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超高速磨削及其砂轮技术发展1李长河1，蔡光起21 青岛理工大学机械工程学院，山东青岛（266033）2东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳（110004）E-mail：sy_lichanghe@摘要：高速超高速磨削加工是先进制造方法的重要组成部分，集粗精加工与一身，达到可与车、铣和刨削等切削加工方法相媲美的金属磨除率，而且能实现对难磨材料的高性能加工。
本文主要论述了高速超高速磨削工艺技术的特点；分析了超高速砂轮用电镀或涂层超硬磨料（CBN、金刚石）的特点以及修整方法，介绍了在高速及超高磨床上得到广泛应用的德国Hofmann公司生产的砂轮液体式自动平衡装置。
关键词：超高速磨削，砂轮，关键技术1. 超高速磨削的特点超高速磨削技术是现代新材料技术、制造技术、控制技术、测试技术和实验技术的高度集成，是优质与高效的完美结合，是磨削加工工艺的革命性变革。
德国著名磨削专家T.Tawakoli.博士将超高速磨削誉为“现代磨削技术的最高峰”。
日本先端技术研究学会把超高速加工列为五大现代制造技术之一。
在1996年国际生产工程学会（CIRP）年会上超高速磨削技术被正式确定为面向21世纪的中心研究方向之一，是当今在磨削领域最为引人注目的技术[1]。
高速加工(High-speed Machining)和超高速加工（Ultra-High Speed Machining）的概念是由德国切削物理学家Carl.J.Salomon博士于1931年首先提出，他发表了著名的Salomon曲线，创造性地预言了超越Talor切削方程式的非切削工作区域的存在，提出如能够大幅度提高切削速度，就可以越过切削过程产生的高温死谷而使刀具在超高速区进行高速切削，从而大幅度减少切削工时，成倍地提高机床生产率。
他的预言对后来的高速甚至超高速磨削的发展指明了方向，为高速超高速磨削技术研究开辟了广阔的空间，对于高速超高速磨削技术的实用化也起到了直接的推动作用。
金属结合剂CBN磨具的特性随着高速磨削和超精密磨削技术的迅速发展，对砂轮提出了更高的要求，金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而在生产中得到了广泛的应用。
金属结合剂CBN磨具根据原料种类及生产工艺形式的不同又分为烧结型金属结合剂和电镀及钎焊型金属结合剂磨具，主要应用在高速钢刀具、PCD刀具刃口抛光磨削，汽车凸轮轴和曲轴外圆磨削等领域。
烧结型金属结合剂CBN磨具具有强度高、韧性好、导热性好、使用寿命长等优点。
根据结合剂中金属元素及合金成分的不同，又可以分为铜基、钴基、钛基和铁基等类别。
电镀和钎焊型CBN磨具是利用电镀和钎焊工艺，将单层的CBN磨粒通过银、镍或钛等金属黏结剂固结在金属基体上，这样制成的磨具磨粒裸露高度在40%以上，大大增加了容屑空间，能使磨粒在磨削时更锋利。
金属结合剂CBN砂轮与其他类型砂轮相比，具有如下几点优势：（1）单位体积内磨粒的利用率高。
与普通砂轮相比，金属结合剂CBN砂轮在单位砂轮体积中含有较少的磨粒，在相同的总切入力条件下，金属结合剂CBN砂轮的各个工作磨粒上将具有更大的切入压力，且磨料极大部分都按正常的“切削”状态工作，不正常的“摩擦”和“耕梨”状态少，因此形成的切屑较粗大。
（2）与陶瓷结合剂和树脂结合剂砂轮相比，可承受的磨削压力更高。
