超高速平面磨削快速點(diǎn)磨機(jī)理
　　使用CBN磨料模具的超高速平面磨削技術(shù)是先進(jìn)制造的前沿技術(shù)，快速點(diǎn)平面磨削則是超高速
　　①難加工材料的快速點(diǎn)平面磨削性能分析 在超高速外圓平面磨削加工中，接觸層材料的變形式中，l為平面磨削區(qū)動(dòng)態(tài)弧長；u為實(shí)際速度；ap為平面磨削深度；ds和us分別為砂輪直徑和砂輪線速度；dw和uw分別為工件直徑和工件速度；逆磨時(shí)取正號(hào)；順磨時(shí)取負(fù)號(hào)。度和軸向進(jìn)給量極小(平面磨削深度一般為0.02~0.2vm)，單顆磨粒的平面磨削厚度及接觸弧長更小?？紤]速度的合成，實(shí)際平面磨削速度可高達(dá)200~250 m/s，因此磨粒和平面磨削層材料碰撞的特征時(shí)間更短，一般為10-6~10-5S。平面磨削區(qū)接觸層某點(diǎn)的應(yīng)變率可表示成該點(diǎn)應(yīng)變e對(duì)時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)。由于點(diǎn)平面磨削接觸弧長極小，接觸層平均應(yīng)變率等于平面磨削速度除以結(jié)構(gòu)的變形區(qū)
　　根據(jù)式(17)，接觸區(qū)平均應(yīng)變率可高于105s。如果忽略接觸弧的曲率效應(yīng)而僅考慮磨粒與材料碰撞點(diǎn)附近的局部變形區(qū)域，則磨粒與平面磨削層的作用特征時(shí)間更為短暫，應(yīng)變率可高達(dá)107~108S-1根據(jù)表，超高速平面磨削過程已屬?zèng)_擊或超速?zèng)_擊載荷的力學(xué)行為，
　　表　載荷性質(zhì)劃分　　

特征時(shí)間/s	104~106	100~102	10~2	10-5~10-3	10-8~10-6
應(yīng)變率/s-1 載荷性質(zhì)	10-9~10-5 蠕變	10-4~10-1 準(zhǔn)靜態(tài)	10-1~100 動(dòng)態(tài)	10-2~10-4 沖擊	10-4~10-8 超速?zèng)_擊

　　一些高性能硬脆材料在工程中的應(yīng)用日趨廣泛，但改善這類材料的機(jī)械tn-r性能始終是一項(xiàng)技術(shù)難題。研究結(jié)果表明，脆性材料在超高速平面磨削條件下可以實(shí)現(xiàn)延性域平面磨削。由于快速點(diǎn)平面磨削過程中材料極高的應(yīng)變率，材料變形層將產(chǎn)生高度局部化的絕熱剪切和動(dòng)態(tài)微損傷。應(yīng)變率弱化效應(yīng)對(duì)平面磨削過程，特別是對(duì)平面磨削力及材料去除機(jī)理的影響會(huì)更為顯著，脆性材料不再完全以脆性斷裂的形式產(chǎn)生磨屑，因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)硬脆性材料的“延性”加工，從而大大提高硬脆性材料的平面磨削質(zhì)量和加工效率。此外，由于金屬活性高、熱導(dǎo)率低等因素影響，鎳基耐熱合金、鈦合金和鋁合金等一些難磨材料在普通平面磨削條件下平面磨削加工性很差?？焖冱c(diǎn)平面磨削的磨屑行程時(shí)間極短，磨屑變形速度已接近靜態(tài)塑性變形應(yīng)力波的傳播速度。由于塑性變形的滯后而使犁耕變形減小，材料變形區(qū)動(dòng)態(tài)微損傷密度增加，這相當(dāng)于材料塑性降低，磨屑在彈性狀態(tài)下去除，從而可實(shí)現(xiàn)延性材料的“脆性”加工，并可減小加工硬化傾向，降低表面粗糙度值和殘余應(yīng)力。根據(jù)波動(dòng)方程，材料靜態(tài)應(yīng)力波速度可表示為材料密度；材料變形層應(yīng)力；材料變形層應(yīng)變。
　　根據(jù)純鋁材料在靜態(tài)條件下應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系曲線，由式(18)可求得純鋁材料的靜態(tài)塑性應(yīng)力波速約為200m/s。圖16和圖17分別為超高速平面磨削純鋁的試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)平面磨削速度超過200m/s時(shí)，表面硬化程度和表面粗糙程度值開始減小，工件表面完整性得到改善，因此加載速度提高使得塑性應(yīng)變點(diǎn)后移，增大了材料在彈性小變形階段被去除的概率，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)了塑性材料的“脆性”加工。因此，塑性材料靜態(tài)應(yīng)力波速是實(shí)現(xiàn)“脆性”加工的臨界點(diǎn)?？焖冱c(diǎn)平面磨削可以實(shí)現(xiàn)更高的平面磨削工藝參數(shù)，對(duì)高韌性難磨材料也可獲得良好的平面磨削加工性能。
