工程材料與成形工藝基礎(chǔ)第十四章磨削及光整加工課件

第十四章磨削及光整加工第一節(jié)磨削加工磨削(grinding)加工：用砂輪在磨床上對(duì)零件表面進(jìn)行切削加工的方法，是一種精密的加工方法。磨削:內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、平面及凸輪、螺紋、齒輪花鍵等成形面的磨削。磨削不僅可以加工一般的金屬材料，如碳素鋼、鑄鐵，還可以加工一般刀具難以加工的高硬度材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金等。

一、磨具砂輪：一種用結(jié)合劑把磨粒粘結(jié)起來，經(jīng)壓坯、干燥、焙燒及修整而成的，具有很多氣孔、用磨粒進(jìn)行切削的固結(jié)磨具。磨粒以其露在表面部分的尖角作為切削刃。砂輪的特性：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及形狀尺寸。砂輪的特征：1.磨料直接擔(dān)負(fù)切削工作。棕剛玉硬度高，韌性大。加工硬度較低的塑性材料，如中、低碳鋼和低合金鋼等；黑碳化硅加工硬度較低的脆性材料，如鑄鐵、鑄銅等；綠碳化硅加工高硬度的脆性材料，如硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷和玻璃等。2.粒度磨料顆粒的大小，用粒度號(hào)表示。粒度對(duì)加工表面粗糙度和磨削生產(chǎn)率影響較大。粗磨用粗磨料（30＃～46＃），粒度號(hào)較小。精磨用細(xì)磨粒（60?！?20＃），粒度號(hào)較大。磨削硬度低、塑性大的工件材料和磨削面積較大時(shí)，為避免砂輪堵塞，可采用粗粒度的砂輪。陶瓷結(jié)合劑(V)、：外圓、內(nèi)圓、平面、無心磨削和成形磨削的砂輪等；樹脂結(jié)合劑(B)：切斷和開槽的薄片砂輪及高速磨削砂輪；橡膠結(jié)合劑(R)：無心磨削導(dǎo)輪、拋光砂輪；金屬結(jié)合劑(M)：金剛石砂輪等。

4.結(jié)合劑將磨料粘結(jié)一起，使砂輪具有必要的形狀和強(qiáng)度的材料。5.組織

指砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔三者間的體積比例關(guān)系，以磨粒率(磨粒占磨具體積的百分率)表示磨具的組織號(hào)。國標(biāo)中規(guī)定了15個(gè)組織號(hào)：0，1，2，…，13，14。0號(hào)組織最緊密，磨粒率最高；14號(hào)組織最疏松，磨粒率最低。普通磨削常用4～7號(hào)組織的砂輪。組織號(hào)越大，磨粒所占體積越小，表明砂輪越疏松。這樣，氣孔就越多，砂輪不易被切屑堵塞，同時(shí)可把冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)，使散熱條件改善。6.砂輪的形狀、尺寸及代號(hào)

平行砂輪平行砂輪用途較廣，根據(jù)尺寸的不同，可用于內(nèi)圓磨、外圓磨、平面磨、無心磨和裝在砂輪機(jī)上手動(dòng)粗磨，為各種鑄鋼、鑄鐵專用砂輪

斜邊砂輪單斜邊砂輪多用于磨削各種鋸齒、銑刀、鉸刀、插齒刀等。

雙斜邊砂輪主要用于磨齒輪齒和單線螺紋。筒形砂輪青銅燒結(jié)陶瓷筒形砂輪主要是安裝在平面磨床的豎軸上磨平面

碗形砂輪碗形砂輪適用于鑄件平面加工、刃磨銑刀、餃刀、拉刀、盤形車刀、插齒刀、擴(kuò)孔鉆、磨道軌平面、磨道叉等。碟形砂輪薄片砂輪（CBN）外圓磨砂輪

CylindricalGrinding立方氮化硼外圓磨砂輪對(duì)硬度高、韌性大、高溫強(qiáng)度高、熱傳導(dǎo)率低的材料，具有良好的磨削性能。具有加工加工效率高、精度高、不產(chǎn)生燒傷、裂紋和退火變軟現(xiàn)象，磨具磨損小、壽命長、加工成本低的特點(diǎn)。（CBN）平面磨砂輪

SurfaceGrinding

1床身2頭架3內(nèi)圓磨頭4砂輪架5尾座7轉(zhuǎn)臺(tái)8橫向進(jìn)給手輪9工作臺(tái)①床身

床身用于裝夾各部件。上部裝有工作臺(tái)和砂輪架，內(nèi)部裝有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。②砂輪架

用于裝夾砂輪，并有單獨(dú)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)。砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)。它由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。砂輪架可沿床身后部橫向?qū)к壡昂笠苿?dòng)，其方式有手動(dòng)和快速引進(jìn)、退出兩種。③工作臺(tái)