这是由于金刚石结合剂CBN砂轮的磨粒对工件的总压力使得CBN磨粒与工件保持紧密接触，CBN磨粒和它的结合剂支撑非常强固。
（3）可长时期地保持切削锋利性。
金属结合剂CBN磨具使用的CBN磨料，在品种和性能方面，与陶瓷结合剂与树脂结合剂磨具的CBN磨料有所不同，关于CBN磨料的选择有如下几点要求：（1）CBN磨料的强度，一般要求采用具有中等强度系列的品种。
（2）对于粒度的选择，需根据加工工序和粗糙度的不同要求，依据粗磨-半精磨-精磨的顺序，其粒度一般可在50/60~230/270的范围内选择，这些粒度相对应的加工粗糙度一般可达到Ra1.6 ~0.2。
CBN砂轮作为整个磨削系统中至关重要的一个要素，其正确合理的选用直接影响了整个加工输出的结果。
由此可见，其选择适用性是比较重要的，下面，本文就给大家分享一些关于选择的时候需要注意的问题，以便大家进行了解。
1、粒度的选择：粒度指磨料颗粒的大小。
一般磨粒用筛选法分类，它的粒度号以筛网上一英寸长度内的孔眼数来表示。
例如60#粒度的磨粒，说明能通过每英寸长有60个孔眼的筛网，而不能通过每英寸70个孔眼的筛网。
120#粒度说明能通过每英寸长有120个孔眼的筛网。
2、粗磨时选用粗粒度砂轮；精磨时选用细粒度砂轮；超精磨削或镜面磨削时，一般使用微粉砂轮。
3、磨料粒度的选择，主要与加工表面粗糙度和生产率有关。
粗磨时，磨削余量大，要求的表面粗糙度值大，应选用较粗的磨粒。
因为磨粒粗、气孔大，磨削深度较大，砂轮不易堵塞和发热。
精磨时，余量较小，要求粗糙度值较低，可选取较细磨粒。
一般来说，磨粒越细，磨削
表面粗糙度越好。
这时大家如还有不清楚的或者是需要购买该类产品的，可咨询郑州中拓磨料磨具有限公司进行详细的了解。
我们是一家从事CBN(立体氮化硼）超硬砂轮和金刚石超硬磨具研究、生产、销售、服务于一体的技术型和生产型制造企业。
为客户解决磨削加工过程中出现的难题。
CBN砂轮的选择陶瓷结合剂CBN砂轮的研发成功，对生产磨床的厂家提出了更高的技术要求，生产适应CBN砂轮性质的磨床。
这样磨床生产厂商和砂轮生产厂商共同开发的数控多轴磨床，大大地提高了生产效率和降低了生产成本，使这一古老加工工艺又焕发出新的光彩。
磨削加工是人类最古老的加工手段之一，随着工业的进展，特别是硬金属的加工，它是不可缺少的加工手段。
在20世纪80时代，发达的西方国家CN机床和机床加工中心高速进展，高速主轴和硬质刀具的应用，磨床加工与其相比也就显得加工成本昂贵了。
但是随着磨削技术的进展，磨具也进一步得到改进。
通过创新可供使用的磨料质量、改进组织结构以及采纳新结合剂系统使磨具从根本上提高生产效率。
超硬材料CBN创造，作为磨料用于砂轮的制造，使砂轮的耐用度成倍提高。
特别是在20世纪80时代中期研发出的陶瓷结合剂CBN砂轮，在修正修锐上的技术突破，可以说它是磨削磨具的一次真正革命。
CBN砂轮的分类CBN磨料制作的砂轮，依据不同的加工工艺和所用不同成分的结合剂可分为以下四种。
它们的性质和用途（仅限于机械加工用途）也有所不同。
1.电镀CBN/金刚石砂轮砂轮的生产工艺简单，生产成本低。
成型简单但是只有一层镀层，在加工过程中，较难知道何时磨层受损，适用于批量小的机械加工用和修正滚轮。
2.烧结式CBN/金刚石砂轮硬度大和密度高，加工成高精度的，成本高。
重要用于砂轮的修正滚轮和大批量的超硬材料的加工。
3.树脂CBN/金刚石砂轮砂轮的生产工艺简单，生产成本低。
成型简单但是不好修正整型。
用于多形状小批量的加工。
