模具加工之砂輪與單顆磨粒加工

1.1磨削分類1.按磨削精度分：粗磨,半精磨,精磨,鏡面磨削,超精加工。2.按進給形式分：切入磨削,縱向磨削,緩進給磨削,無進給磨削,定壓研磨,定量研磨。3.按磨削形式分：砂帶磨削,無心磨削,端面磨削,周邊磨削,寬砂輪磨削,成型磨削,仿形磨削,振蕩磨削,高速磨削,強力磨削,恒壓力磨削,手動磨削,干磨削,濕磨削,研磨,珩磨等。4.按加工表面分：外圓磨削,內(nèi)圓磨削,平面磨削和刃磨(齒輪磨削和螺紋磨削)。5.按磨削中使用的磨削工具的類型分為：固結(jié)磨粒磨具的磨削加工方法和游離磨粒的磨削加工方法.固結(jié)磨粒磨具的磨削加工方法主要包括砂輪磨削,珩磨,砂帶磨削,電解磨削等;游離磨粒磨削的加工方法主要包括研磨,拋光,噴射加工,磨料流動加工,振動加工等。6.按砂輪線速度Vs的高低分為：普通磨削Vs<45m/s,高速磨削45m/s<=Vs<150m/s和超高速磨削>=150m/s。7.按采用的新技術(shù)情況分為：磁性研磨,電化學(xué)拋光等。1.1磨削分類1.2磨削運動磨削加工類型不同，運動形式和運動數(shù)目也就不同。外圓與平面磨削時，磨削運動包括主運動、徑向進給運動、軸向進給運動和工件旋轉(zhuǎn)或直線運動四種形式。外圓磨削平面磨削1.2磨削運動1、主運動砂輪回轉(zhuǎn)運動稱為主運動。主運動速度（即砂輪外圓的線速度），稱磨削速度，用vs表示：式中，ds為砂輪直徑mm；ns為砂輪轉(zhuǎn)速r/min。2、徑向進給運動砂輪切入工件的運動稱為徑向進給運動。

1.2磨削運動3、軸向進給運動工件相對于砂輪沿軸向的運動稱軸向進給運動。

4、工件圓周（或直線）進給運動外圓磨削時：平面磨削時：

式中，nw為工件轉(zhuǎn)速r/min；nt為工作臺往復(fù)運動頻率s-1；L為工作臺行程mm。

2、砂輪的組成及特性磨料加工固結(jié)磨料加工固結(jié)磨具砂輪磨削油石研磨精密珩磨涂覆磨具砂帶磨削砂帶研拋游離磨料加工研磨拋光2、砂輪的組成及特性2.1固結(jié)磨具2.2砂輪概述2.3磨粒種類2.4磨粒尺寸2.5砂輪硬度2.6砂輪組織2.7砂輪形狀2.8結(jié)合劑種類2.9砂輪標(biāo)記2.10超硬磨料砂輪2.1、固結(jié)磨具這類磨具由起磨削作用的硬質(zhì)磨粒和較軟的結(jié)合劑組成（砂輪屬于固結(jié)磨具）。根據(jù)結(jié)合劑的不同，磨粒之間的間隙可能只是被部分地充滿（留有間隙或氣孔），或是被全部充滿。除了磨粒和結(jié)合劑之外，有時還要填加填料和助磨材料。它的性質(zhì)和性能取決于磨粒材料的性質(zhì)、磨粒大小、結(jié)合劑材料、磨料和結(jié)合劑的比例，以及氣孔率。2.2、砂輪概述砂輪2.2砂輪概述1、砂輪是一種用結(jié)合劑把磨粒粘結(jié)起來，經(jīng)壓坯、干燥、焙燒及車整，具有一定形狀的多孔體。2、砂輪是磨具中用量最大、使用面最廣的一種，使用時高速旋轉(zhuǎn)，可對金屬或非金屬工件的外圓、內(nèi)圓、平面和各種型面等進行粗磨、半精磨和精磨以及開槽和切斷等。3、砂輪種類繁多。按所用磨料可分為普通磨料（剛玉和碳化硅等）砂輪和超硬磨料（金剛石和立方氮化硼等）砂輪；按形狀可分為平形砂輪、斜邊砂輪、筒形砂輪、杯形砂輪、碟形砂輪等；按結(jié)合劑可分為陶瓷砂輪、樹脂砂輪、橡膠砂輪、金屬砂輪等。4、砂輪的特性參數(shù)主要有磨料、粘度、硬度、結(jié)合劑、形狀、尺寸等。5、由于砂輪通常在高速下工作，因而使用前應(yīng)進行回轉(zhuǎn)試驗（保證砂輪在最高工作轉(zhuǎn)速下，不會破裂）和靜平衡試驗（防止工作時引起機床振動）。砂輪在工作一段時間后，應(yīng)進行修整以恢復(fù)磨削性能和正確的幾何形狀。

