什么叫磨削效率？

一、精密磨削和超精密磨削 

隨著技術創新與高科技產品的不斷涌現，零件的加工精度和表面完整性要求愈來愈高。例如，廣泛用于液壓隨動系統中精密偶件的閥芯與閥套的配合精度常要求達到μm級，錄像頭、影碟機等精密零件的加工精度已提高到0.1μm，激光陀螺平面反射鏡的平面 度誤差要求小于0.05μm、Ra＜0.001μm。目前作為傳統精密加工方法的磨削正在向超精密磨削、超精密研磨和拋光等方向發展。精密和超精密磨削的關鍵是最后一道工序，要從工件表面降去一層小于或等于工件最后精度等級的表面層。因此，要實現精密或超精密磨削，首先要減少磨粒單刃切除量，而使用微細或超微細微粉的磨粒是減少單刃切除量的最有效途徑。日本鏡面磨削時使用的磨具粒度為4000~8000#，其微粉的平均尺寸為1.5μm~4μm，加工后工件表面粗糙度可達Ra0.003μm~0.005μm。使用粒徑為20nm的SiO2超微細微粉及錫拋光盤對藍寶石單晶進行無損超精密研磨的拋光，可獲得Ra＜1nm的表面。目前精密量塊、光學平晶、集成電路的硅基片等精密零件都是采用上述方法來獲得高質量的表面。為使研磨壓力均勻可控，近幾年來還開發了磁力研磨，磁流體超精研磨及彈性發射加工（EEM）等新技術。 

實現超精密磨削是一項系統工程，包括研制高速高精度的磨床主軸、導軌與微進給機構，精密的磨具及其平衡與修整技術，以及磨削環境的凈化與冷卻方式等。我國鄭州磨產磨具磨削研究所開發的噴涂陶瓷精密磨削工藝，其尺寸精度和加工表面粗糙度均與國外水平相當，磨削效率高于國外一倍左右。該工藝在張家口石油機械廠、武漢青山熱電廠等單位使用后，取得了顯著的經濟效益。 

二、開發了SG和ABN800等磨料新品種 

SG磨料是美國Norton公司首先推出的。它是由亞微米級的Al2O3晶體，采用溶膠凝膠（Sol-gel）工藝合成并經燒結制成的新型陶瓷剛玉磨料。與普通電熔剛玉磨料相比，不但硬度高，而且因磨粒是微晶結構，它有很多晶解面，在外力作用下或在修銳和修整中僅微晶脫落，不斷產生鋒利的切削刃，自銳性好，且剝落較少，用其制作的磨具具有耐磨性好、磨削熱少，使用壽命長、磨削比（磨除材料體積與磨具消耗體積之比）大、切除率高和磨削質量好等優點，現已廣泛用于航空航天、汽車、軸承、工模具、儀器儀表等領域的精磨與成形磨削等方面的加工。目前常用的是SG與WA（白剛玉）或A（棕剛玉）的混合磨料，其中SG所占比例有100%、50%、30%、20%、10%等多種，分別用SG、SG5、SG3、SG2、SG1來表示。國外一些性能優異的磨具制品，如德國Hermes磨料公司的CB寶石藍砂輪、奧地利Tyrolit公司開發的CSS砂輪、美國Cincinnati Milacron公司生產的MSB砂輪、日本Noritake株式會社推出的新型CX陶瓷砂輪，都是類似SG磨料的微晶燒結剛玉的產品。 

在激烈的市場競爭中，近年來美國Norton公司又推出了SG磨料的第二代產品——TG（Targa）磨料。它保留了SG的優點，在磨料形狀上作了新的突破，很有細的棒狀晶態結構，適用于緩進給磨削及加工鉻鎳鐵合金、高溫合金等難加工材料。據稱，TG磨料的材料切除率為剛玉的2倍，壽命為剛玉的7倍。 

SG磨料的磨削性能介于剛玉與CBN（立方氮化硼）之間，價格適中，是一種很有應用前景的磨料新品種。新型SG磨料我國亦已開發成功，第七砂輪集團公司已在進行該磨料的工業性應用。 