如工具磨和刀具的加工，以及玻璃的加工。
4.陶瓷结合剂的CBN/金刚石砂轮陶瓷结合剂的CBN/金刚石砂轮具有磨削力强，高速加工不烧伤工件，可修正而耐用等优点。
应用实例加工工艺和结合剂的配方被少数外国厂家把握，如刚进入中国市场的德国Krebs&Riedel公司，世界最大的磨料模具集团圣戈班旗下的WINTER公司，奥地利的TYROLIT公司，德国的Wendt公司和瑞士的WINTERTHUR是目前最理想的高速、高效和高精度的磨削工具供应商。
《精密制造与自动化》ＣＢＮ砂轮１２０ｍ／ｓ高速磨削表面粗糙度实验研究湖南大学机械与汽车工程学院，国家高效磨削工程技术研究中心罗宁黄红武宓海青吴耀摘要本文针对不同的磨削参数对４５钢、２Ｃｒｌ３、Ｔ１０三种材料的影响程度进行研究，通过实验分析了ＣＢＮ砂轮高速磨削三种材料时工件表面粗糙度的变化情况，提出了降低不同材料工件的表面粗糙度的高速磨削工艺参数的优化控制原则。
关键词高速磨削ＣＢＮ砂轮工艺参数表面粗糙度高速超高速磨削的一个很重要的优点就是能得到低粗糙度的加工表面。
ＣＢＮ砂轮是高速磨削中磨削金属材料的最佳工具。
使用ＣＢＮ砂轮对工件进行高速磨削与普通磨削的磨削机理有很大的不同。
在低速域进行磨削时，随着进给量的增加，磨屑增厚，磨削力亦相应增大，表面粗糙度随之增高。
在高的磨削速度下，磨屑厚度相对较小，单一磨粒承载较低，磨削力较小，磨削后工件表面粗糙度值也比较低。
另外，工作台速度、砂轮的参数和状态对加工工件的表面粗糙度值也都有不同程度的影响。
国内对ＣＢＮ砂轮的磨削性能的实验研究较少。
为研究ＣＢＮ砂轮的磨削性能，比较ＣＢＮ砂轮对４５钢、２Ｃｒｌ３、ＴＩＯ钢三种材料的磨削效果，本文在实验的基础上分析了不同加工参数对三种材料工件表面粗糙度的影响程度，观察了ＣＢＮ砂轮加工不同材料的磨削效果，进而对不同材料实际加工时工艺参数的优化控制提出了具体的改进原则。
１实验条件及方法１．１磨削条件（１）磨削设备：湖南大学自主研发的１５０ｍ／ｓ超高速平面磨削试验台，加工范围（长×宽×高）５００×２５０×２００，机床总功率２６．３７ＫＷ；（２）砂轮型号：陶瓷结合剂ＣＢＮ砂轮３００×１６×１２７×５结合剂：碳化硼浓度：２００％砂轮粒度８０一１００，最高速度１２５ｍ／ｓ；（３）工件材料：４５钢：淬火ＨＲＣ３４—３７；２Ｃｒｌ３：淬火ＨＲＣ４５～４７；ＴＩＯ：淬火ＨＲＣ５５—５７；（４）测量装置：表面粗糙度：Ｈｏｍｍｅｗｅｒｋｅ・２２．ＴＳ０００；大连理工大学磨削力在线测量装置。
cbn砂轮磨削参数今天咱们来唠唠CBN砂轮磨削参数这个超有趣（虽然听起来有点专业啦）的话题。
一、CBN砂轮是啥呢？CBN砂轮啊，它可是磨削界的一个小明星呢。
CBN就是立方氮化硼啦，这种材料超级硬，硬度仅次于金刚石哦。
所以用它做成的砂轮在磨削的时候就特别厉害。
它可以用来磨削好多硬度比较高的材料，像那些合金钢啊、高速钢之类的。
你想啊，要是普通的砂轮去磨削这些硬家伙，可能没几下就磨损得不成样子了，但是CBN砂轮就不一样啦，它能稳稳地把这些硬材料磨削得又精准又光滑。
二、磨削参数之砂轮转速。
说到CBN砂轮的磨削参数，砂轮转速可是个关键因素。
这个转速就像是砂轮工作时候的小节奏。
如果转速太快呢，虽然磨削的效率可能会提高，但是也会带来一些小麻烦。
比如说，砂轮可能会因为离心力太大而发生破裂，这可就危险啦，就像一个转得太快的小陀螺突然散架了一样。
要是转速太慢呢，磨削的效率就会变得很低，就像小蚂蚁搬家，慢悠悠的。
