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摘要 超硬材料分會(huì)四屆六次常務(wù)理事（擴(kuò)大）會(huì)議暨海峽兩岸超硬材料發(fā)展座談會(huì)于2014年4月23日在云南省景洪市召開。會(huì)議中，來自南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院的傅玉燦教授作了關(guān)于“航空航天中的...
超硬材料分會(huì)四屆六次常務(wù)理事（擴(kuò)大）會(huì)議暨海峽兩岸超硬材料發(fā)展座談會(huì)于2014年4月23日在云南省景洪市召開。會(huì)議中，來自南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院的傅玉燦教授作了關(guān)于“航空航天中的磨削加工技術(shù)”的專題報(bào)告。
南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院 傅玉燦教授
報(bào)告主要從“需求分析”、“存在問題”與“發(fā)展現(xiàn)狀”等三個(gè)方面系統(tǒng)地闡述了超硬材料在航天航空領(lǐng)域的磨削加工應(yīng)用現(xiàn)狀。
報(bào)告指出：航空航天產(chǎn)品“輕、高、長(zhǎng)、低、快” 的制造要求是難加工材料發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。隨著航空航天產(chǎn)品零部件性能要求不斷提高，在高強(qiáng)韌材料方面，出現(xiàn)了鈦合金、高溫合金、金屬間化合物等新材料；在高硬脆材料方面，出現(xiàn)了先進(jìn)陶瓷、光學(xué)玻璃等新材料；而在復(fù)合性能材料方面，出現(xiàn)了樹脂基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等新材料。
超硬材料在航天航空領(lǐng)域的磨削加工應(yīng)用主要集中在葉片、盤、軸、齒輪、噴嘴等飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、機(jī)載精密儀器零部件、飛機(jī)起落架零部件等幾個(gè)主要方面。
南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院 傅玉燦教授
報(bào)告主要從“需求分析”、“存在問題”與“發(fā)展現(xiàn)狀”等三個(gè)方面系統(tǒng)地闡述了超硬材料在航天航空領(lǐng)域的磨削加工應(yīng)用現(xiàn)狀。
報(bào)告指出：航空航天產(chǎn)品“輕、高、長(zhǎng)、低、快” 的制造要求是難加工材料發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。隨著航空航天產(chǎn)品零部件性能要求不斷提高，在高強(qiáng)韌材料方面，出現(xiàn)了鈦合金、高溫合金、金屬間化合物等新材料；在高硬脆材料方面，出現(xiàn)了先進(jìn)陶瓷、光學(xué)玻璃等新材料；而在復(fù)合性能材料方面，出現(xiàn)了樹脂基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等新材料。
超硬材料在航天航空領(lǐng)域的磨削加工應(yīng)用主要集中在葉片、盤、軸、齒輪、噴嘴等飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、機(jī)載精密儀器零部件、飛機(jī)起落架零部件等幾個(gè)主要方面。
為了更好地解決航空航天領(lǐng)域新材料加工磨削技術(shù)要求的不斷提高，中國(guó)參與了歐盟第五框架項(xiàng)目（航空發(fā)動(dòng)機(jī)新型材料先進(jìn)磨削項(xiàng)目）。該項(xiàng)目要求未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)新材料先進(jìn)磨削能達(dá)到“磨削成本降低40%、磨削效率提高50%”的要求。并且要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)高強(qiáng)韌性材料難加工材料零件的加工要以磨削加工為最終加工作業(yè)。
但在現(xiàn)階段，航空航天新材料先進(jìn)磨削方面還存在著加工效率低、加工成本高、加工質(zhì)量不穩(wěn)定等難題。存在的主要問題包括：傳統(tǒng)刀具/磨具材料的耐磨性和壽命低、超硬材料工具可勝任加工，但未充分發(fā)揮作用、加工區(qū)換熱問題尚未解決、剛玉、碳化硅砂輪磨削，材料去除率，磨削比低等。
