磨削加工技術(shù)

磨削加工技術(shù)第一頁，共72頁。3.1磨削原理3.2精密和超精密磨削3.3緩進(jìn)給磨削3.4砂帶磨削2023年4月24日之徐印鋒第二頁，共72頁。3.1磨削原理GrindingAbrasiveMachining

第三頁，共72頁。磨削加工采用固結(jié)硬質(zhì)磨料工具或游離的硬質(zhì)磨料對(duì)工件進(jìn)行切除的加工方法精度：IT5～I(xiàn)T7Ra1.25~0.08m精密磨削Ra<0.01m第四頁，共72頁。①砂輪表面磨粒、刃口形狀均隨機(jī)狀態(tài)②磨削速度很高。③磨粒的切削刃和前（后）刀面的形狀極不規(guī)則。rn第五頁，共72頁。④磨粒有自礪性。⑤單個(gè)磨粒切削厚度小，可獲得高加工精度和小Ra⑥大負(fù)γ0和大rn，使Fy>>Fz，工藝系統(tǒng)變形大，實(shí)際ap<名義ap

。rn第六頁，共72頁。第七頁，共72頁。第八頁，共72頁。第九頁，共72頁。第十頁，共72頁。第十一頁，共72頁。①

工件回轉(zhuǎn)表面的磨削外圓磨削內(nèi)圓磨削②

工件平型表面的磨削成形面磨削第十二頁，共72頁。

固結(jié)磨具磨具：涂附磨具研磨劑固結(jié)磨具：通過某種方式將磨料固定住，具有固定形狀的磨具。砂輪是使用較廣的固結(jié)磨具,由磨粒、結(jié)合劑和氣孔組成。

砂輪的結(jié)構(gòu)1－磨粒；2－結(jié)合劑；3－氣孔第十三頁，共72頁。磨料具備的條件：①硬度高、紅硬性好；②有一定的強(qiáng)度和韌性；③有鋒利的邊刃系列成分顯微硬度(HV)氧化物系A(chǔ)l2O32000～2300碳化物系SiCBC2800～4500超硬磨料CBN8000～9000金剛石8000～10000第十四頁，共72頁。粒度：磨料顆粒的大小，37個(gè)粒度號(hào)F4～F220稱為粗磨粒，F(xiàn)230~F1200稱為微粉。第十五頁，共72頁。將磨料粘結(jié)成各種形狀和尺寸的砂輪，直接影響砂輪的強(qiáng)度、耐熱性和耐用度種類特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合無機(jī)類陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫，但脆性大、易碎裂磨削厚度大、軸向力小、速度小于35m/s金屬強(qiáng)度高、韌性好，但自礪性差金剛石砂輪有機(jī)類樹脂彈性好，但化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐酸堿，溫度不能超過200℃磨狹窄的溝槽、切割磨片、熱敏材料的磨具橡膠彈性好，但化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐酸堿，溫度不能超過200℃磨狹窄的溝槽、切割磨片、熱敏材料的磨具、導(dǎo)輪、拋光輪。第十六頁，共72頁。硬度：結(jié)合劑對(duì)磨料的粘結(jié)力。粘結(jié)力越大，磨料越不易脫落，砂輪的硬度越高。砂輪自礪性：砂輪上磨粒鈍化后，磨削力增大，表層的磨粒自行脫落，里層有鋒利邊刃的磨料露出，代替磨鈍的磨粒參加磨削。砂輪自礪性與砂輪硬度有關(guān):硬度高，磨粒不易脫落，自礪性差；硬度低，磨粒易脫落，自礪性好。第十七頁，共72頁。磨料、結(jié)合劑、氣孔三者比例關(guān)系。磨料的比例越大，則砂輪越緊密。(a)緊密(b)中等(c)疏松砂輪的組織第十八頁，共72頁。磨粒損耗

磨粒的鈍化C-C磨粒的破碎B-B磨粒的脫落A-ACC第十九頁，共72頁。砂輪失效砂輪工作表面變鈍砂輪工作表面堵塞砂輪輪廓畸變第二十頁，共72頁。砂輪耐用度T:砂輪相鄰兩次修整間的磨削時(shí)間磨削比Gr:單位時(shí)間內(nèi)磨除工件材料的體積與砂輪磨耗體積比磨耗比Gs:為磨削比Gr的倒數(shù)，切除單位體積材料所消耗的砂輪體積

