1、超高速磨削技術的概念
超高速磨削是通過提高砂輪線速度即磨削速度達到提高金屬磨除率和質(zhì)量的工藝方法，常將磨削速度為普通磨削速度5倍以上的高速磨削稱為超高速磨削(super high speed grinding)。超高速磨削是一種高效而經(jīng)濟地生產(chǎn)出高質(zhì)量零件的現(xiàn)代加工技術，是應用高效率、高精度、高自動化、高柔性的磨削裝備，提高磨削的進給速度，增加單位時間金屬比磨除率z0和金屬磨除率z。使磨除率大為提高，能達到車削、銑削的金屬磨除率甚至更高，是能極大地提高平面磨床工件加工效率、加工精度和表面加工質(zhì)量的*制造技術。
超高速磨削的提出是基于德國薩洛蒙的超高速切削理論，該理論認為：普通切削速度范圍內(nèi)切削溫度隨切削速度增大，而升高不同切削速度增大至與工件材料的種類有關的某一臨界速度后，隨著切削速度的增大，切削溫度與切削力反而降低。據(jù)此，在大于臨界切削速度的范圍內(nèi)，則可進行高速切削，大幅度地提高機床的生產(chǎn)率。同樣，在高的磨除率條件下，隨著砂輪線速度u。增大，磨削力在u。-100m／s前后的某個區(qū)間可能出現(xiàn)陡降(約降低50％)，這種趨勢隨著磨除率的提高而更加明顯，且當砂輪達到超高速磨削狀態(tài)后，工件表面溫度出現(xiàn)回落趨勢。薩洛蒙曲線描述了超高速磨削概念，如圖 所示。當磨削速度超過u。h后，能大幅度減少加工工時，成倍地提高磨床生產(chǎn)率。
超高速磨削突破了傳統(tǒng)磨削概念，有高的金屬磨除率，能獲得很好的加工表面粗糙度和精度，擴大了磨削工藝的適用范圍，成為一種能和車削、銑削等加工方法相競爭的高效加工工藝。實驗表明：通過大幅度提高切削速度，就可越過切削過程產(chǎn)生的高溫死谷而使刀具在超高速度區(qū)進行高速切削，從而大幅度減少切削工時，成倍地提高機床生產(chǎn)率。超高速磨削不僅對高塑性和難磨材料具有良好的磨削效果，而且能夠高效率地對硬脆材料實現(xiàn)延性磨削。
圖 薩洛蒙高速切削加工理論示意
2、超高速磨削機理
在超高速磨削中，通過優(yōu)化選擇各種磨削參數(shù)可限度地提高材料加工延塑性，減少磨削表面裂紋和損傷。在保持其他參數(shù)不變的情況下，隨著砂輪速度的大幅度提高，單位時間內(nèi)磨削區(qū)的磨粒增加，每個磨粒切下的磨屑厚度變小，每顆磨粒的切削厚度變薄，則導致每個磨粒承受的磨削力變小，總磨削力也大大降低。由于磨削速度很高，單個磨屑的形成時間極短。在極短時間內(nèi)完成的磨屑高應變率形成過程，使工件表面的彈性變形層變淺，磨削溝痕兩側因塑性流動而形成的隆起高度變小，磨屑形成過程中的耕犁和滑擦距離變小，工件表面層硬化及殘余應力傾向減少。超高速磨削時磨粒在磨削區(qū)內(nèi)的移動速度和工件的進給速度均大大加快，再加上應變率響應溫度滯后的影響，使工件表面層磨削溫度有所降低，能越過容易發(fā)生磨削燒傷的區(qū)域，而極大地擴展了磨削工藝參數(shù)的應用范圍。
超高速磨削技術在實際應用中，還需深入、磨床系統(tǒng)地研究高硬難加工金屬材料的高速／超高速的磨削機理，主要研究內(nèi)容如下。
①高硬難加工材料的微結構和材料性能分析。
②超高速磨削條件下高硬難加工材料的微結構和材料性能對去除機理的研究。
③超高速磨削狀態(tài)下，材料去除機理及其對工件加工質(zhì)量的影響。
④超高速磨削工況下的磨削力、磨削熱的形成機理和分配。
⑤磨屑在磨削力、磨削熱的復合作用下的成屑機理及其對工件加工質(zhì)量的影響。
⑥超高速磨削下磨削表面的裂紋和損傷的形成機理。
⑦加工條件對破壞層的影響。
⑧砂輪、工件及機床的受力及振動對工件加工質(zhì)量的影響。
應尋求合適的方法以提高超高速磨削的金屬磨除率，又不造成工件的熱損傷。如果將磨削溫度控制在液態(tài)成膜沸點以下，就可以提高金屬磨除率，就可對磨削過程中熱損傷實現(xiàn)自適應控制。