第三章精密磨削加工

17 04 2020 3 1精密和超精密磨削概述3 2精密磨削3 3超硬磨料砂輪磨削3 4超精密磨削3 5精密和超精密砂帶磨削 第3章精密磨削和超精密磨削 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 金剛石刀具主要是對鋁 銅及其合金等材料進(jìn)行超精密切削 而對于黑色金屬 硬脆材料的精密與超精密加工 則主要是應(yīng)用精密和超精密磨料加工 所謂精密和超精密磨料加工 就是利用細(xì)粒度的磨粒和微粉對黑色金屬 硬脆材料等進(jìn)行加工 以得到高加工精度和低表面粗糙度值 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 一 精密和超精密加工分類 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 一 精密和超精密加工分類 將磨料或微粉與結(jié)合劑粘合在一起 形成一定的形狀并具有一定強(qiáng)度 再采用燒結(jié) 粘接 涂敷等方法形成砂輪 砂條 油石 砂帶等磨具 精密砂輪磨削 砂輪的粒度60 80 加工精度1 m Ra0 025 m 超精密砂輪磨削 砂輪的粒度W40 W50 得加工精度0 1 m Ra0 025 0 008 m 精密砂帶磨削 砂帶粒度W63 W28 加工精度1 m Ra0 025 超精密砂帶磨削 砂帶粒度W28 W3 加工精度0 1 m Ra0 025 0 008 m 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 一 精密和超精密加工分類 磨料或微粉不是固結(jié)在一起 而是成游離狀態(tài) 傳統(tǒng)方法 研磨和拋光新方法 磁性研磨 彈性發(fā)射加工 液體動力拋光 液中研拋 磁流體拋光 擠壓研拋 噴射加工等 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 二 精密和超精密砂輪磨料磨具 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 二 精密和超精密砂輪磨料磨具 多選用180 240 普通磨料 170 200 325 400超硬磨料的磨粒和各種粒度的微粉 將磨料粘合在一起 形成一定的形狀 并有一定的強(qiáng)度 樹脂結(jié)合劑 陶瓷結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑 普通磨具中磨料的含量用組織表示 超硬磨具中磨料的含量用濃度表示 成形磨削 溝槽磨削 寬接觸面平面磨削選用高質(zhì)量濃度 半精磨 精磨選用細(xì)粒度 中質(zhì)量濃度 高精度 低表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削選用細(xì)粒度 低質(zhì)量濃度 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 二 精密和超精密砂輪磨料磨具 普通磨具硬度低表示磨粒易脫落 超硬磨具無硬度項指標(biāo) 高速回轉(zhuǎn)時 抵抗因離心力的作用而自身破碎的能力 根據(jù)機(jī)床規(guī)格和加工情況選擇磨具的形狀和尺寸 基體材料與結(jié)合劑有關(guān) 金屬結(jié)合劑磨具多采用鐵或銅合金 樹脂結(jié)合劑磨具采用鋁及合金或電木 陶瓷結(jié)合劑磨具多采用陶瓷 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 三 精密和超精密涂覆磨具 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 三 精密和超精密涂覆磨具 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 