第二十一頁，共72頁。修整目的：去除鈍化和堵塞的磨粒，產(chǎn)生新的鋒利的磨粒；獲得足夠的切削刃，降低粗糙度；達(dá)到所需的輪廓整形:使砂輪具有一定精度的幾何形狀修銳:去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒具有一定突出高度，形成良好的切削刃和容屑空間第二十二頁，共72頁。①外圓磨②平面磨第二十三頁，共72頁。即磨削速度，主運(yùn)動(dòng)v↑,Ra↓，但受砂輪的強(qiáng)度限制，常用30－35m/s第二十四頁，共72頁。又稱圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即工件速度vw↑，生產(chǎn)率↑，工件磨削燒傷↓；但vw過大，振動(dòng)↑，工件Ra↑。第二十五頁，共72頁。工件轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，工件和砂輪在砂輪軸線方向的相對(duì)移動(dòng)。根據(jù)砂輪寬度B選擇粗磨fa＝(0.3~0.85)B精磨fa＝(0.2~0.3)B第二十六頁，共72頁。工作臺(tái)兩個(gè)行程之間砂輪在半徑方向上的相對(duì)位移粗磨fr＝0.01~0.07mm/行程精磨fr＝0.005~0.02mm/行程第二十七頁，共72頁。

磨粒的形狀刀尖角為90～120°，負(fù)前角切削刃為空間曲線，前刀面為空間曲面，形狀不規(guī)則磨粒的切削刃有幾個(gè)到幾十個(gè)微米的圓角經(jīng)過修整，磨粒上會(huì)出現(xiàn)微刃第二十八頁，共72頁。劃擦階段磨粒擠壓工件，產(chǎn)生彈性變形刻劃階段磨粒前方和兩側(cè)金屬產(chǎn)生塑性變形而隆起切削階段磨粒前方金屬層的厚度達(dá)到臨界值，金屬滑移成為切屑。第二十九頁，共72頁。acgmax為單個(gè)磨粒最大切削厚度

acgmax↑=>去除率↑，F(xiàn)↑，θ↑Ng:砂輪圓周上每毫米的磨粒數(shù),Ng↑=>acgmax↓Vw:工件速度，Vw↑=>acgmax↑Vs:砂輪速度，Vs↑=>acgmax↓fr:徑向進(jìn)給，fr↑=>acgmax↑ds:砂輪直徑，ds↑=>acgmax↓第三十頁，共72頁。①磨粒磨削點(diǎn)溫度磨粒磨削點(diǎn)溫度是磨粒切削刃與切屑接觸點(diǎn)的溫度，是磨削中溫度最高的部位，可達(dá)1000～1400℃，也是磨削熱的主要熱源。②砂輪磨削區(qū)溫度砂輪磨削區(qū)溫度是砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度。它影響工件表面的燒傷、裂紋和加工硬化。③工件平均溫升工件平均溫升是磨削熱傳入工件而引起的溫升。第三十一頁，共72頁。①定義：由磨削熱引起的、在加工表層瞬間發(fā)生的氧化變色現(xiàn)象②根據(jù)燒傷形貌分類：全面燒傷：零件的整個(gè)表面被燒傷斑狀燒傷：表面上出現(xiàn)分散的燒傷斑點(diǎn)線條狀燒傷：整個(gè)零件表面有線條形燒傷③根據(jù)顯微組織分類：回火燒傷淬火燒傷退火燒傷第三十二頁，共72頁。燒傷類型產(chǎn)生原因硬度防止措施淬火燒傷溫度超過相變溫度（720℃），急劇冷卻，產(chǎn)生硬度更高的二次淬火馬氏體組織提高

減少磨削熱的產(chǎn)生加速磨削熱傳散；選用正確的砂輪選用合理磨削用量合適的冷卻方式。退火燒傷溫度超過相變溫度（720℃），冷卻緩慢，產(chǎn)生退火組織降低回火燒傷溫度未超過相變溫度（720℃），但超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度（300℃），產(chǎn)生回火組織降低第三十三頁，共72頁。3.2精密和超精密磨削PrecisionGrinding&Ultra-PrecisionGrinding

第三十四頁，共72頁。精密磨床細(xì)粒度砂輪精修砂輪磨痕極其微細(xì)殘留高度極小加工精度為1～0.1mRa為0.2～0.025m

磨粒微刃性磨粒等高性第三十五頁，共72頁。①微刃的微切削作用

切削的刃口增多，深度減小，Ra↓②微刃的等高切削作用(a)砂輪(b)磨粒(c)微刃

(銳利、半鈍化、鈍化)

磨粒具有微刃性和等高性第三十六頁，共72頁。③微刃的滑擦、擠壓、拋光作用

④彈性變形的作用

Fy>Fz>Fx

砂輪具有退讓性，反復(fù)光磨提高精度第三十七頁，共72頁。

磨料：易于產(chǎn)生和保持微刃及其等高性鋼和鑄鐵：剛玉類磨料有色金屬：碳化硅粒度：46#～60#

結(jié)合劑：金屬類、陶瓷類結(jié)合劑第三十八頁，共72頁。金剛石筆修整器修整導(dǎo)程：10～15mm/min修整深度：2.5μm/str

初修修整精修光修70~80°(a)金剛石筆修整器(b)修整器與砂輪的相對(duì)位置第三十九頁，共72頁。金剛石滾輪修整燒結(jié)或電鍍金剛石滾輪修整時(shí)間短第四十頁，共72頁。金剛石滾輪修整燒結(jié)或電鍍金剛石滾輪修整時(shí)間短第四十一頁，共72頁。砂輪速度：15～30m/s工件速度：6～12m/min工件縱向進(jìn)給：0.06～0.5mm/r磨削深度：0.6～2.5μm/str走刀次數(shù)：2～3str第四十二頁，共72頁。①超硬磨料砂輪金剛石砂輪立方氮化硼砂輪②特點(diǎn)適合高硬度，高脆性和非金屬材料磨削能力強(qiáng)磨削力小，磨削溫度低磨削效率高加工成本低