2.2砂輪概述述砂輪可由由很寬尺尺寸范圍圍的多種種磨粒和和多種結(jié)結(jié)合劑材材料及成成分組成成。通常使用用的“普通”砂輪由氧化鋁鋁或碳化化硅磨料料與陶瓷瓷的或樹樹脂結(jié)合合劑組成成。而“超硬磨料料”砂輪由金剛石石或立方方氮化硼硼磨料與與陶瓷化化、樹脂脂或金屬屬結(jié)合劑劑組成。。盡管一般般砂輪通通常是整個由結(jié)合劑劑粘接的的磨料結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成成，但超超硬磨料料砂輪為為減少昂昂貴的金金剛石或或CBN的用量，，則只是是在塑料料或金屬屬輪芯表表面由結(jié)結(jié)合劑粘粘接一薄圈或或僅一層層磨料。2.2砂輪概述述左圖為砂砂輪的結(jié)結(jié)構(gòu)1－磨粒；；2－結(jié)合劑劑；3－氣孔2.3磨料種類類磨料是制造砂砂輪的主主要原料料，磨料料直接擔(dān)擔(dān)負著切切削工作作，因此此應(yīng)具有有很高的的硬度、、耐熱性性和一定定的韌性性，破碎碎時應(yīng)能能形成尖尖銳的棱棱角。分類：天然磨磨料、人人造磨料料。天然然磨料由由于價格格昂貴、、含雜質(zhì)質(zhì)多、性性質(zhì)不均均勻，因因此，主主要用人人造磨料料做砂輪輪。目前生產(chǎn)產(chǎn)中常用的磨料有有氧化物物（剛玉玉類）系系、碳化化物系和和高硬磨磨料系三三類。氧化物系（剛玉玉類）磨磨料：比比碳化物物系磨料料強度、、韌性好好，但硬硬度差。。因此，，用于磨磨削各種種鋼類工工件。碳化物系磨料：：用于磨磨削鑄鐵鐵類、黃黃銅、軟軟青銅、、鋁及硬硬質(zhì)合金金等硬脆脆工件。。2.3磨料種類類金剛石是最硬的的磨料，，導(dǎo)熱系系數(shù)大、、摩擦系系數(shù)小，，適于加加工硬質(zhì)質(zhì)合金、、光學(xué)玻玻璃、陶陶瓷等硬硬質(zhì)材料料。但不不宜加工工鐵族金金屬，因因為它與與Fe在高溫下下化學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定性差差，易磨磨損。立方氮化化硼（CBN））硬度僅次次于金剛剛石，但但抗熱沖沖擊性、、抗彎強強度比金金剛石好好得多，，可用于于磨削高高硬度高高強度鋼鋼等材料料。立方方氮化硼硼易與水水反應(yīng)，，生成氨氨和硼酸酸，故在在磨削時時不易用用含水的的磨削液液。2.3磨料種類類2.3磨料種類類2.4磨粒尺寸寸（粒度度）粒度指磨料顆顆粒尺寸寸的大小小。顆粒最大大尺寸大于40m的磨料：：用機械篩分法確定定粒度號號，其粒粒度號數(shù)數(shù)值是該該顆粒剛剛能通過過的篩子子每英寸寸（25.4mm）長度上的的孔眼數(shù)數(shù)。