三 精密和超精密涂覆磨具 棕剛玉 白剛玉 鉻剛玉 鋯剛玉黑色碳化硅 綠色碳化硅 氧化鐵 人造金剛石等 涂覆磨料的粒度無論磨粒還是微粉 都用P字粒度號表示 又稱膠 作用是將砂粒牢固地粘接在基底上 動物膠 皮膠 明膠 骨膠等 用于輕切削的干磨和油磨 樹脂 醇酸樹脂 胺基樹脂 尿醛樹脂 酚醛樹脂等 用于難磨材料或復(fù)雜形面的磨削或拋光 高分子化合物 聚醋酸乙稀酯 用于精密磨削 17 04 2020 第1節(jié)精密和超精密磨削概述 三 精密和超精密涂覆磨具 重力落砂法 涂覆法 靜電植砂法 17 04 2020 第2節(jié)精密磨削 一 精密磨削機(jī)理 微刃的微切削作用微刃的等高切削作用微刃的滑擠 摩擦 拋光作用 17 04 2020 第2節(jié)精密磨削 二 精密磨削砂輪選擇 精密磨削使所用砂輪的選擇以易產(chǎn)生和保持微刃及其等高性為原則 磨削鋼件及鑄鐵件時 采用剛玉磨料較好 單晶剛玉最好 白剛玉 鉻剛玉應(yīng)用最普遍 砂輪的粒度可選擇粗粒度和細(xì)粒度兩類 結(jié)合劑選擇樹脂較好 加入石墨填料加強(qiáng)摩擦拋光作用 17 04 2020 第2節(jié)精密磨削 三 精密磨削時砂輪的修整 砂輪修整是精密磨削的關(guān)鍵 有單粒金剛石修整 金剛石粉末燒結(jié)型修整器修整和金剛石超聲波修整等 砂輪的修整用量有修整導(dǎo)程 修整深度 修整次數(shù)和光修次數(shù) 修整導(dǎo)程 縱向進(jìn)給量 為10 15mm min 修整深度為2 5 m 單行程 精修次數(shù)2 3次 光修次數(shù)1次單行程 17 04 2020 第2節(jié)精密磨削 四 精密磨床 精密磨削要在精密磨床上進(jìn)行 精密磨床應(yīng)滿足的要求 1 高幾何精度 主要有砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌平直度 以保證工件的幾何形狀精度要求 主軸軸承一般采用動壓和動靜壓組合軸承 2 低速進(jìn)給運動的穩(wěn)定性 要求無爬行和沖擊現(xiàn)象 能平穩(wěn)工作 特殊設(shè)計液壓系統(tǒng) 采取排除空氣 低流量節(jié)流閥 工作臺導(dǎo)軌壓力潤滑 3 減少振動1 電動機(jī)的轉(zhuǎn)子應(yīng)進(jìn)行動平衡 電動機(jī)與砂輪架之間進(jìn)行隔振 2 砂輪要進(jìn)行動平衡 3 精密磨床最好安裝在防振地基上 17 04 2020 第2節(jié)精密磨削 五 磨削用量 一般在15 30m s 一般在6 12m min 一般為50 100mm min或0 06 0 5mm r 一般取0 6 2 5 m 單行程 一般約2 3次 單行程 粗粒度砂輪精細(xì)修整后 光磨次數(shù)采用5 8次細(xì)粒度砂輪精細(xì)修整后 光磨次數(shù)采用10 25次 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 一 超硬磨料砂輪磨削特點 1 可用來加工各種高硬度 高脆性金屬材料和非金屬材料 如硬質(zhì)合金 陶瓷 玻璃 半導(dǎo)體 石材等 立方氮化硼砂輪磨削時 熱穩(wěn)定性好 化學(xué)惰性強(qiáng) 不易與鐵素元素產(chǎn)生親和作用和化學(xué)反應(yīng) 加工黑色金屬時 有較高的耐磨性 2 磨削能力強(qiáng) 耐磨性好 耐用度高 易于控制加工尺寸及實現(xiàn)加工自動化 3 磨削力小 磨削溫度低 加工表面質(zhì)量好 無燒傷 裂紋和組織變化 4 磨削效率高 5 綜合成本低 17 04 2020 對砂輪進(jìn)行微量切削 使砂輪達(dá)到所要求的幾何形狀精度 并使磨料尖端細(xì)微破碎 形成鋒利的磨削刃 去除磨粒間的結(jié)合劑 使磨粒間有一定的容屑空間 并使磨刃突出于結(jié)合劑之外 形成切削刃 