　　　
　　圖 16平面磨削表面硬度
　　　
　　圖17平面磨削表面粗糙度
　　基于以上分析，通過優(yōu)化平面磨削工藝參數(shù)，快速點(diǎn)平面磨削可實(shí)現(xiàn)對(duì)脆性和韌性難磨材料的高質(zhì)量平面磨削加工，因此應(yīng)開展采用快速點(diǎn)平面磨削工藝平面磨削這類難加工材料的理論和試驗(yàn)研究，發(fā)揮其技術(shù)特點(diǎn)，加大快速點(diǎn)平面磨削加工材料的范圍。
　?、趶?fù)雜回轉(zhuǎn)表面點(diǎn)平面磨削加工 快速點(diǎn)平面磨削目前主要用于軸類零件圓柱表面及溝槽的平面磨削加工。如一汽大眾汽車有限公司采用快速點(diǎn)平面磨削工藝平面磨削EAll3五氣門系列發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸軸頸，大大提高了生產(chǎn)率及加工質(zhì)量，效益顯著。在大批量生產(chǎn)中，復(fù)雜回轉(zhuǎn)曲面精密加工的主要方法是砂輪成形平面磨削，但對(duì)砂輪形狀精度要求較高，平面磨削發(fā)熱量大，加工質(zhì)量不夠穩(wěn)定，砂輪修整過程復(fù)雜，工藝成本較高。根據(jù)超高速點(diǎn)平面磨削的技術(shù)特點(diǎn)，通過合理控制超薄砂輪軸線相對(duì)于工件軸線在水平方向的點(diǎn)平面磨削質(zhì)量角度盧，結(jié)合X、y軸的CNC聯(lián)動(dòng)，利用超薄砂輪能夠進(jìn)入普通砂輪所不能進(jìn)入的平面磨削區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)這類復(fù)雜回轉(zhuǎn)曲面零件的點(diǎn)平面磨削加工(圖18)，從而簡化這類零件的加工工藝，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，需要進(jìn)一步開發(fā)在這一領(lǐng)域點(diǎn)平面磨削工藝，充分發(fā)揮快速點(diǎn)平面磨削技術(shù)性能，擴(kuò)大快速點(diǎn)平面磨削加工幾何形面的適用范圍。
　　　
　?、凵拜喣p機(jī)制 快速點(diǎn)平面磨削砂輪直徑一般為350~400mm，金屬基體周邊徑向磨料層厚度以及砂輪寬度僅有4~6mm。平面磨削外圓表面時(shí)，由于點(diǎn)平面磨削變量角的存在，根據(jù)平面磨削幾何學(xué)關(guān)系，砂輪與工件母線理論上為點(diǎn)接觸，接觸區(qū)主要分布在靠近砂輪邊緣并與砂輪側(cè)邊相重合的近似半橢圓區(qū)域。由于形成“后角”，材料的去除主要由砂輪的側(cè)邊完成，砂輪周邊僅起類似車刀副切削刃的光磨作用。由于平面磨削區(qū)不同半徑處砂輪側(cè)邊線速度、接觸弧長和單顆粒平面磨削厚度不同(圖19)，因此砂輪沿橫向的磨損表現(xiàn)及砂輪修整方法與常規(guī)平面磨削存在一定區(qū)別。
　　根據(jù)對(duì)我國汽車制造企業(yè)應(yīng)用快速點(diǎn)平面磨削工藝現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果，由于缺乏對(duì)超薄超硬磨料砂輪在快速點(diǎn)平面磨削條件下磨損機(jī)理的認(rèn)識(shí)，砂輪的修整都是根據(jù)規(guī)定的加工工件數(shù)量并按一定的生產(chǎn)周期進(jìn)行，因此存在因砂輪修整過早而使超硬磨料損耗嚴(yán)重、超薄砂輪壽命降低或因修整過晚而影響加工質(zhì)量的現(xiàn)象。這是快速點(diǎn)平面磨削工藝目前存在的一項(xiàng)技術(shù)難題。與普通外圓平面磨削不同，砂輪主要是沿側(cè)邊磨損。為減小超硬磨料消耗，保證加工精度及工件尺寸的一致性，應(yīng)進(jìn)行合理有效的砂輪修整。因此，需要研究和建立相應(yīng)的砂輪磨損模型及砂輪側(cè)邊損量對(duì)平面磨削性能的影響規(guī)律，科學(xué)地評(píng)價(jià)砂輪磨損狀態(tài)與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，并以此為基礎(chǔ)研究 CBN點(diǎn)平面磨削超薄砂輪的修整理論和技術(shù)方法。