金城機械制造第八節(jié) 磨削原理

第八節(jié)磨削原理12.8磨削原理磨削是一種精加工方法。尺寸精度可達(dá)IT5～I(xiàn)T7。表面粗糙度能達(dá)到0.8～0.08μm.22.8.1砂輪的特性和選擇主要起切削作用主要起粘接作用主要起容屑和冷卻作用砂輪是由磨料加結(jié)合劑燒制而成的。常用的磨削工具：32.8.1砂輪的特性和選擇決定砂輪特性的要素：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及尺寸形狀磨料：其選擇主要取決于工件材料的硬度應(yīng)具備的條件：硬度高、紅硬性好；有一定的強度和韌性；有鋒利的邊刃常用的磨料：氧化物系：主要成分是三氧化二鋁碳化物系：通常以碳化硅、碳化硼等為肌體高硬磨料系：主要有人造金剛石和立方氮化硼(CBN)42.8.1砂輪的特性和選擇52.8.1砂輪的特性和選擇決定砂輪特性的要素：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及尺寸形狀粒度：指磨料顆粒的尺寸大小，對顆粒的最大尺寸大于40μm的磨料用磨粒能通過的篩網(wǎng)上每英寸長度上的孔數(shù)表示粒度號；直徑小于40μm時的磨粒稱為微粉。60號粒度：磨粒能通過每英寸長度上有60個孔眼的篩網(wǎng)尺寸為20μm的微粉，其粒度號為W20

砂輪粒度的對比粒度號越大，砂輪越細(xì)粒度的選擇取決于加工表面粗糙度的要求62.8.1砂輪的特性和選擇決定砂輪特性的要素：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及尺寸形狀粒度：常見砂輪粒度及使用范圍72.8.1砂輪的特性和選擇決定砂輪特性的要素：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及尺寸形狀結(jié)合劑：將磨粒粘合在一起，使砂輪具有一定的強度、氣孔、硬度和抗腐蝕、抗潮濕等性能

。它直接影響砂輪的強度、耐熱性和耐用度陶瓷結(jié)合劑（代號V）樹脂結(jié)合劑（代號B）

橡膠結(jié)合劑（代號R）

金屬結(jié)合劑（代號M）

結(jié)合劑的選擇取決于磨削速度82.8.1砂輪的特性和選擇種類主要成分特點應(yīng)用場合無機類陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐水、耐酸、耐熱，成本低。但其性脆，韌性及彈性較差，不能承擔(dān)側(cè)面彎扭力，大多數(shù)砂輪均使用。但不宜于制造切斷砂輪。其砂輪線速度一般為35m/s青銅主要用于制作金剛石砂輪。形面成型性好，抗張強度高，有一定的韌性。但自勵性差主要用于粗磨，精磨硬質(zhì)合金及磨削與切斷光學(xué)玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體等有機類樹脂強度高，彈性好；耐熱性差，自勵性好。但氣孔率小，易堵塞；磨損快，易失去廓形；耐腐蝕性差，不宜和堿性切削液一起使用切削速度可達(dá)45m/s，多用于高速磨削、切斷和開槽。可磨薄壁工件、硬質(zhì)合金等橡膠比樹脂彈性更好，使砂輪具有良好的拋光作用。但耐熱性差，氣孔小，砂輪組織教緊密，磨削生產(chǎn)率低多用于制造無心磨床的導(dǎo)輪和切斷、開槽及拋光砂輪。不宜用于粗加工結(jié)合劑的選擇92.8.1砂輪的特性和選擇決定砂輪特性的要素：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及尺寸形狀硬度：磨粒與結(jié)合劑的粘結(jié)強度。砂輪硬，磨粒不易脫落；砂輪軟，磨粒易于脫落。砂輪硬度選擇原則：102.8.1砂輪的特性和選擇磨削條件工件硬度工作種類加工接觸面磨削種類砂輪粒度高低有色金屬、橡膠、樹脂淬火鋼大小精磨、成型磨粗磨細(xì)粗砂輪硬度軟硬軟硬軟硬硬軟軟硬砂輪硬度選擇原則：112.8.1砂輪的特性和選擇決定砂輪特性的要素：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及尺寸形狀組織：砂輪組織表示磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比例關(guān)系。磨粒在砂輪總體積中所占比例越大，砂輪組織越緊密，氣孔越小。122－92.8.1砂輪的特性和選擇決定砂輪特性的要素：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及尺寸形狀組織的選擇：

1）緊密組織砂輪適于精加工、成型磨削及重壓下的磨削。

2）中等組織砂輪適于一般磨削。

3）疏松組織砂輪不易堵塞，適于平面磨、內(nèi)圓磨等磨削接觸面大的工序，以及磨削熱敏性強的材料或薄壁工件。132.8.1砂輪的特性和選擇常見砂輪形狀、代號及其用途142.8.2磨削運動及磨削用量常用的磨削方法：