ABN800和ABN600是De Beers公司開發的CBN磨料新品種。其磨粒均是微晶結構，具有較高的抗壓強度和熱穩定性。其中ABN800有更獨特的晶體特性，磨料在受力破碎時無論大小都具有尖角，使其在使用過程中能始終保持鋒利的磨削性能，因而磨削時產生的磨削力小，功率消耗少，加工質量好，使用壽命長。近幾年來在國際展覽會上，國外展出的一些CBN磨具大多是ABN800和ABN600的微晶CBN磨料制品。 

三、高效率磨削 

高簡編和高精度是現代制造技術追求的兩大目標。大家知道，磨削雖然在達到的加工精度和表面粗糙度方面具有無可比擬的優勢，但其材料切除率Q（單位時產內磨除材料的體積，mm3/s）難以與其他切削抗衡。這是因為Q等于磨屑平均斷面積、磨屑平均長度和單位時間內的作用磨粒數（磨屑數）三者的乘積。所以，為了提高磨削效率，必須采用增大單位時間內作用的磨粒數（如高速磨削、超高速磨削、砂帶磨削等）、增大磨屑平均斷面積（如各種重磨削）及增大磨屑平均長度（如緩進給深磨、立軸平磨）等許多高效率磨削技術。其中重負荷荒磨、超高速磨削、砂帶磨削和高效深磨技術的發展尤為引人注目。 

重磨削的發展，使磨削不僅適用于精密加工和超精密加工，而且也適用于粗加工與荒加工。 

高速磨削是指磨削速度vc為50m/s~150m/s的磨削，而vc＞150m/s的磨削稱為超高速磨削。近年來研究表明，超高速磨削不但可大幅度提高工效、延長磨具壽命用降低表面粗糙度，而且可對硬脆材料實現延性磨削，對高塑性材料和難磨材料也有良好的磨削效果。過去由于受磨具回轉破裂速度的限制，以及磨削溫度高和工件表面燒傷的制約，磨削速度長期停滯在80m/s左右。隨著CBN磨料的使用和高速磨削機理研究的深入，現在工業上實用的磨削速度已達到了150m/s~250m/s，實驗室中達到500m/s。超高速磨削需要有超高速磨削磨具、超高速磨床、磨削液及其供液過濾系統以及對磨削過程監控等相關技術作支撐。在IMTS98，Toyota Machinery USA展出的高速磨床，磨50HRC淬硬鋼的傳動軸，砂輪線速度達120m/s；展出的凸輪磨床，砂輪線速度為200m/s。我國在國家自然科學基金資助下，已建造了200m/s的超高速磨削試驗臺，并開展了對超高速磨削機理的系統研究。 

砂帶磨削的加工效率比普通磨削高5~10倍以上。由于它屬于彈性磨削，有利于解決磨削燒傷和工作變形等問題。所以，工業發達國家的砂帶磨削已占總磨削量的一半左右。近幾年來國外的砂帶已用Cubitron（美國3M公司）和SG磨料取代普通剛玉磨料，同時由于采用新基體、新結合劑而使砂帶壽命延長。 

緩進給深磨是一種大切深和緩進給的高效磨削技術，它不但工效高，而且磨削精度高和加工表面質量好。特別是近幾年來出現的一種集超高速（150m/s~250m/s）、大切深（0.1mm~30mm）、快進給（0.5m/min~10m/min）于一體的高效深磨HEDG（High Efficiency Deep Grinding）新技術，它結合CBN砂輪與CNC技術，可使單位寬度砂輪上的材料磨除率高達2000mm3/mm·s~3000mm3/mm·s。用此法磨削成形表面和溝槽零件（如轉子槽、鉆頭上螺旋槽）時，可獲得遠高于切削加工的材料切除率。我國東北大學已制造出了大功率超高效深磨磨床，砂輪電動機功率為55kW，磨削速度為250m/s。 

四、超硬磨料磨削技術的新發展 

由金剛石或CBN磨料制作的磨具稱為超硬磨料磨具。由于其優良的磨削性能，現已廣泛用于磨削技術各個方面，并成為超精密磨削、高效率磨削、難加工材料磨削、高精度成形磨削、磨削自動化和無人化等技術進步的基礎。 