所以呢，要根据被磨削材料的硬度、砂轮的直径大小等因素来确定一个合适的转速。
一般来说，对于硬度比较高的材料，转速可以适当高一点，但是也要在安全的范围内哦。
三、磨削参数之进给量。
进给量这个东西呢，就像是给砂轮规定的每次向前走多少的小指令。
如果进给量太大，砂轮一次吃进去太多材料，就会让磨削变得很粗糙，就像一个人狼吞虎咽吃饭一样，肯定吃相不太好啦，而且还可能会让砂轮磨损得特别快。
要是进给量太小呢，虽然磨削出来的表面可能会比较光滑，但是效率就太低了，这就有点像吃饭的时候一粒一粒地吃米饭，太浪费时间啦。
所以啊，要找到一个合适的进给量，让砂轮既能高效地磨削，又能保证磨削的质量。
对于那些对精度要求比较高的零件，进给量可能就要稍微小一点，多花点时间来保证质量。
四、磨削参数之磨削深度。
磨削深度也是个很重要的参数呢。
这个就像是砂轮要在材料上挖多深的小坑一样。
如果磨削深度太大，那对砂轮的压力就很大，很容易让砂轮磨损，而且也可能会让被磨削的材料出现裂纹之类的问题。
用于高性能磨削的CBN砂轮1前言在高性能磨削或高效深磨中，由于采纳极高的砂轮线速度（100m/s～250m/s左右）进行深磨（切深5mm～20mm），工件进给速度也相当高，因而无论对机床和砂轮都提出了很高的要求。
对于砂轮来说，必需具有很高的抗碎裂强度、很好的形状精度保持性以及尽可能高的耐用度，以削减转动时离心力的影响和缩短更换砂轮所需的时间。
传统的陶瓷和树脂结合剂砂轮已不能充足高性能磨削的需要，必需采纳新型的砂轮以适应高速和大切深。
目前国内外在金属材料的高性能磨削中重要采纳单层电镀CBN砂轮，另外为了解决单层电镀砂轮容屑空间比较小的问题，还开发出了一种金属单层CBN砂轮。
以下简要讨论一下高性能磨削砂轮的基本特征和两种不同结合剂形式砂轮的性能特点。
2高性能磨削砂轮的基特征本高性能磨削的效果与砂轮的合理设计和使用紧密相关，而用于高性能磨削的砂轮与一般砂轮有很大区分。
在正确的使用条件下，高性能磨削时砂轮的磨损特别小，即使在高效深磨的条件下，磨削比也可达到20000甚至更高，而且这种现象随砂轮速度的提高表现得愈加明显，而速度的提高对砂轮强度提出了极高要求。
高强度和半永久性是高性能磨削砂轮两个基本特征。
高性能砂轮设计应遵从三个原则：（1）安全性好；（2）加工精度高；（3）良好的磨削性能。
其中安全性是最重要的。
高性能砂轮的安全性很大程度上倚靠于基体强度，对磨料层强度、基体与磨料层结合强度也有很高要求。
由于磨料层厚度相对很小，砂轮的安全设计重要是基体综合设计，这也是与一般砂轮设计的紧要区分。
依据有关原则（最大切向应力、疲乏强度、砂轮全塑性变形）可以确定砂轮的临界失效转速。
另外还要考虑砂轮直径与主轴转速的合理匹配，对基体截型应考虑多种因素进行优化设计。
高性能磨削中极高的砂轮线速度和很高的工件进给速度相结合，有可能导致磨削系统振动，因而要求砂轮应具有肯定的阻尼减振特性，一般可通过在砂轮和主轴之间加入阻尼垫或采纳阻尼特性好的高分子或复合材料制作砂轮盘。
CBN及CBN砂轮磨削技术参数优化CBN及CBN砂轮磨削技术参数优化CBN（Cubic Boron Nitride）是继人造金刚石问世之后，于1957年，由美国GE公司首先合成出的又一种超硬材料。
我国在1966年试制成功CBN，至今已有四十余年的历史了。
CBN的硬度仅低于金刚石，除了高硬度、高耐磨性、低摩擦系数等性质外，还具有比金刚石优越的耐热性和对铁族金属材料的化学惰性。
利用它这些优异的性能作研磨材料所制成的CBN磨具，特别适合于各类铁族金属材料的磨加工。