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 二 超硬磨料砂輪修整 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 二 超硬磨料砂輪修整 用單點 聚晶金剛石筆 修整片等車削金剛石砂輪達(dá)到修整目的 用普通磨料砂輪或砂塊與超硬磨料砂輪對磨進(jìn)行修整 普通磨料磨粒被破碎 切削超硬磨料砂輪上的樹脂 陶瓷 金屬結(jié)合劑 致使超硬磨粒就會脫落 目前最為廣泛采用的修整法 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 二 超硬磨料砂輪修整 單滾輪法 雙滾輪法 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 二 超硬磨料砂輪修整 用碳化硅 剛玉 硬質(zhì)合金或鋼鐵等制成修整輪 與超硬磨料砂輪在一定壓力下進(jìn)行自由對滾 使結(jié)合劑破裂形成容屑空間 并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃 加入碳化硅 剛玉等游離磨料 依靠游離磨料擠軋作用進(jìn)行修銳 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 二 超硬磨料砂輪修整 碳化硅和剛玉 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 二 超硬磨料砂輪修整 利用電化學(xué)個腐蝕作用蝕除金屬結(jié)合劑 多用于金屬結(jié)合劑砂輪的修銳 非金屬結(jié)合劑砂輪無效 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 二 超硬磨料砂輪修整 電火花放電加工 適用于各種金屬結(jié)合劑砂輪 若在結(jié)合劑中加入石墨粉 可用于樹脂 陶瓷結(jié)合劑砂輪 既可整形 又可修銳 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 二 超硬磨料砂輪修整 用受激振動的簧片或超聲波振動頭驅(qū)動的幅板作為修整器 并在砂輪和修整器間放入游離磨料撞擊砂輪的結(jié)合劑 使超硬磨粒突出結(jié)合劑 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 三 超硬磨料砂輪磨床 超精密磨削對磨床的要求 1 要求磨床的精度較高 砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度其徑向跳動應(yīng) 0 01mm 端面圓跳動 0 005mm 2 比普通磨床剛度提高50 左右 3 進(jìn)給系統(tǒng)精度高 進(jìn)給速度均勻準(zhǔn)確 縱向進(jìn)給速度最小可達(dá)0 3m min 橫向進(jìn)給最小可達(dá)0 001 0 002mm 單行程 4 各運動件和主軸回轉(zhuǎn)部分 進(jìn)給運動導(dǎo)軌部分有可靠的密封 5 有比較完善的磨削液處理系統(tǒng) 6 采取相應(yīng)的防振 隔振措施 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 四 超硬磨料砂輪磨削工藝 人造金剛石砂輪的磨削速度為12 30m s 立方氮化硼砂輪的磨削速度為45 60m s 一般為10 20m min 一般在0 45 1 5m min 磨削深度為0 002 0 01mm 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 四 超硬磨料砂輪磨削工藝 降低磨削溫度 減少磨削力 改善磨削表面質(zhì)量 提高磨削效率和砂輪壽命 潤滑 冷卻 清洗性能 尚有滲透性 防銹性 防腐性 防火性 切削性和極壓性等 油性液 