外圓磨削平面磨削內(nèi)圓磨削成型磨削無心外圓磨削152.8.2磨削運動及磨削用量各種磨削加工162.8.2磨削運動及磨削用量172.8.2磨削運動及磨削用量磨削的主運動：砂輪的旋轉(zhuǎn)運動vcvc

Ra,

但受砂輪強度的限制，常用30－35m/s182.8.2磨削運動及磨削用量磨削的進(jìn)給運動：工件的切向運動vwvw

生產(chǎn)率

,

工件磨削燒傷但vw過大，振動工件Ra192.8.2磨削運動及磨削用量工件的軸向進(jìn)給運動fa：工件轉(zhuǎn)一周，工件和砂輪在砂輪軸線方向的相對位移根據(jù)砂輪寬度B選則：粗磨：fa＝(0.3~0.85)B精磨：fa＝(0.2~0.3)B202.8.2磨削運動及磨削用量徑向進(jìn)給運動fr：工作臺兩個行程之間砂輪在半徑方向上的相對位移選擇：粗磨：fr＝(0.01~0.07)mm/行程精磨：fr＝(0.005~0.02)mm/行程212.8.3磨削過程磨削過程示意圖磨粒在砂輪工作表面上是隨機分布的每一顆磨粒的形狀和大小都是不規(guī)則的砂輪工作表面的形貌特征222.8.3磨削過程磨粒形狀不規(guī)則，其刀尖角為90o~120o

均為負(fù)前角磨粒的切削刃為空間曲線，前刀面為空間曲面且形狀不規(guī)則磨粒的切削刃有幾個~幾十個微米的圓角，經(jīng)過修正磨粒上會出現(xiàn)微刃磨粒的特點232.8.3磨削過程滑擦階段刻劃階段切削階段切屑的形成過程磨削塑性材料時，形成帶狀切屑；磨削脆性材料時，形成擠裂切屑。在磨削過程中產(chǎn)生的高溫作用下，切屑熔化可成為球狀或灰燼形態(tài)單顆磨粒的切削過程磨削的切削厚度很薄只有0.005-0.05mm242.8.3磨削過程切屑的形成過程單顆磨粒的切削過程滑擦—刻劃—切削252.8.3磨削過程單個磨粒的切削厚度

vw，

fr

hDgmax

vc

，dw

hDgmax

粒度號大（細(xì)粒度）的砂輪e大，hDgmax

小262.8.4磨削力F的產(chǎn)生來源：工件彈性、塑性變形的阻力；磨粒與切屑、磨粒與工件之間的摩擦力F的三個分力：主切削力Fc；切深力Fp；進(jìn)給力Ff272.8.4磨削力F的特點：

單位摩擦力大

切深力Fp大于主切削力Fc主切削力Fc大于進(jìn)給力Ff。

磨削力隨不同的磨削階段而變化工件材料鋼淬火鋼鑄鐵Fp/Fc1.6-1.81.9-2.62.7-3.2表2－7磨削時的Fp/Fc比值282.8.4磨削力影響磨削力F的因素

砂輪速度增大，F(xiàn)隨之減小

工件速度、軸向進(jìn)給量增大，F(xiàn)增大

徑向進(jìn)給量增大，F(xiàn)增大

砂輪的磨損，F(xiàn)增大292.8.5磨削熱與磨削溫度磨削熱的產(chǎn)生：劃擦階段、刻劃階段、切削階段消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)換為熱量產(chǎn)生磨削熱磨削溫度的概念：

工件平均溫度：指磨削熱傳入工件引起的工件溫升，它影響工件的形狀和尺寸精度。在精磨時，為獲得高尺寸精度，要盡可能降低工件平均溫度并防止局部溫度不均

磨粒磨削點溫度θdot：

指磨粒切削刃與切屑接觸部分的溫度，是磨削中溫度最高的部位，可達(dá)1000℃左右。是研究磨削刃的熱損傷、砂輪的磨損、破碎和粘附等現(xiàn)象的重要因素。

磨削區(qū)溫度θA：指砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度，一般約有500～800℃，它與磨削燒傷和磨削裂紋的產(chǎn)生有密切關(guān)系

磨削加工工件表面層的溫度分布，是指沿工件表面層深度方向溫度的變化，它與加工表面變質(zhì)層的生成機理、磨削裂紋和工件的使用性能有關(guān)。302.8.5磨削熱與磨削溫度砂輪磨削區(qū)溫度和磨粒磨削點溫度圖磨削熱的產(chǎn)生：劃擦階段、刻劃階段、切削階段消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)換為熱量產(chǎn)生磨削熱磨削溫度的概念：一定要把磨削區(qū)溫度、磨粒磨削點溫度和工件平均溫度三者的含義區(qū)分清楚