粒度號數(shù)數(shù)越大，，則顆粒粒尺寸越越小。如：60＃，表表示該磨磨料顆粒粒剛能通通過的篩篩子每英英寸長度度上有60個孔孔眼。顆粒尺寸寸小于40m的磨粒：：用顯微鏡分分析法來測量，，粒度號號數(shù)是該該顆粒最最大尺寸寸的微米米數(shù)。如如：W20，，表示磨料料顆粒最最大尺寸寸為20m。2.4磨粒尺寸寸（粒度度）磨料粒度度的選擇，主要與與加工表表面粗糙糙度和生生產(chǎn)率有有關(guān)。粒度選擇擇原則：：1）粗磨時，磨削削余量大大，要求求的表面面粗糙度度值較大大，應(yīng)選選用較粗粗的磨粒粒（粒度度號?。?。因為為磨粒粗粗、氣孔孔大，磨磨削深度度可較大大，砂輪輪不易堵堵塞和發(fā)發(fā)熱。精磨時，余量量較小，，要求粗粗糙度值值較低，，可選取取較細磨磨粒（粒粒度號大大）。一一般來說說，磨粒粒愈細，，磨削表表面粗糙糙度愈好好。2）磨塑性金屬時，，易選用用粒度號號小的砂砂輪，防防止砂輪輪糊塞；；磨脆性金屬時，，易選用用粒度號號大的砂砂輪，提提高磨削削生產(chǎn)率率；3）砂輪與與工件接觸弧大大時，選擇擇粒度號號小的砂砂輪，以以減少同同時工作作磨粒數(shù)數(shù)，避免免發(fā)熱過過多引起起工件燒燒傷。2.4磨粒尺寸寸（粒度度）注：比14#粗的磨粒粒及比W3.5細的微粉粉很少使使用，表表中未列列出。磨料粒度度號及其其顆粒尺尺寸2.4磨粒尺寸寸（粒度度）不同粒度度砂輪的的使用范范圍2.5砂輪硬度度砂輪的硬硬度是指砂輪輪表面上上的磨粒粒在磨削削力作用用下脫落落的難易易程度，，反映磨磨粒與結(jié)結(jié)合劑粘粘結(jié)的強強度。砂輪的硬硬度軟，表示砂砂輪的磨磨粒容易易脫落，，砂輪的的硬度硬，表示磨磨粒較難難脫落。。硬度從超超軟到超超硬分若干級級，軟1級級的砂輪輪結(jié)合劑劑體積占占砂輪體體積的1.5％％，超硬硬級砂輪輪的結(jié)合合劑約占占砂輪體體積的24％。。結(jié)合劑劑體積每每增加1.5％％，砂輪輪硬度將將增加一一級。砂輪輪的的硬硬度度和和磨磨料料的的硬硬度度是是兩兩個個不不同同的的概概念念。。同一一種種磨磨料料可可以以做做成成不不同同硬硬度度的的砂砂輪輪，，它它主主要要決決定定于于結(jié)結(jié)合合劑劑的的性性能能、、數(shù)數(shù)量量以以及及砂砂輪輪制制造造的的工工藝藝。。磨削與切削的的顯著差別是是砂輪具有“自銳性”，選擇砂輪的的硬度，實際際上就是選擇擇砂輪的自銳銳性，希望還還鋒利的磨粒粒不要太早脫脫落，也不要要磨鈍了還不不脫落。2.5砂輪硬度常用砂輪硬度度等級大級名稱