工作臺(tái)上裝有頭架和尾座，用以裝夾工件并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。工作臺(tái)有兩層，磨削時(shí)下工作臺(tái)作縱向往復(fù)移動(dòng)，以帶動(dòng)工件縱向進(jìn)給，其行程長度可借擋塊位置調(diào)節(jié)。上工作臺(tái)相對(duì)下工作臺(tái)在水平面內(nèi)可扳轉(zhuǎn)一個(gè)不大的角度，以便磨削圓錐面。④頭架

頭架內(nèi)的主軸由單獨(dú)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。主軸端部可裝夾頂尖、撥盤或卡盤，以便裝夾工件并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)作圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。⑤尾座

尾座的功用是用后頂尖支撐長工件。它可在工作臺(tái)上移動(dòng)，調(diào)整位置以裝夾不同長度的工件。萬能外圓磨床與普通外圓磨床的主要區(qū)別萬能外圓磨床增設(shè)了內(nèi)圓磨頭，且砂輪架和工件頭架的下面均裝有轉(zhuǎn)盤，能圍繞自身的鉛垂軸線扳轉(zhuǎn)一定角度。因此，萬能外圓磨床除了磨粗外圓和錐度較小的外錐面外，還可以磨削內(nèi)圓和任意角度的內(nèi)外錐面。砂輪架安裝在床身上，由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪高速旋轉(zhuǎn)，提供主運(yùn)動(dòng)；砂輪架還可以橫向移動(dòng)，使砂輪實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

工件頭架安裝在工作臺(tái)上，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)作圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；頭架可在水平面內(nèi)扳轉(zhuǎn)一定角度，以便磨削內(nèi)錐面。

工作臺(tái)沿床身縱向?qū)к壨鶑?fù)直線移動(dòng)，帶動(dòng)工件作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

（2）內(nèi)圓磨床臥軸矩臺(tái)平面磨床1床身2床鞍3砂輪4磨頭5立柱（3）平面磨床臥軸、立軸矩臺(tái)平面磨床臥軸、立軸圓臺(tái)平面磨床。外圓面磨削(grinding)既可在外圓磨床上進(jìn)行，也可在無心磨床上進(jìn)行。四、磨削加工方法1.外圓磨削軸類工件常用頂尖安裝，其方法與車削基本相同，但磨床所用頂尖都不隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)；盤套類工件則用心軸和頂尖安裝1）在外圓磨床上磨削工件的安裝外圓磨床上安裝工件的方法常用的有頂尖安裝、卡盤安裝和心軸安裝等。頂尖安裝:軸類工件

卡盤和心軸安裝工件

a）縱磨法b）橫磨法c）混合磨法d）深磨法

砂輪高速旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件旋轉(zhuǎn)并和磨床工作臺(tái)一起往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)分別為圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工件每轉(zhuǎn)一周的縱向進(jìn)給量為砂輪寬度的三分之二，致使磨痕互相重疊。每當(dāng)工件一次往復(fù)行程終了時(shí)，砂輪作周期性的橫向進(jìn)給（背吃刀量）。（1）.縱磨法散熱條件較好；加工精度和表面質(zhì)量較高；具有較大的適應(yīng)性，可以用一個(gè)砂輪加工不同長度的工件；生產(chǎn)率較低。廣泛適用于單件、小批生產(chǎn)及精磨，特別適用于細(xì)長軸的磨削。又稱切入法，工件不作縱向移動(dòng)，而由砂輪以慢速作連續(xù)的橫向進(jìn)給，直至磨去全部磨削余量。（2）橫磨法.生產(chǎn)率高，散熱條件差，工件容易產(chǎn)生熱變形和燒傷現(xiàn)象，且因背向力Fp大，工件易產(chǎn)生彎曲變形。無縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，磨痕明顯，工件表面粗糙度Ra值較縱磨法大。一般用于大批大量生產(chǎn)中磨削剛性較好、長度較短的外圓以及兩端都有臺(tái)階的軸頸。先用橫磨法將工件表面分段進(jìn)行粗磨，相鄰兩段間有5～10mm的搭接，工件上留有0.01～0.03mm的余量，然后用縱磨法進(jìn)行精磨。此法綜合了橫磨法和縱磨法的優(yōu)點(diǎn)。（3）混合磨法磨削時(shí)用較小的縱向進(jìn)給量（一般取1～2mm/r），把全部余量（一般為0.2mm～0.6mm）在一次走刀中全部磨去。磨削用的砂輪前端修磨成錐形或階梯形，砂輪的最大外圓面起精磨和修光作用，錐形或其余階梯面起粗磨或半精磨作用。深磨法的生產(chǎn)率約比縱磨法高一倍，但修整砂輪較復(fù)雜，只適用于大批量生產(chǎn)并允許砂輪越出加工面兩端較大距離的工件。（4）深磨法磨削時(shí)工件放在兩個(gè)砂輪之間，下方用托板托住，不用頂尖支持，所以稱為無心磨。兩個(gè)砂輪中，較小的一個(gè)是用橡膠結(jié)合劑做的，磨粒較粗，以0.16m/s～0.5m/s速度回轉(zhuǎn)，此為導(dǎo)輪；另一個(gè)是用來磨削工件的砂輪，以30m/s～40m/s速度回轉(zhuǎn)，稱為磨削輪。導(dǎo)輪軸線相對(duì)于工件軸線傾斜一個(gè)角度α（10～50），以使導(dǎo)輪與工件接觸點(diǎn)的線速度v導(dǎo)分解為兩個(gè)速度，一個(gè)是沿工件圓周切線方向的v工，另一個(gè)是沿工件軸線方向的v通，因此，工件一方面旋轉(zhuǎn)作圓周進(jìn)給，另一方面作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工件從兩個(gè)砂輪間通過后，即完成外圓磨削。為了使工件與導(dǎo)輪保持線接觸，應(yīng)當(dāng)將導(dǎo)輪母線修整成雙曲線形。