金剛石和CBN磨料由于它們在加工材料適應方面的互補性，使由它們所構成的磨具可加工范圍大為擴展，覆蓋了包括各種高硬、高脆、高強韌性材料的幾乎全部被加工材料。 

金剛石磨具是磨削硬質合金、光學玻璃、陶瓷和形容詞石等硬脆材料的最佳磨具，但因其在700℃~800℃時容易碳化，所以它不適于磨削鋼鐵材料及超高速磨削。CBN磨料的出現導致磨削技術的革命，它能承受1300℃~1400℃的高溫，對鐵族元素化學惰性大，導熱性好，磨鋼料時的切除率高，磨削比大，磨具壽命長，是磨削淬硬鋼、高速鋼、高強度鋼、不銹鋼和耐熱合金等高硬度韌性大的金屬的最佳磨料。此外，CBN磨具還適用于超高速磨削，金屬基體CBN磨具線速度超過250m/s也會不破碎。 

CBN磨具的廣泛使用主要是近幾年各種高效高性能CNC磨床問世，以及磨具制造技術的進步，開發出了性能優異的單層電鍍和高溫釬焊等新磨具，促使了磨削技術的發展，其中尤以高效點磨削新工藝更受人們的青睞。 

點磨削（Quickpoint Grinding）是由德國Junker公司首先推出的。它是利用釬焊CBN薄砂輪（寬度只有幾mm）和超高砂輪線速度（120m/s~180m/s，高的可達200m/s~250m/s）來實現的。加工時使砂輪軸線與工件軸線在水平方向上形成一定傾斜角，以使砂輪與工件之間理論上的線接觸變成點接觸。這樣可大大減少磨削接觸區面積，而極高的磨削速度既可使磨屑變薄、磨粒負荷減輕，又可使熱量來不及傳到工件和砂輪上，幾乎都被磨屑所帶走，提高工件加工精度和表面質量。使用表明，點磨削的磨削比大，砂輪壽命長，修整頻率低，材料切除率高，同時由于它采用和NC車床一樣的兩坐標聯動來實現復雜回轉體零件的表面磨削，一次安裝能加工出外圓、錐面、曲面、螺紋、臺肩和溝槽等所有外形，比切入磨削有更大柔性，同時冷卻效果極佳，磨削溫度低，甚至可以真正實現干磨削，目前該工藝已在我國上海大眾汽車有限公司桑塔納轎車生產線上使用，取得了顯著的經濟效益。 

五、磨削技術發展方向 

磨削當前除向超精密、高效率和超硬磨料方向發展外，自動化也是磨削技術發展的重要方向之一。目前磨削自動化在CNC技術日趨成熟和普及基礎上，正在進一步向數控化和智能化方向發展，許多專用磨削NC軟件和系統已經商品化。磨削是一個復雜的多變量影響過程，對其信息的智能化處理和決策，是實現柔性自動化和最優化的重要基礎。目前磨削中人工智能的主要應用包括磨削過程建模、磨具和磨削參數合理選擇、磨削過程監測預報和控制、自適應控制優化、智能化工藝設計和智能工藝庫等方面。近幾年來，磨削過程建模、模擬和仿真技術有很大發展，并已達到實用水平。 

我國在磨削過程建模與模擬，聲發射過程監測與識別，工件表面燒傷及殘余應力預報，磨削加工誤差在線檢測、評價與補償等方面都有許多成果，并已開發出了新型并聯磨削機器人。 

我國人造磨料生產雖然起步較晚，但發展很快，在世界上已有相當的份額。 

必須指出，近幾年來國外磨削技術發展迅速，例如對硬脆材料磨削機理及工藝的研究，利用干磨削熱量同時進行工件熱處理，以及不使用磨削液的無污染磨削等方面，我國均有一定差距。為此，我們一方面要積極開展引進國外先進磨削技術的研究工作；同時在國內應結合生產，系統地開展和推廣各種先進與實用的磨削技術。只有這樣，才能使我國的磨削技盡快趕上國外先進水平，并能做到有所發展與創新。