【钛材料讯】关键设备的核心零部件通常必须具备质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能，而传统材料无法满足要求。随着科技的发展，钛合金、镍合金、高性能陶瓷、陶瓷增强金属基复合材料、纤维增强复合材料等新材料不断涌现。这些材料虽然能满足核心零部件的性能要求，但加工极其困难成为共性问题，也是世界各国科研机构一直想尽办法解决的难题。

    作为解决这一难题的创新性技术，超高速加工被制造业寄予厚望。所谓超高速加工技术，是指通过提高加工速度来改变材料的可加工性，提高材料去除率、加工精度和加工质量的全新加工技术。超高速加工速度比传统加工快10倍以上，在超高速加工过程中材料来不及变形就被去除。南方科技大学科研团队研究发现，当加工速度达到每小时700公里时，材料的“难加工”特性消失，材料加工“转难为易”。

     钛合金就是典型的“难加工材料”，被喻为材料中的“口香糖”，在加工过程中会像口香糖粘牙似的“粘刀”，形成“切屑瘤”。但当加工速度升高到临界值之后，钛合金不再“粘刀”，更不会出现“工件烧伤”等传统加工中常见的问题。此外，加工损伤也会随着加工速度的升高得到抑制，形成“损伤趋肤”的效应。

     超高速加工技术不仅能提高加工效率，更能提高加工质量与精度。基于“材料脆化”与“损伤趋肤”等超高速加工理论，只要达到临界加工速度，材料的难加工特性就会消失，材料加工就会如“庖丁解牛”一样容易。

     目前，超高速加工技术的巨大应用潜力已经受到广泛关注，国际生产工程院将超高速加工技术作为21世纪的核心研究方向，日本先端技术研究会也将超高速加工技术列为五大现代制造技术之一。

     目前新材料不断涌现，超高速加工技术有望彻底解决加工难题，给“难加工材料”的高质高效加工带来一场革命，而被誉为“工业母机”的超高速机床，则有望成为突破“难加工材料”加工困境的利器。未来许多行业生态也将因此发生变化，出现若干快速增长的新领域，从而改变现有的商业模式，促进制造业升级换代。

      超高速加工技术概括

      超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过 1600m/min，铸铁为 1500m/min，超耐热镍合金达 300m/min，钛合金达 150~1000m/min，纤维增强塑料为 2000~9000m/min。各种切削工艺的切速范围为：车削 700~7000m/min，铣削 300~6000m/min，钻削 200~1100m/min，磨削 250m/s 以上等等。

     超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。

    工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。

     在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件，超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法，而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。目前，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）。切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的 12m/min 提高到 1200m/min 以上。砂轮材料过去主要是采用刚玉系、碳化硅系等，美国 GE 公司 50 年代首先在金刚石人工合成方面取得成功，60 年代又首先研制成功 CBN。90 年代陶瓷或树脂结合剂 CBN 砂轮、金刚石砂轮线速度可达 125m/s，有的可达 150m/s，而单层电镀 CBN 砂轮可达 250m/s。因此有人认为，随着新刀具（磨具）材料的不断发展，每隔十年切削速度要提高一倍，亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了。

     在超高速切削技术方面，1976 年美国的 Vought 公司研制了一台超高速铣床，最高转速达到了 20000rpm。特别引人注目的是，联邦德国 Darmstadt 工业大学生产工程与机床研究所（PTW）从 1978 年开始系统地进行超高速切削机理研究，对各种金属和非金属材料进行高速切削试验，联邦德国组织了几十家企业并提供了 2000 多万马克支持该项研究工作，自八十年代中后期以来，商品化的超高速切削机床不断出现，超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床。日本日立精机的 HG400III 型加工中心主轴最高转速达 36000~40000r/min，工作台快速移动速度为 36~40m/min。采用直线电机的美国 Ingersoll 公司的 HVM800 型高速加工中心进给移动速度为 60m/min。

     在高速和超高速磨削技术方面，人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削（即HEDG）、多片砂轮和多砂轮架磨削等许多高速高效率磨削，这些高速高效率磨削技术在近20年来得到长足的发展及应用。

     德国 Guehring Automation 公司 1983 年制造出了当时世界第一台最具威力的60kw强力CBN砂轮磨床，Vs达到 140~160m/s。德国阿享工业大学、Bremen 大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。德国 Bosch 公司应用 CBN 砂轮高速磨削加工齿轮齿形，采用电镀 CBN 砂轮超高速磨削代替原须经滚齿及剃齿加工的工艺，加工 16MnCr5 材料的齿轮齿形，Vs＝155m/s，其Q'达到811mm3/mm.s，德国 Kapp 公司应用高速深磨加工泵类零件深槽，工件材料为 100Cr6 轴承钢，采用电镀 CBN 砂轮，Vs 达到 300m/s，其Q`＝140mm3/mm.s，磨削加工中，可将淬火后的叶片泵转子 10 个一次装夹，一次磨出转子槽，磨削时工件进给速度为 1.2m/min，平均每个转子加工工时只需 10 秒钟，槽宽精度可保证在 2μ m，一个砂轮可加工 1300 个工件。目前日本工业实用磨削速度已达 200m/s，美国 Conneticut 大学磨削研究中心，1996 年其无心外圆高速磨床上，最高砂轮磨削速度达 250m/s。