID磨削硬质合金的性能研究

硬质合金具有硬度高、强度好、耐腐蚀和耐磨损的特点,采用传统方法难以满足精密及超精密加工的技术要求.本文采用不同粒度的铸铁结合剂金刚石砂轮ELID镜面磨削硬质合金,得到了不同加工效率以及不同加工表面质量的硬质合金磨削效果,揭示了不同粒度砂轮其磨削性能变化的规律与作用.实验结果表明:在相同的进给量下,粗粒度砂轮的磨削效率较高,能更好地控制工件的尺寸精度.细粒度砂轮则磨削效率较低,但能获得优良的加工表面质量.砂轮表面的氧化膜在磨削过程中扮演非常重要的角色,磨粒的粒径与砂轮表面氧化膜厚度的比值大小决定了砂轮的磨削性能.氧化膜的形成又受到电解参数的影响,可以通过对电解参数的调节实现高效率高精度的ELID磨削.     

冷轧钢渗碳处理后的ELID磨削效果及加工表面硬度实验研究

本文采用在线电解修整磨削技术,对经渗碳处理后的冷轧钢进行超精密镜面磨削试验,获得表面粗糙度达Ra6～8 nm的加工表面.实验结果表明:采用微细粒度、高硬度铸铁基金刚石砂轮、提高砂轮线速度和减小磨削深度可有效地提高表面质量,降低表面粗糙度;磨削过程中,砂轮线速度、磨削深度、磨削液是影响加工表面质量的主要因素.     

微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷的磨削力和表面粗糙度特征

在不同磨削深度、砂轮转速和进给速度组合下,研究微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷过程的磨削力及工件的表面粗糙度的变化规律,并筛选出低磨削力和低工件表面粗糙度的加工工艺参数。试验结果表明:在微粉金刚石钎焊砂轮的磨削过程中,氧化铝陶瓷主要通过脆性断裂的方式去除;随着磨削深度、进给速度的增加,砂轮在进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都上升;随着砂轮转速的增加,进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都下降。试验获得的低磨削力和低工件表面粗糙度精密加工工艺参数分别为:磨削深度为1.0 μm,进给速度为12 mm/min,砂轮转速为24 000 r/min和磨削深度为1.0 μm,进给速度为1 mm/min,砂轮转速为20 000 r/min。低磨削力磨削时,微粉金刚石钎焊砂轮受到的X方向和Z方向的磨削力分别为0.15 N和0.72 N;精密加工后的氧化铝陶瓷的表面粗糙度值可达0.438 μm。      

缓进深切磨削颗粒增强钛基复合材料磨削力的研究

磨削力是磨削过程中的重要参数,同加工效果之间关系密切。使用不同磨料的陶瓷结合剂砂轮进行缓进深切颗粒增强钛基复合材料的磨削试验,研究磨削力与磨削参数和磨料种类的关系。结果表明:普通刚玉砂轮的磨削力是微晶刚玉砂轮磨削力的3~4倍,被加工材料表面更容易产生缺陷。因此,在缓进深切磨削工艺条件下,微晶刚玉砂轮更适合钛基复合材料的磨削。      

氧化铝陶瓷ELID高效磨削技术的研究

陶瓷材料具有优异的机械性能，其应用越来越广泛。然而由于陶瓷的高硬度及其易碎性使其难于加工。在线电解修整磨削技术已经被应用于硬脆材料的超精密加工，由于可以实现砂轮的在线修整，尤其被广泛应用于细粒度砂轮的磨削中。本文在平面磨床上应用铸铁结合剂金刚石砂轮与ELID磨削技术进行高效磨削研究。实验结果表明，在同样的磨削条件下，采用ELID磨削时的磨削力约为使用树脂结合剂砂轮磨削力的2／5～3／5。实验结果说明采用ELID磨削技术加工效率可以得到极大提高。而且，在线电解修整作用可以保持砂轮的锋锐性，有利于保持硬脆材料高效磨削的连续性。     