2）無心外圓磨床上磨削

1—工件2—磨削輪3—托板4—導(dǎo)輪

優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)率高，工件尺寸穩(wěn)定，不需用夾具，操作技術(shù)要求不高；缺點(diǎn)：工件圓周面上不允許有鍵槽或小平面，對(duì)于套筒類零件不能保證內(nèi)、外圓的同軸度要求，機(jī)床的調(diào)整較費(fèi)時(shí)。適用于成批、大量生產(chǎn)光滑的銷、軸類零件內(nèi)圓磨削(holegrinding)是孔的精加工方法之一，可達(dá)到的尺寸公差等級(jí)為IT8～I(xiàn)T6，表面粗糙度Ra值為1.6～0.4μm。內(nèi)圓磨削可以在內(nèi)圓磨床或萬能外圓磨床上進(jìn)行。2.內(nèi)圓磨削

磨孔時(shí)，砂輪旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件低速旋轉(zhuǎn)為圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（其方向與砂輪旋轉(zhuǎn)方向相反），工作臺(tái)帶動(dòng)工件作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。切深運(yùn)動(dòng)為砂輪周期性的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（1）可磨淬硬孔；（2）不僅能保證孔本身的尺寸精度和表面質(zhì)量，還可以提高孔軸線的直線度。（3）同一個(gè)砂輪，可以磨削不同直徑的孔。（4）生產(chǎn)率比鉸孔低，比拉孔更低。磨孔的工藝特點(diǎn)：

磨平面：在平面磨床上對(duì)平面進(jìn)行精加工的方法。主運(yùn)動(dòng)都是砂輪的高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是砂輪、工作臺(tái)的移動(dòng)，3.磨平面平面磨削：周磨和端磨周磨：利用砂輪的圓周面進(jìn)行磨削。工件與砂輪的接觸面積小，發(fā)熱少，排屑與冷卻情況好，加工精度高，但生產(chǎn)率低，在單件小批生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。端磨：利用砂輪的端面進(jìn)行磨削。砂輪軸立式安裝，剛性好，可采用較大的切削用量，而且砂輪與工件的接觸面積大，故生產(chǎn)率高。但精度較周磨差，磨削熱較大，切削液進(jìn)入磨削區(qū)較困難，易使工件受熱變形，且砂輪磨損不均勻，影響加工精度。平面磨削常作為刨削或銑削后的精加工，特別是用于磨削淬硬工件，以及具有平行表面的零件（如滾動(dòng)軸承環(huán)、活塞環(huán)等）。經(jīng)磨削兩平面間的尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT6～I(xiàn)T5級(jí)，表面粗糙度Ra值為0.8～0.2μm。光整加工：精加工以后所進(jìn)行的精密加工，目的是為了獲得高的表面質(zhì)量(其中表面粗糙度Ra值在0.2μm以下)和高的加工精度(IT6～I(xiàn)T5)研磨珩磨超級(jí)光磨拋光第二節(jié)光整加工研磨(lapping)是把研磨劑放在研具與工件之間，在一定壓力作用下研具與工件作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過研磨劑的微量切削及化學(xué)作用，去除工件表面的微小余量，以提高尺寸精度、形狀精度和降低表面粗糙度。