第四十三頁，共72頁。③磨削工藝磨削用量磨削液④砂輪修整

磨削速度：12～30m/s磨削深度：0.001～0.01工件速度：10～20m/min縱向進(jìn)給速度：0.45～1.5m/min整形：車削法，磨削法修銳：擠壓滾扎，噴射、電加工法第四十四頁，共72頁。v=27m/s6420-2-4-60204681012彈性區(qū)塑性區(qū)切削區(qū)工件切入角α實(shí)際磨削軌跡理想磨削軌跡彈性區(qū)塑性區(qū)切削區(qū)塑性區(qū)彈性區(qū)接觸終點(diǎn)2α=6.8°切入角/（）接觸長度/mm加工精度達(dá)到0.1m以下、Ra<0.025m第四十五頁，共72頁。使用ELID磨削，冷卻液為特殊電解液。通電后，砂輪結(jié)合劑發(fā)生氧化，氧化層阻止電解進(jìn)一步進(jìn)行。在切削力作用下，氧化層脫落，露出了新的鋒利磨粒。電解修銳連續(xù)進(jìn)行，砂輪在整個(gè)磨削過程保持鋒利狀態(tài)進(jìn)給＋－電源金剛石砂輪（鐵纖維結(jié)合劑）冷卻液冷卻液電刷第四十六頁，共72頁。良好的穩(wěn)定性提高了貴重磨料的利用率良好的可控性鏡面磨削，殘留裂紋少第四十七頁，共72頁。具有較高主軸回轉(zhuǎn)精度的磨床。良好的導(dǎo)電性和電解性能的砂輪電源裝置電解液日本KOGE第四十八頁，共72頁。電子材料和磁性材料的鏡面磨削光學(xué)材料的鏡面磨削及難加工光學(xué)材料的研磨拋光前的鏡面磨削等陶瓷材料的鏡面磨削高硬度鋼鐵及其復(fù)合材料以及硬質(zhì)合金的鏡面磨削第四十九頁，共72頁。金剛石砂輪磨削光學(xué)玻璃樹脂結(jié)合劑砂輪磨粒粒度：6-12μm磨削深度：4μm進(jìn)給速度：6mm/min粗糙度Ra：1.04nm第五十頁，共72頁。ELID鏡面磨削實(shí)驗(yàn)室：Ra1-2nm工業(yè)應(yīng)用：Ra10–50nm玻璃表面SEM圖像玻璃表面AFM圖像第五十一頁，共72頁。高精度高剛度穩(wěn)定性微量進(jìn)給裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控有良好過濾的磨削液超穩(wěn)定加工環(huán)境條件和超凈化空間防振系統(tǒng)第五十二頁，共72頁。3.3緩進(jìn)給磨削Creepfeedgrinding第五十三頁，共72頁。緩進(jìn)給深切磨削（強(qiáng)力磨削，重負(fù)荷磨削，蠕動(dòng)磨削）緩進(jìn)給：普通磨削的10-2~10-3

大切深：普通磨削的102~103

磨削效率是普通磨削的3～5倍

Ra<0.2~0.4μm；精度<2~5μm第五十四頁，共72頁。第五十五頁，共72頁。第五十六頁，共72頁。正常磨削時(shí)溫度較低而容易突發(fā)燒傷(1)燒傷程度往往比較嚴(yán)重；(2)燒傷存在某種程度的突然性。第五十七頁，共72頁。0<q<qa，對(duì)流換熱階段qa<q<qlim，泡核沸騰階段q>qlim，成膜沸騰階段突發(fā)燒傷始終保持磨削過程中磨粒的鋒利，可以避免燒傷第五十八頁，共72頁。磨削深度大，砂輪與工件接觸弧較長。緩進(jìn)給磨削是大切深、一次進(jìn)給，進(jìn)給速度比較低。產(chǎn)生大量磨削熱，易燒傷，應(yīng)配有強(qiáng)冷卻。生產(chǎn)效率高?？梢灾睆侥ハ麟y加工的材料至尺寸要求。磨削精度高和表面質(zhì)量好。參加切削磨粒數(shù)多，總磨削力及功率大。第五十九頁，共72頁。邊磨削邊再成形和修銳砂輪省去了砂輪修整，提高了磨削效率；最長磨削長度取決于磨床可利用的磨削長度；比磨削能降低，磨削力及磨削熱均降低第六十頁，共72頁。冷卻液應(yīng)以一定壓力和流量送入磨削區(qū)而起到強(qiáng)冷卻作用，沖掉