超軟

軟

中軟中

中硬

硬

超硬

小級名稱

超軟1超軟2超軟3軟1軟2軟3中軟1中軟2中1中2中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬代號

DEFGHJKLMNPQRSTY2.5砂輪硬度砂輪硬度對磨磨削加工影響響很大，應(yīng)合理選擇：1）加工軟金屬時，為了使磨磨料不致過早早脫落，則選選用硬砂輪。。加工硬金屬時，為了能及及時的使磨鈍鈍的磨粒脫落落，從而露出出具有尖銳棱棱角的新磨粒粒（即自銳性性），選用軟軟砂輪。前者者是因為在磨磨削軟材料時時，砂輪的工工作磨粒磨損損很慢，不需需要太早的脫脫離；后者是是因為在磨削削硬材料時，，砂輪的工作作磨粒磨損較較快，需要較較快的更新。。2）工件熱敏性越強，為控制制磨削溫度不不致過高而燒燒傷工件，使使磨鈍了的磨磨粒及時脫落落，應(yīng)選擇軟軟一些的砂輪輪；3）磨削時易堵塞砂輪時，應(yīng)選選擇較軟的砂砂輪；4）成形磨和精磨磨時，為保持砂砂輪廓形、保保證磨削精度度和粗糙度，，應(yīng)選擇較硬硬一些的砂輪輪；5）工件與砂輪輪接觸面積大時，磨粒工作作環(huán)境差，易易磨損，應(yīng)選選擇較軟一些些的砂輪。2.6砂輪組織砂輪的組織指砂輪中磨粒粒、結(jié)合劑、、氣孔三者之之間的體積比比。組織緊密的砂砂輪：磨粒占砂輪體體積百分比大大、氣孔較少少；氣孔率低、容容屑空間小，，易被磨屑堵堵塞。另外組組織緊密會使使砂輪變硬，，磨削效率低低，但砂輪廓廓形保持長久久，可用于精精磨和成形磨磨削。組織疏松的砂砂輪：磨粒占砂輪體體積百分比小小、氣孔較多多。一般較軟，容容屑空間較大大，散熱較好好。這種砂輪輪適用于粗磨磨、平面和內(nèi)內(nèi)圓磨等磨削削接觸面積較較大的加工，，也適合熱敏敏感性大的工工件及易堵塞塞砂輪的軟金金屬材料加工工。組織中等的砂砂輪：性能介于緊密密與疏松之間間，故適用于于一般的磨削削。砂輪組織分類類：三大級（緊密密的、中等的的、疏松的）），共十五個個號。2.6砂輪組織2.6砂輪組織有色金屬及塑料、橡膠等非金屬以及熱敏合金粗磨及磨削韌性大、硬度低的工件，適合磨削薄壁、細長工件，或砂輪與工件接觸面大以及平面磨削等

外圓、內(nèi)圓、無心磨及工具磨，淬硬工件及刀具刃磨等

重負載、成形、精密磨削，加工脆硬材料

適用范圍

大氣孔疏松

中等

緊密

疏密程度

343638404244464850525456586062磨粒率/(%)