磨削加工自动化智能化及虚拟化

磨削加工中，由于砂轮线速度高，砂轮由于高速引起的破碎现象时常发生，砂轮破碎及磨损状态的监测是关系到磨削工作能否顺利进行和保证加工质量和零件表面完整性的关键；在高速加工中，砂轮与工件的对刀精度，砂轮与修整轮的对刀精度将直接影响到工件的尺寸精度和砂轮的修整质量，因此，在高速磨削加工中，在线智能监测系统是保证磨削加工质量和提高加工生产率的重要因素。     

高精度磨削的磨削油

高精度磨削加工不仅需有适合于高精度磨削的机床和砂轮,还需要由各种辅助技术相配合。磨削油就是辅助技术之一,它在高精度磨削中起着举足轻重的作用。它能起到提高加工精度,延长砂轮使用寿命、对加工部位进行润滑和冷却,以及从加工部位排除磨屑的作用。为此,应根据加工需要,选择相应种类磨削油和采用适当的供油方法和净化方法。另外,新近开发的电解在线修整(ELID)磨削法,正在高精度磨削领域中逐渐推广。这种磨削方法是由砂轮表面所形成的电解覆盖膜支配磨削性能,因而不仅要选用合适的磨削油,还要弄清楚新型电解磨削的特性。     

非球面垂直磨削法的砂轮误差分析与实验研究

针对垂直磨削法中砂轮误差对超精密磨削非球面加工质量的影响,通过对多种砂轮误差的逐一理论分析,阐述了各种砂轮误差对非球面磨削加工质量的影响状况,并对部分砂轮误差进行校正和补偿,以提高磨削加工质量。最后,通过非球面磨削加工实验验证了砂轮误差补偿的正确性。该研究为非球面超精密磨削加工中砂轮误差的补偿提供技术参考。      

石榴石铁氧体的ELID高效磨削

铁氧体、光学玻璃、陶瓷等硬脆材料已经在许多领域获得了广泛的应用。因此有必要研究这类材料的高效磨削方法。本文在平面磨床上采用铸铁结合剂金刚石砂轮在线电解修整方法（ELID）进行了高效磨削实验。分别采用铸铁结合剂金刚石砂轮ELID磨削技术与树脂结合剂金刚石砂轮对石榴石铁氧体工件进行了加工。实验结果表明在同样的磨削条件下，采用ELID磨削技术时的磨削力约为使用树脂结合剂砂轮磨削力的2/5-3/5。实验结果说明采用ELID磨削技术可以提高加工效率，同时保证加工后的表面质量。     

工程陶瓷小砂轮轴向大切深缓进给磨削加工的砂轮磨损分析

小砂轮轴向大切深缓进给磨削以较大切深实现了较高的材料去除率,且使用的砂轮直径比常规磨削用砂轮小很多,我们针对这一特点开展了研究。实验通过改变砂轮转速、工件转速和磨削深度等加工参数,对轴向大切深缓进给磨削加工后的砂轮表面进行了形貌观测和磨损分析。分析表明,砂轮各部分的磨损形式与其在磨削过程中所起的作用有关:砂轮端面是磨削加工的主磨削区,磨粒和结合剂主要发生较大程度的磨损;砂轮圆周面主要对已加工表面进行修磨,因而结合剂和磨粒磨损为主要磨损形式;砂轮拐角作为过渡磨削区,承受的磨削力也比较大,而且由于磨粒与结合剂的结合力相对较小,因此易发生磨粒和结合剂的脱落。     

激光结构磨削在氮化硅陶瓷中的磨削行为

为提高氮化硅陶瓷的加工精度，用激光辅助复合加工技术在氮化硅表面烧蚀出4种具有相同表面积的结构化图案，然后用金刚石砂轮对氮化硅表面进行磨削，研究图案结构对磨削效果的影响，并分析砂轮转速、进给速率等参数对磨削力的影响。结果表明:激光烧蚀能够在氮化硅表面产生凹槽并降低表面氮化硅的强度，从而有利于磨削液进入并降低磨削力，最高降幅达63%。同时，金刚石砂轮磨损也有效降低。磨削结构化的氮化硅表面时，砂轮转速和进给速率对磨削力的影响规律同磨削普通氮化硅时的规律一致。      