成分是礦物油 如機(jī)油 輕質(zhì)柴油 煤油 加入脂肪油和添加劑 水溶性液 成分是水 如乳化液 無機(jī)鹽水溶液和化學(xué)合成液等 金剛石砂輪磨削時常用油性液和水溶性液 立方氮化硼砂輪磨削時用油性液 17 04 2020 第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削 五 超硬磨料砂輪的平衡 力矩平衡 用于窄砂輪的平衡 是在一個平面上的平衡 1 機(jī)外靜平衡架上平衡 2 機(jī)上動態(tài)平衡 3 機(jī)外動態(tài)平衡 力偶平衡 用于寬砂輪和多砂輪軸的平衡 是在一個有一定長度的體上進(jìn)行力偶平衡 一般在動平衡機(jī)上進(jìn)行 17 04 2020 第4節(jié)超精密磨削 一 超精密磨削和鏡面磨削 超精密磨削的加工精度達(dá)到或高于0 1 m 表面粗糙度低于0 025 m 是一種亞微米級的加工方法 對于鋼 鐵材料和陶瓷 玻璃等硬脆材料是一種重要的加工方法 鏡面磨削加工表面粗糙度達(dá)到0 02 0 01 m 屬于精密和超精密磨削范疇 超精密磨削的特點 1 超精密磨床是超精密磨削的關(guān)鍵2 超精密磨削是一種超微量去除加工3 超精密磨削是一個高精度 高穩(wěn)定性的系統(tǒng)工程 17 04 2020 第4節(jié)超精密磨削 二 超精密磨削機(jī)理 單顆粒磨削1 磨粒是一顆具有彈性支承 結(jié)合劑 的和大負(fù)前角切削刃的彈性體 2 磨粒切削刃的切入深度是從零開始逐漸增加 到達(dá)最大值再逐漸減少 最后到零 3 磨粒磨削時在工件的接觸過程中 開始是彈性區(qū) 繼而塑性區(qū) 切削區(qū) 塑性區(qū) 最后是彈性區(qū) 4 超精密磨削時有微切削作用 塑性流動和彈性破壞作用 同時還有滑擦作用 17 04 2020 第4節(jié)超精密磨削 磨削加工是無數(shù)磨粒的連續(xù)磨削 加工的實質(zhì)是工件被磨削的表層 在無數(shù)磨粒瞬間的擠壓 摩擦作用下產(chǎn)生變形 而后轉(zhuǎn)為磨屑 并形成光潔表面的過程 磨削過程可分為 三個階段 砂輪表面的磨粒與工件材料接觸 發(fā)生彈性變形 磨粒繼續(xù)切入工件 切削深度增加 工件材料進(jìn)入塑性階段 材料晶粒發(fā)生滑移 塑性變形不斷增大 當(dāng)力達(dá)到工件的強(qiáng)度極限時 被磨削層材料產(chǎn)生擠裂 即進(jìn)入切削階段 最后被切離 當(dāng)磨削切入量達(dá)到最大值后 逐漸減少 最后到零 同時經(jīng)歷塑性區(qū)和彈性區(qū) 二 超精密磨削機(jī)理 17 04 2020 第4節(jié)超精密磨削 三 超精密磨床 1 高精度尺寸精度 正負(fù)0 25 正負(fù)0 5圓度 0 25 0 1 m圓柱度 25000 0 25 5000 1 m表面粗糙度 0 006 0 01 m 2 高剛度剛度值一般應(yīng)在200N m以上 3 高穩(wěn)定性 4 微進(jìn)給裝置使砂輪獲得行程為2 50 m 位移精度為0 02 0 2 m 分辨率達(dá)0 01 0 1 m 5 計算機(jī)數(shù)控 17 04 2020 第4節(jié)超精密磨削 三 超精密磨床 超精密磨床在結(jié)構(gòu)上的發(fā)展趨勢 1 主軸軸承由動壓向動靜壓和靜壓發(fā)展 由液體靜壓向空氣靜壓發(fā)展 2 多采用空氣靜壓導(dǎo)軌 也有采用精密研磨配制的鑲鋼滑動導(dǎo)軌 3 床身 工作臺等逐漸采用穩(wěn)定性好的天然或人造花崗巖 4 整個機(jī)床采用對稱結(jié)構(gòu) 密封結(jié)構(gòu) 淋浴結(jié)構(gòu)等熱穩(wěn)定性措施 17 04 2020 第4節(jié)超精密磨削 三 超精密磨床 砂輪線速度 1860m min工件線速度 4 10m min工作臺縱向進(jìn)給速度 