一、研磨研磨方法：手工研磨和機(jī)械研磨磨料：機(jī)械切削，常用的有剛玉、碳化硅、氧化硅、氧化鉻、氧化鐵等，粒度為1～10μm。研磨液：冷卻、潤滑、使磨粒均布在研具表面，常用油類磨削液。輔助填料：由硬脂酸、石蠟、工業(yè)用豬油、蜂蠟按一定比例混合成的混合脂，起吸附磨料、防止磨料沉淀和潤滑作用，還通過化學(xué)作用使工件表面形成一層極薄的氧化膜，氧化膜很容易磨掉而不損傷基體，研磨過程中氧化膜不斷地形成、磨掉，從而加快研磨過程。研磨劑：液態(tài)研磨劑和研磨膏工件安裝在車床兩頂尖間作低速旋轉(zhuǎn)（20～30m/min），研具（手握）在一定壓力下沿工件軸向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),直至研磨合格為止。生產(chǎn)率低，只適用于單件小批量生產(chǎn)。1.研磨外圓研磨孔(holelapping)：孔的光整加工方法，需要在精鏜、精鉸或精磨后進(jìn)行。研磨后孔的尺寸公差等級(jí)：IT6～I(xiàn)T4，表面粗糙度Ra值：0.1～0.008μm，圓度和圓柱度亦相應(yīng)提高。2.研磨孔

在車床上研磨套類零件孔：研具為可調(diào)式研磨棒。研磨前，套上工件，將研磨棒安裝在車床上，涂上研磨劑，調(diào)整研磨棒直徑使其對(duì)工件有適當(dāng)?shù)膲毫?，即可進(jìn)行研磨。研磨時(shí)，研磨棒旋轉(zhuǎn)，手握工件往復(fù)移動(dòng)。研磨余量一般不超過0.01～0.03mm，研磨前的工件應(yīng)進(jìn)行精車或精磨。研磨可以獲得IT5或更高的尺寸公差等級(jí)，表面粗糙度Ra值為0.1～0.008μm。研磨可加工平面、圓柱面、圓錐面、螺紋表面、齒輪齒面等。研磨平面一般在磨削之后進(jìn)行。研磨平面的研具：帶槽的平板：用于粗研；光滑的平板：用于精研。3.研磨平面

研磨時(shí)，在平板上涂以適當(dāng)?shù)难心?，工件沿平板的全部表面?字形或直線相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行研磨，目的是使磨料不斷在新的方向起研磨作用。研磨小而硬的工件或粗研時(shí)，用較大的壓力、低的速度；反之，則用較大的壓力、較快的速度。平面研磨主要用來加工小型精密平板、平尺、塊規(guī)以及其它精密零件的表面。單件小批生產(chǎn)一般用手工研磨，大批大量生產(chǎn)多用機(jī)器研磨。珩磨(honing)是用帶有油石的珩磨頭對(duì)孔進(jìn)行精整加工的方法，需在磨削或精鏜的基礎(chǔ)上進(jìn)行。珩磨后孔的尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT6～I(xiàn)T5，表面粗糙度Ra值為0.2～0.025μm，孔的形狀精度亦相應(yīng)提高。二、珩磨珩磨是利用裝有磨條的珩磨頭來加工孔的，加工時(shí)工件視其大小可安裝在機(jī)床的工作臺(tái)或夾具中。具有若干個(gè)磨條的珩磨頭插入已加工過的孔中，由機(jī)床主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)且作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)（0.16str/s～1.6str/s）。磨條以一定的壓力與孔壁接觸，即可從工件表面切去極薄的一層金屬。為得到較小的Ra值，切削軌跡應(yīng)成均勻而不重復(fù)的交叉網(wǎng)紋。磨條材料：加工鋼件:氧化鋁；加工鑄鐵、不銹鋼和有色金屬:碳化硅。珩磨孔多在專用的機(jī)床上進(jìn)行，在單件小批量生產(chǎn)中，也可在改裝的立式鉆床上進(jìn)行。（1）生產(chǎn)率高。（2）孔的加工精度高。（3）適應(yīng)性廣。珩磨可加工鑄鐵件、淬火和不淬火的鋼件以及青銅件等，但不宜加工韌性大的有色金屬件。加工的孔徑為φ3～φ500mm，孔的深徑比可達(dá)10以上。珩磨孔的工藝特點(diǎn)：

珩磨不僅在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍，而且在單件小批量生產(chǎn)中應(yīng)用也較廣泛。對(duì)于某些零件的孔，珩磨已成為典型的光整加工方法,例如飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸、缸套、連桿以及液壓油缸、炮筒等。珩磨孔的應(yīng)用：

超級(jí)光磨是用極細(xì)粒度的磨塊，在一定的壓力下對(duì)工件表面進(jìn)行光整加工的方法。加工時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)，磨條以恒力輕壓于工件表面，在軸向進(jìn)給的同時(shí)，作軸向低頻(8～33s-1)振動(dòng)，從而對(duì)工件的微觀不平表面進(jìn)行修磨。三、超級(jí)光磨（超精加工）超級(jí)光磨具有生產(chǎn)率高，設(shè)備簡單，操作方便，表面質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。但加工只除去加工表面在前一工序遺留下來