静电喷涂涂层砂轮磨削钛合金工件温度研究

针对钛合金材料难磨削加工的特点,设计了一种静电喷涂砂轮涂层系统和实验砂轮,完成了干式磨削钛合金的实验,分析了不同磨削条件对磨削温度的影响规律。研究表明:采用静电喷涂固体润滑剂涂层砂轮磨削加工钛合金,在同样的加工条件下,磨削深度为0.2 mm时,未涂层砂轮磨削温度接近900℃,涂层砂轮磨削温度不超过600℃。固体粉末静电喷涂润滑砂轮涂层可有效降低磨削温度。      

陶瓷金刚石砂轮在YG10X顶锤磨削加工中的应用

采用自行设计的陶瓷结合剂金刚石砂轮加工硬质合金顶锤,用低浓度金刚石砂轮加工其平面,用高浓度金刚石砂轮加工其外圆,并与树脂金刚石砂轮的磨削加工进行对比。实验结果表明:同等条件下陶瓷金刚石砂轮的锋利度要高于树脂金刚石砂轮的锋利度,其加工速度更快,且磨削产生的热要远低于树脂砂轮的;平面磨削中,陶瓷金刚石砂轮通过调整工艺参数或调细金刚石粒度能够获得更好的表面粗糙度;外圆磨削中,陶瓷砂轮较树脂砂轮加工效率提升约50%,当陶瓷金刚石砂轮浓度达到200%时,砂轮性价比最高。      

纳米结构陶瓷涂层精密磨削的材料去除机理及磨削加工技术

随着纳米结构陶瓷涂层的开发和应用，其后续精密加工技术已受到人们的关注。纳米结构陶瓷涂层的高硬度和高耐磨性使其成为难加工材料，采用金刚石磨料磨削加工有可能成为其最主要的加工方法。本文首先讨论了纳米结构陶瓷涂层精密磨削的非弹性变形和脆性去除的材料去除机理，然后对可用来加工纳米结构陶瓷涂层的超精密金刚石砂轮磨削、ELID磨削、延性域磨削、超高速磨削、精细磨削等磨削加工技术进行了分析，分析了它们的材料去除机理和技术特点。在此基础上，本文指出了相关的有待进一步研究的课题。     

CBN杯形砂轮端面磨削轧辊的磨削几何学分析

本文建立了CBN(立方氮化硼)杯形砂轮端面磨削轧辊的几何模型，从磨削几何学的角度研究了杯形砂轮端面磨削轧辊的磨削特性和输人参数对切人线长度和宽度的影响，分析了端面磨削外圆时的磨削接触弧的特点，结果表明，当切深较小时，砂轮与轧辊为点接触；已加工表面的粗糙度主要取决于砂轮外缘的磨粒密度；磨削效率的高低取决于砂轮内缘的磨粒密度；在磨削过程中，应根据其他参数的变化调节砂轮轴线与轧辊间的偏移量H；提高砂轮转速有利于磨削效率的改善。     

低温冷风磨削加工替代传统磨削的试验研究

利用自行研制的低温冷风发生装置进行绿色磨削试验研究,试件材料是40Cr。测试喷嘴出风温度、砂轮粒度、磨削进给量和砂轮线速度对试件表面加工质量的影响。与传统磨削的加工结果进行对比分析,表明:在该试验条件下,低温冷风磨削的加工质量可以达到传统磨削的精密标准,能够替代传统磨削。该研究对于推广低温冷风磨削技术的应用具有重要的参考意义。     

曲轴轴颈端面磨削烧伤问题的新解决方案

为解决磨削曲轴轴颈端面时出现磨削烧伤的问题,在调整冷却系统无果的情况下,重新设计砂轮结构。通过调整砂轮端面和磨料类型,设计并制备新型电镀CBN砂轮,并以其进行磨削加工实验。结果表明:在冷却系统不变的情况下,新型电镀CBN砂轮可以解决此加工过程中的磨削烧伤问题。      

超声辅助磨削GH4169高温合金工艺研究

针对GH4169高温合金的难加工性、砂轮磨损严重导致的加工表面质量差、效率低等问题,引入超声辅助磨削加工技术,分析了主轴转速、进给速度、磨削深度、超声振幅对磨削力、砂轮磨损及表面形貌的影响.结果表明:超声辅助磨削能有效降低磨削力并有助于延长砂轮使用寿命;获得了超声对材料去除方式、砂轮磨损行为的影响机制,对指导GH416...