14131211109876543210組織號2.7砂輪形狀根據(jù)機床結(jié)構(gòu)構(gòu)與磨削加工工的需要，砂砂輪制成各種種形狀與尺寸寸。下表是常常用的幾種砂砂輪形狀、尺尺寸、代號及及用途。砂輪的外徑應(yīng)應(yīng)盡可能選得大大些，以提高砂輪輪的圓周速度度，這樣對提提高磨削加工工生產(chǎn)率與表表面粗糙度有有利。此外，在機床床剛度及功率率許可的條件件下，如選用用寬度較大的砂輪，同樣樣能收到提高高生產(chǎn)率和降降低粗糙度的的效果，但是是在磨削熱敏敏性高的材料料時，為避免免工件表面的的燒傷和產(chǎn)生生裂紋，砂輪輪寬度應(yīng)適當(dāng)當(dāng)減小。2.7砂輪形狀2.8結(jié)合劑種類結(jié)合劑將磨料粘結(jié)起起來，使砂輪輪具有一定的的形狀、強度度、硬度和氣氣孔等。砂輪常用結(jié)合合劑有：陶瓷瓷結(jié)合劑、樹樹脂結(jié)合劑、、橡膠結(jié)合劑劑和金屬結(jié)合合劑。(1)陶瓷結(jié)合劑（代號V）由粘土、長石石、滑石、硼硼玻璃、硅石石等陶瓷材料料配制而成的的。特點：粘結(jié)強強度高、剛性性大、耐熱性性好、化學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定性強、氣氣孔率大及輪輪廓保持性好好，是應(yīng)用最最廣泛的一種種結(jié)合劑；脆脆性大、韌性性、彈性差，，故普通陶瓷瓷結(jié)合劑的砂砂輪允許線速速度僅為35m/s，不能進行高速速磨削。2.8結(jié)合劑種類(2)樹脂結(jié)合劑（代號B）通常為酚醛樹樹脂或環(huán)氧樹樹脂。特點：強度高高、彈性好；；耐熱性和耐耐腐蝕性差、、磨損快氣孔孔率小易堵塞塞等；該結(jié)合合劑制成的砂砂輪，用作切切斷和切槽，，對熱敏工件件作精加工等等(3)橡膠結(jié)合劑（代號R）主要是人造橡橡膠。特點：比樹脂脂結(jié)合劑更具具強度和彈性性，允許切削削速度65m/s，比樹脂結(jié)合劑劑45m/s更高；耐熱性性更差，氣孔孔更少；通常常用作無心磨磨導(dǎo)輪、切斷斷切槽砂輪以以及拋光用砂砂輪。(4)金屬結(jié)合劑（代號M）常用青銅作結(jié)結(jié)合劑，主要要用于金剛石石砂輪。特點：這種結(jié)結(jié)合劑制成的的砂輪型面保保持性好、強強度高、有一一定韌性，但但自礪性差；；主要用作粗粗、精磨硬質(zhì)質(zhì)合金，磨削削與切斷光學(xué)學(xué)玻璃、寶石石、陶瓷與半半導(dǎo)體材料等等。2.9砂輪標(biāo)記--普通磨料2.9砂輪標(biāo)記--超硬磨料2.9砂輪標(biāo)記2.10超硬磨料砂輪輪人造金剛石砂砂輪由磨料層、過過渡層和基體體三部分組成成。磨料層：由人造金剛石石磨粒和結(jié)合合劑組成，其其厚度1.5～5mm；過渡層：僅是一層結(jié)合合劑，是將磨磨料層與基體體連接起來，，同時能充分分利用磨料層層而不會磨損損基體；基體：是砂輪的主體體，基體形狀狀不同，可得得到不同型式式的砂輪。通通?；w內(nèi)鋁鋁、銅或鋼制制成。2.10超硬磨料砂輪輪（1）金剛石砂輪輪濃度金剛石砂輪一一個重要的特特性參數(shù)，它它是指砂輪磨磨料層中單位位體積內(nèi)，金金剛石磨料的的含量。濃度度有25％，，50％，75％，100％和150％五種。。濃度25％指單位磨料層層體積內(nèi)含人人造金剛石磨磨粒1.1克克拉（1克拉拉=0.2克克），每增加加25％即增增加1.1克克拉磨料。濃度與磨削效效率和磨削成成本有很大關(guān)關(guān)系。濃度越高，砂砂輪的耐磨性性和磨削效率率越高，但成成本增加。磨料層結(jié)合劑劑常用的有三三種：樹脂、陶瓷和和青銅。不同結(jié)合劑的的最佳濃度范范圍：樹脂為為50％～75％；陶瓷瓷為75％～～100％；；青銅為75％～150％。2.10超硬磨料砂輪輪2.10超硬磨料砂輪輪高濃度砂輪：型面保持性性好，常采用用粗粒度的磨磨粒，適于粗粗磨、小面積積磨削和成形形磨削；低濃度砂輪：常采用細粒粒度磨粒，適適于精磨、大大面積磨削和和拋光。工件特別硬的的磨削：宜用高濃度度砂輪，如金金剛石砂輪磨磨削金剛石刀刀具采用150％濃度。。(2)立方方氮化硼砂輪輪從結(jié)構(gòu)上看，，與人造金剛剛石砂輪相同同，也是由磨磨料層、過渡渡層和基體組組成。立方氮化硼砂砂輪用于磨削削超硬、高耐耐磨性、難加加工鋼件，如如高釩高速鋼鋼、耐熱鋼等等。3、單顆磨粒加加工過程可以直接地觀察磨粒與工工件材料的干干涉。單顆磨粒磨削削是認識復(fù)雜雜磨削作用的的重要手段。。單顆磨粒磨磨削可在相似似的磨削加工工過程中不受受其他磨粒的的影響,應(yīng)用較大的載載荷，放大磨磨削的程度。。一些學(xué)者把磨磨粒抽