312.8.5磨削熱與磨削溫度影響磨削溫度的因素：

砂輪速度

工件速度

徑向進(jìn)給量工件材料砂輪硬度與粒度322.8.6磨削表面質(zhì)量磨削表面的微觀不平度(表面粗糙度)磨削表面層的機械物理性能磨削表面質(zhì)量表面粗糙度：

Vc、Vw—分別為砂輪和工件的速度

Rt、Rw—分別為砂輪和工件的半徑

m—單位面積上的磨粒數(shù)

e—未變形切屑的寬度與平均厚度的比值經(jīng)驗公式332.8.6磨削表面質(zhì)量磨削表面粗糙度公式的討論：m，Rmax

Vc

或Vw

，使Vw／Vc的比值減小，Rmax

Rt,Rmax

；同理，Rw

，Rmax

砂輪寬度B大時，e值，可減小Rmax

磨粒切削刃高度的等高性越好、磨粒越細(xì)，Rmax徑向進(jìn)給量越小，Rmax磨削振動越小，Rmax342.8.6磨削表面質(zhì)量磨削表面層的機械物理性能：表面燒傷表面殘余應(yīng)力磨削裂紋352.8.6磨削表面質(zhì)量改善磨削表面層的機械物理性變化的途徑：

減少磨削熱：

加速磨削熱傳出：選擇合適的磨削用量和適當(dāng)?shù)墓饽ゴ螖?shù)減小徑向進(jìn)給量fr；選取較軟的砂輪；減少工件和砂輪的接觸面積；根據(jù)磨削要求合理選擇砂輪的粒度；經(jīng)常保持砂輪在鋒利條件下磨削，并選擇適宜的潤滑性能較好的切削液，以減小磨粒與工件間摩擦等。除了適當(dāng)提高工件速度和軸向進(jìn)給量外，主要是采用有效的冷卻方法:采用噴霧冷卻、高壓冷卻和內(nèi)冷卻362.8.7砂輪的磨損與修整砂輪的磨損磨耗磨損

破碎磨損

堵塞粘附按照磨損機理的不同將砂輪磨損過程分為三個階段：

1）初期階段的磨損主要是磨粒的破碎

2）第二階段的磨損主要是磨耗磨損

3）第三階段的磨損主要是結(jié)合劑破碎372.8.7砂輪的磨損與修整砂輪的修整砂輪工作表面修整后的砂粒微刃

修整工具本身不作旋轉(zhuǎn)運動

修整工具本身作回轉(zhuǎn)運動或直線運動

修整工具是鋼的或硬質(zhì)合金的擠壓輪目的：用修整工具把砂輪工作表面修整成所要求的型廓和銳度修整方式382.8.8磨削液磨削液的作用：潤滑及冷卻、洗滌和防銹磨削液的種類：種類成分效果油性磨削液礦物油低粘度及中粘度輕質(zhì)礦物油＋油溶性防腐劑＋極性添加劑潤滑性好冷卻性較差極壓油低粘度及中粘度輕質(zhì)礦物油＋極壓添加劑水溶性磨削液乳化液極壓乳化液水＋礦物油＋乳化液＋防銹添加劑乳化液＋極壓添加劑潤滑性較差冷卻性好化學(xué)合成劑水＋表面活性劑（非離子型、陰離子型或皂類）水＋表面活性劑＋防銹添加劑＋極壓添加劑無機鹽磨削液水＋無機鹽類水＋無機鹽＋表面活性劑392.8.8磨削液通常采用的磨削液供給方法是澆注法，即用低壓泵把磨削液輸送至噴嘴，借助液體本身的重力作用澆注到砂輪與工件的接觸區(qū)。為沖破環(huán)繞砂輪表面的氣流障礙，提高冷卻潤滑效果，對供液方法做了不少改進(jìn)，例如采用壓力冷卻，砂輪內(nèi)冷卻，噴霧冷卻，澆注法與超聲波并用以及對砂輪作浸漬處理，實現(xiàn)固體潤滑等磨削液的磨削液的供給方法：402.8.9幾種高效的磨削技術(shù)高速磨削強力磨削（緩進(jìn)給大切深磨削）砂帶磨削412.8.9幾種高效的磨削技術(shù)高速磨削普通磨削：vc

=30～35m/s高速磨削：vc

>45或50m/s與普通磨削相比，生產(chǎn)效率可比普通磨削高30～40%。砂輪速度(m/s)砂輪硬度砂輪粒度磨料50-60K-L60-70#A、MA(GW)80M-N80-100#MA(GW)、A、PA、WA表2－12高速磨削砂輪的選擇422.8.9幾種高效的磨削技術(shù)強力磨削特點：材料去除率高砂輪磨損小磨削質(zhì)量好磨削力和磨削熱大

進(jìn)給深度：2～20mm進(jìn)給速度：10～30mm/min432.8.9幾種高效的磨削技術(shù)砂帶磨削砂帶是在帶基上（帶基材料多采用聚