針對(duì)以上問題，進(jìn)一步開發(fā)高效磨削潛力的研究構(gòu)想：
對(duì)策1．盡可能提高砂輪的鋒利度大幅度降低磨削比能以減少產(chǎn)生的磨削熱（具有優(yōu)化地貌的砂輪設(shè)計(jì)與制造）
對(duì)策2．盡可能強(qiáng)化弧區(qū)換熱以最大限度地疏導(dǎo)已經(jīng)產(chǎn)生的積聚在弧區(qū)的磨削熱（高效加工中的強(qiáng)化換熱技術(shù)）
但在現(xiàn)階段，航空航天新材料先進(jìn)磨削方面還存在著加工效率低、加工成本高、加工質(zhì)量不穩(wěn)定等難題。存在的主要問題包括：傳統(tǒng)刀具/磨具材料的耐磨性和壽命低、超硬材料工具可勝任加工，但未充分發(fā)揮作用、加工區(qū)換熱問題尚未解決、剛玉、碳化硅砂輪磨削，材料去除率，磨削比低等。
高效磨削技術(shù)的應(yīng)用
“高效磨削”即打破傳統(tǒng)切/磨削加工“粗切精磨”的分工模式，達(dá)到加工效率、質(zhì)量雙提升，加工成本下降的目的。“高效磨削技術(shù)”現(xiàn)在主要?jiǎng)澐譃椋壕忂M(jìn)深切磨削（Creep Feed Deep Grinding）、高速快進(jìn)磨削（High Speed Stroke Grinding）、高效深切磨削（High Efficiency Deep Grinding）、高效砂帶磨削（High Efficiency Belt Grinding）。
緩進(jìn)深切磨削：加大切深，砂輪表面上同時(shí)參與切削的磨粒數(shù)增加。其優(yōu)勢(shì)在于，能保持單顆磨粒切除負(fù)荷不變的條件下大幅度提高磨削效率。具有磨削效率高、單顆磨粒的負(fù)荷減小、磨削溫度低等優(yōu)點(diǎn)。
高速快進(jìn)磨削：即提高砂輪線速度和進(jìn)給速度，單位時(shí)間內(nèi)參與切削的磨粒數(shù)增加。其優(yōu)勢(shì)在于：即獲得高效率又達(dá)得高精度。還有磨削力小、磨削效率提高、砂輪使用壽命提高以及被加工工件表面粗糙度低、表面完整性好等優(yōu)點(diǎn)。
高效砂帶磨削：籍磨料相對(duì)有向合理排布，大幅度提高磨具的靜態(tài)風(fēng)力度。其優(yōu)勢(shì)在于：磨削比能低、熱效應(yīng)低、可在不加冷卻液的條件下實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)。
“高效磨削”即打破傳統(tǒng)切/磨削加工“粗切精磨”的分工模式，達(dá)到加工效率、質(zhì)量雙提升，加工成本下降的目的。“高效磨削技術(shù)”現(xiàn)在主要?jiǎng)澐譃椋壕忂M(jìn)深切磨削（Creep Feed Deep Grinding）、高速快進(jìn)磨削（High Speed Stroke Grinding）、高效深切磨削（High Efficiency Deep Grinding）、高效砂帶磨削（High Efficiency Belt Grinding）。
緩進(jìn)深切磨削：加大切深，砂輪表面上同時(shí)參與切削的磨粒數(shù)增加。其優(yōu)勢(shì)在于，能保持單顆磨粒切除負(fù)荷不變的條件下大幅度提高磨削效率。具有磨削效率高、單顆磨粒的負(fù)荷減小、磨削溫度低等優(yōu)點(diǎn)。
高速快進(jìn)磨削：即提高砂輪線速度和進(jìn)給速度，單位時(shí)間內(nèi)參與切削的磨粒數(shù)增加。其優(yōu)勢(shì)在于：即獲得高效率又達(dá)得高精度。還有磨削力小、磨削效率提高、砂輪使用壽命提高以及被加工工件表面粗糙度低、表面完整性好等優(yōu)點(diǎn)。
高效砂帶磨削：籍磨料相對(duì)有向合理排布，大幅度提高磨具的靜態(tài)風(fēng)力度。其優(yōu)勢(shì)在于：磨削比能低、熱效應(yīng)低、可在不加冷卻液的條件下實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)。
航空航天類難加工材料高效加工存在的主要問題：
1．磨削熱的產(chǎn)生問題
2．磨削弧區(qū)的換熱問題
1．磨削熱的產(chǎn)生問題
2．磨削弧區(qū)的換熱問題
針對(duì)以上問題，進(jìn)一步開發(fā)高效磨削潛力的研究構(gòu)想：
對(duì)策1．盡可能提高砂輪的鋒利度大幅度降低磨削比能以減少產(chǎn)生的磨削熱（具有優(yōu)化地貌的砂輪設(shè)計(jì)與制造）
對(duì)策2．盡可能強(qiáng)化弧區(qū)換熱以最大限度地疏導(dǎo)已經(jīng)產(chǎn)生的積聚在弧區(qū)的磨削熱（高效加工中的強(qiáng)化換熱技術(shù)）
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