50 100mm min磨削深度 0 5 1 m磨削橫進(jìn)給次數(shù) 2 4次無火花磨削次數(shù) 3 5次磨削用量 2 5 m 17 04 2020 第5節(jié)精密和超精密砂帶磨削 采用無接頭或有接頭的環(huán)形砂帶 通過張緊輪撐緊 由電動機(jī)通過接觸輪帶動砂帶高速回轉(zhuǎn) 工件回轉(zhuǎn) 砂帶頭架或工作臺縱向及橫向進(jìn)給運動 從而對工件進(jìn)行磨削 采用成卷砂帶 由電動機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)通過卷帶輪帶動砂帶作極緩慢的移動 砂帶繞過接觸輪并以一定的工作壓力與工件被加工表面接觸 工件回轉(zhuǎn) 砂帶頭架或工作臺縱向及橫向進(jìn)給 從而對工件進(jìn)行磨削 砂帶在磨削過程中的連續(xù)緩慢移動 切削區(qū)不斷出現(xiàn)新砂粒 磨削質(zhì)量高且穩(wěn)定 磨削效果好 一 砂帶磨削方式 特點和應(yīng)用 17 04 2020 砂帶磨削分類 按砂帶與工件接觸形式分為接觸輪式 支承板 輪 式 自由浮動接觸式和自由接觸式 按加工表面類型分為外圓 內(nèi)圓 平面 成形表面等 17 04 2020 17 04 2020 第5節(jié)精密和超精密砂帶磨削 一 砂帶磨削方式 特點和應(yīng)用 1 砂帶與工件是柔性接觸 磨粒載荷小而均勻 砂帶磨削工件表面質(zhì)量高 表面粗糙度可達(dá)0 05 0 01 m 又稱 彈性 磨削 2 靜電植砂法是磨粒具有方向性 力 熱作用小 有較好的切削性 有效地減小了工件變形和表面燒傷 工件的尺寸精度可達(dá)5 0 5 m 平面度可達(dá)1 m 又有 冷態(tài) 磨削之稱 3 砂帶磨削效率高 無需修整 4 砂帶制作簡單方便 無燒結(jié) 動平衡等問題 價格也便宜 砂帶磨削設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單 5 砂帶磨削有廣闊的工藝性和應(yīng)用范圍 很強(qiáng)的適應(yīng)性 17 04 2020 第5節(jié)精密和超精密砂帶磨削 一 砂帶磨削方式 特點和應(yīng)用 砂帶研拋加工 開式砂帶磨削方式 用細(xì)粒度砂粒聚酯薄膜基底砂帶 1 接觸輪外緣材料為橡膠 塑料時 加工時的拋光作用強(qiáng) 2 接觸輪外緣材料為鋼鐵 銅 膠木時 加工時的研磨作用強(qiáng) 3 接觸輪外緣材料為半軟半硬時 加工時研磨 拋光兼有 缺點 砂帶磨削不能加工窄退刀槽的階梯軸 階梯孔 盲孔 小孔 齒輪等 對形狀和位置精度要求高的也不如精密砂輪磨削 17 04 2020 第5節(jié)精密和超精密砂帶磨削 二 砂帶磨削機(jī)理 砂帶磨削時 彈性變形區(qū)的面積較大 使磨粒承受的載荷大大減小 載荷值也較均勻 且有減振作用 砂帶磨削時材料的塑性變形和摩擦力均較砂輪磨削時減小 力和熱的作用降低 工件溫度降低 砂帶粒度均勻 等高性好 磨粒尖刃向上 有方向性 且切削刃間隔長 切屑不易堵塞 有較好的切削性 砂帶磨削兼有磨削 研磨和拋光的綜合作用 是一種復(fù)合加工 17 04 2020 第5節(jié)精密和超精密砂帶磨削 三 精密砂帶磨床和砂帶頭架 組成 接觸輪 或支撐板 主動輪 張緊輪 張緊機(jī)構(gòu) 調(diào)偏機(jī)構(gòu) 電動機(jī) 基座等 17 04 2020 第5節(jié)精密和超精密砂帶磨削 組成 卷帶輪 接觸輪 砂帶輪 電動機(jī) 基座等 17 04 2020 第5節(jié)精密和超精密砂帶磨削 開式砂帶磨削和振動疊加的復(fù)合加工 1 在開式砂帶磨削時 振動可彌補工件不能高速運動時效率下降 使加工效率大大提高 2 振動地疊加可以形成復(fù)雜而又不重復(fù)地磨削軌跡 形成網(wǎng)狀紋 有利于降低表面粗糙度 得到很低的粗糙度值加工表面 3 可采用干式磨削 加工表