它和金刚石用于加工硬而脆的非铁系材料相互补充，使超硬材料的应用范围大大拓宽。
和普通磨料的磨具相比，CBN磨具具有高速、高效、高加工质量、长寿命、低成本的特点，可作为高速数控磨床高效、高精度磨削的首选工具。
在汽车、压缩机、机床、工具、轴承等工业领域有着广泛的应用。
1 CBN的性质1-1 CBN的晶体结构六方氮化硼（hBN）经高温高压合成，晶体结构由层状转变为立方结构，密度由2.25g/cm3增加到3.48g/cm3，各种性质都发生了突变。
1-2 CBN的主要特性在将CBN作研磨材料使用时，我们主要关注CBN的硬度、耐磨性、强度和导热性等性质。
1-2-1 硬度CBN的硬度仅次于金刚石，而远高于其它普通磨料。
高的硬度意味着切削能力更强、更锋利。
1-2-2 耐磨性CBN有高的耐磨性，意味着它比普通磨料更难磨损，保持磨粒形状的能力是CBN作为高性能磨料的主要特性之一。
1-2-3 抗压强度CBN的抗压强度很高，这意味着在高强度、大去除量磨削等恶劣条件下使用时，它能保持颗粒完整而不易破碎，因而使CBN磨具寿命更长。
1-2-4 导热性CBN有良好的导热性，在磨削时可实现冷切削。
从而大大减少被磨工件烧伤的可能性。
另外，CBN还有高的热稳定性和较低的热膨胀系数。
特别是CBN 与铁、碳没有明显的化学亲和力，决定着它在磨削铁族金属时的价值。
而金刚石在一定温度下与铁发生化学反应而使其结构破坏，这就是金刚石不能加工铁族金属材料的原因。
陶瓷结合剂CBN砂轮的特性立方氮化硼（cubic boron nitride，CBN）的硬度仅次于金刚石，具有硬度高、热稳定性和化学稳定性好，高温下对铁族元素呈化学惰性的特点，是加工铁族材料时的理想材料。
立方氮化硼磨具是以CBN为磨料，借助于结合剂和其他辅助材料，在一定条件下制成的具有一定的形状和性能的用于磨削、研磨和抛光等加工用途的系列工具，如砂轮、磨头、切割片、磨盘、油石等。
其中CBN砂轮磨具最为普遍。
按照结合剂划分，CBN砂轮有金属结合剂CBN砂轮、树脂结合剂CBN 砂轮、陶瓷结合剂CBN砂轮三类。
与其他结合剂相比，陶瓷结合剂虽然存在脆性大、生产周期长等缺点，但是由于具有耐热性好、形状保持性好、气孔多且可调、易修整等优点，其在CBN砂轮体系中所占比例逐年升高，成为CBN磨具中最大的家族。
与其他结合剂CBN砂轮相比，陶瓷结合剂CBN砂轮具有如下特性：（1）具有可控的气孔率。
陶瓷结合剂CBN砂轮表面的气孔具有容屑、排屑、增强散热和冷却的作用。
根据磨削的用途，通过研究陶瓷结合剂，调整砂轮配方等手段，可以调控陶瓷结合剂CBN砂轮中气孔的大小和气孔的多少。
（2）切削性能好。
由于陶瓷结合剂CBN砂轮的开放式结构，使得CBN磨粒能够最佳暴露突出，由此制得的砂轮具有极好的自由切削性能和高的工件材料去除率，磨削力小，比磨削能低，磨削性能好。
（3）热稳定性和化学稳定性好。
陶瓷结合剂CBN砂轮中，一方面陶瓷结合剂具有良好的耐热性，能使CBN磨料的高热稳定性得到充分利用，磨具使用寿命较长；另一方面陶瓷结合剂优异的化学稳定性，使得磨具对磨削液的适应范围较广。
（4）刚性好。
陶瓷结合剂CBN砂轮由于热膨胀系数较小，刚性好，磨削时让刀小，更适合高精度低粗糙度的磨削。
（5）自锐性好。
陶瓷结合剂CBN砂轮由于自锐性较好，容易修整，修整间隔较长，修整频度低；修正和修锐可一次完成，维护费用较低。
（6）加工工件完整性好。
陶瓷结合剂CBN砂轮磨削的工件表面完整性好，工件质量高，砂轮的使用寿命较长。
