磨削技術發展趨勢

磨削技術發展趨勢

　　對于泵、汽輪機和汽車制造，從能效方面來說，表面設計將成為關鍵技術。將創新的方法(如：仿生微結構)用于表面設計是可能的。為了使加工制造規劃符合高能效要求，將采用多種方法，如：優化冷卻液供應以及使用全新驅動方案或刀具。

　　柯爾柏斯來福臨機械(上海)有限公司(簡稱KSMS)隸屬于聯合磨削集團。聯合磨削集團擁有八個知名品牌(斯圖特, 肖特, 米克羅莎, 瓦爾特, 伊瓦格, 美蓋勒, 保寧, 瓊格)，掌握著世界第一的硬質精磨技術，主要服務于有高精密度磨削要求的客戶。

　　老齡化社會、生態、移動性、個性化以及城市化是當前人們的談話熱點。這些熱議主題對加工技術有著深遠的意義，因為由此將形成新的市場，老的市場將消亡，并使重點轉移。

　　平均國民年齡越來越高，人們對于生態環保方面的意識也在不斷提高，這對于加工技術有著尤為重要的意義。老齡化社會將會導致醫療產品需求上升，從而使難切削材料的比例增大。為了能滿足這些高需求，必須在生產效率和自動化程度方面對現在的加工工藝進行進一步的開發。

　　加工能效

　　人類行為應符合生態要求，在這個方面的意識在不斷提高，這直接和間接地影響著加工技術。這帶來的直接后果就是，現在不僅要關注經濟性，還要對加工能效進行考量。為了使加工制造規劃符合高能效要求，將采用多種方法，如：優化冷卻液供應以及使用全新驅動方案或新工具。

　　除了這些直接影響外，還有一系列間接影響，因為市場需要高能效產品。對此可從流體機械(如：泵或汽輪機)以及汽車中察覺到。在泵和電站制造行業，為了能進一步提高效率，花費了大量人力物力。從而使需加工表面的復雜性增大。為了降低汽車油耗，汽車制造商使用了高科技發動機技術。同時，針對舒適性和發動機性能的要求也在提高。

　　為了適應針對產品和零件的這些不斷提升的要求，表面設計是一項關鍵技術。提高表面質量將使摩擦損耗降低，采用所形成的微觀結構還能實現額外的功能，改善邊緣區域則可提升使用壽命。

　　在超硬材料和難切削材料被頻繁使用這一背景下，磨削技術就有尤為重要的意義。只有在對流程有了必要的了解并根據待加工材料和表面的目標幾何尺寸使用正確的刀具和正確的流程策略情況下，才能完成“定制表面”。在本報告中將對所面臨的挑戰加以介紹，并對選擇正確刀具和理想流程策略所用方法進行探討。另外還將展示如何才能通過對刀具和策略設計進行有機組合使創新的產品效率提升方案得以實現。

　　磨具特性

　　磨具特性將對應用行為、表面質量、零件邊緣區域以及生產效率產生巨大影響。砂輪特性將由切削材料類型、粒度大小以及磨粒密度和粘結劑特性決定。為了加工脆硬材料，將主要使用金剛石作為切削材料。在選擇相關粘結劑時必須確保磨粒的所有潛力都得到利用。為了進一步提高金剛石砂輪的性能，金屬粘結劑材料的潛力十分巨大。

　　金屬粘結劑耐磨損、耐高溫，并擁有很高的熱傳導能力。在同時采用多孔結構時能實現“冷態”磨削。這能使內部壓應力顯著提高。為了能在磨削時加工出Ra為0.1μm的表面質量，必須使用很小的磨粒。但是，降低磨粒大小會使磨粒表面以及磨粒保持力降低。通過針對性地調整燒結參數可克服這一現象。

　　流程策略

　　在選擇了正確的砂輪屬性后，設計正確的磨削策略對于達到表面設計要求有著決定性的意義。也許是出于美學方面的原因，或者是為了優化流體表面，或者是因為新的應用(如：膝關節植入物)，需加工自由曲面的比例也在增加。為了經濟地加工出具有高表面質量和低形狀公差的自由曲面，需要使用合適的磨削策略。與三軸加工相比，通過將砂輪置于與進給運動呈直角的位置加上曲面法向加工就可獲得恒定的嚙合條件，從而能實現更高的形狀精度以及更高的切削能力。

　　通過將磨具置于進給方向，還能使零件粗糙度顯著下降，因為切削速度和進給速度不指向同一方向，砂輪形貌的影響將下降。在采用定形切削刃切削方面，很久以來，五軸加工就已是代表性技術，并在行業中被廣為使用。目前，五軸磨削是受推崇方案的代表，它是專門為應用所設計的。

　　迄今為止，所使用的CAD/CAM程序是為定形切削設計的。而將此軟件用于五軸磨削加工將給自己帶來一些問題。程序分辨率不能滿足磨削加工需求。這可能會造成工具路徑包含不希望有的拐點或者未定義的點，這會在磨削時造成輪廓偏差。另外，CAD/CAM程序忽略工具磨損，它從理想化狀態出發，而不是修整后所具有的工具幾何尺寸。對磨損或實際工具形狀加以考慮有可能使輪廓精度得到提高。

　　在采用由合適的砂輪屬性和磨削策略組成的最佳組合時，也有可能將創新的方法用于表面設計，如：仿生微結構。

　　仿生結構中一個很好的例子是肋條狀皮膚組織，它仿照了鯊魚皮結構，它能把近壁面摩擦最多降低10%。在用于流體機械時，如：泵、蒸汽輪機或航空引擎，這可使效率得到明顯提高。微結構寬度不超過20μm，高度為10μm，并且必須沿流體方向排列。通過自由曲面實現高效與流體相關的表面采用了自由曲面，從而進一步提高效率，其中，流體在自由曲面上彎曲流過。通過將微磨粒嵌入金屬粘結劑并采用適宜的燒結參數，可按照磨削技術要求制造出所需結構尺寸。通過使用五軸磨削策略可制造出能磨削自由曲面上凸起微結構的磨具。對此必須使砂輪幾何尺寸與磨具軌跡半徑和工件彎曲度相匹配。

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