教學(xué)單元8-磨削與砂輪

金屬切削加工與刀具教學(xué)單元8：磨削與砂輪本章主要內(nèi)容磨床（了解）磨削方法（掌握）砂輪的組成要素（掌握）砂輪的磨損與修整（熟悉）磨削運(yùn)動（掌握）磨削特點(diǎn)（掌握）先進(jìn)磨削方法簡介（了解）珩磨、研磨（熟悉）超精加工與滾壓（了解）8.1磨削加工任務(wù)引入選擇砂輪的結(jié)構(gòu)類型和參數(shù)？一、磨削概況以磨料為主制造而成的切削工具稱為磨具。磨削就是用磨具以較高的線速度對工件表面進(jìn)行加工的方法加工外圓、內(nèi)孔、平面、螺紋、齒輪、花鍵、導(dǎo)軌、成形面以及刃磨各種刀具等能加工一般的金屬材料和非金屬材料，還能加工各種高硬、超硬材料（如淬火鋼、硬質(zhì)合金等）磨削加工的加工精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T4，表面粗糙度可達(dá)Ra0.8～Ra0.025，廣泛應(yīng)用于半精加工和精加工二、磨床磨床是利用磨具對工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床外圓磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形外表面的磨床內(nèi)圓磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形內(nèi)表面的磨床座標(biāo)磨床：具有精密座標(biāo)定位裝置的內(nèi)圓磨床無心磨床：工件采用無心夾持，一般支承在導(dǎo)輪和托架之間，由導(dǎo)輪驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)，主要用于磨削圓柱形表面的磨床平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床砂帶磨床：用快速運(yùn)動的砂帶進(jìn)行磨削的磨床珩磨機(jī)：用于珩磨工件各種表面的磨床研磨機(jī)：用于研磨工件平面或圓柱形內(nèi)，外表面的磨床導(dǎo)軌磨床：主要用于磨削機(jī)床導(dǎo)軌面的磨床工具磨床：用于磨削工具的磨床多用磨床：能用隨動裝置及附件磨削多種工件的磨床專用磨床：從事對某類零件進(jìn)行磨削的專用機(jī)床，如：花鍵軸磨床、曲軸磨床、凸輪磨床、齒輪磨床、螺紋磨床三、磨削運(yùn)動

主運(yùn)動

砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動主運(yùn)動速度即磨削速度Vc是砂輪外圓的線速度

徑向進(jìn)給運(yùn)動砂輪切入工件的運(yùn)動

徑向進(jìn)給量fr

即工作臺每雙（單）行程，砂輪切入工件的深度軸向進(jìn)給運(yùn)動軸向進(jìn)結(jié)量fa即工件相對砂輪沿軸向的進(jìn)給運(yùn)動

工件圓周（或直線）進(jìn)給運(yùn)動工件進(jìn)給速度Vw即工件圓周線速度或工作臺移動速度外圓磨削時平面磨削時——L：工作臺行程，mm；dw：工件直徑，mm

nw：工件轉(zhuǎn)速，r／s；ntab：工作臺往復(fù)頻率，s-1

常用磨削用量

vc:

25~50m/s（氧化鋁或碳化硅砂輪）；80~150m/s（CBN或人造金剛石砂輪）

vw:

粗磨20~30mm/min；精磨20~60mm/min

fa:

粗磨（0.3~0.7）Bmm/r；精磨（0.3~0.4）Bmm/r(B為砂輪寬度，單位mm)

fr:

粗磨0.015~0.05mm/單行程或0.015~0.05mm/雙行程；精磨0.005~0.01mm/單行程或0.005~0.01mm/雙行程四、磨削方法1.外圓磨削在普通外圓磨床、萬能外圓磨床或無心磨床上進(jìn)行，通常作為半精車后的精加工縱磨法工件作圓周進(jìn)給運(yùn)動，同時隨工作臺作縱向進(jìn)給運(yùn)動。每一縱向行程或往復(fù)行程結(jié)束后，砂輪作一次橫向進(jìn)給，把磨削余量逐漸磨去。適用于單件、小批生產(chǎn)以及精磨橫磨法（切入磨法）工件無縱向進(jìn)給運(yùn)動。采用一個比需要磨削的表面還要寬一些（或一樣寬）的砂輪以很慢的送給速度向工件橫向進(jìn)給，直到磨掉全部加工余量。主要用于磨削長度較短的外圓表面以及兩邊都有臺階的軸徑深磨法特點(diǎn)是全部磨削余量在一次縱向走刀中磨去。磨削時工件圓周進(jìn)給速度和縱向送給速度都很慢，砂輪前端修整成階梯形或錐形。只適于大批、大量生產(chǎn)，磨削允許砂輪越出被加工面兩端較大距離的工件無心外圓磨削法工件放在磨削砂輪和導(dǎo)輪之間，下方有一托板。磨削砂輪旋轉(zhuǎn)起切削作用，工件與導(dǎo)輪之間的摩擦力較大，從而使工件以接近于導(dǎo)輪的線速度回轉(zhuǎn)。多用于細(xì)長光軸、軸銷和小套等零件的大批、大量生產(chǎn)

2.內(nèi)圓磨削在普通內(nèi)圓磨床或萬能外圓磨床上進(jìn)行外；對大型薄壁零件，還可采用無心內(nèi)圓磨削；對重量大、形狀不對稱的零件，可采用行星式內(nèi)圓磨削，此時工件外圓應(yīng)先經(jīng)過精加工內(nèi)圓磨削由于砂輪軸剛性差，一般都采用縱磨法。只有孔徑較大，磨削長度較短的特殊情況下，內(nèi)圓磨削才采用橫磨法3.平面磨削零件上各種位置的平面，磨削后平面的Ra值在0.2～0.8之間，尺寸精度可達(dá)IT5～I(xiàn)T6，對基面的平行度可達(dá)0.005～0.01mm／500mm周邊磨削特點(diǎn)是砂輪與工件接觸面小，磨削力小，排屑和冷卻條件好，工件的熱變形小，工件的加工精度高，但生產(chǎn)率較低。端面磨削特點(diǎn)是砂輪與工件接觸面大，主軸軸向受力，剛性較好，生產(chǎn)率較高，但磨削力大，排屑和冷卻條件較差，工件的熱變形較大，工件的加工精度較低

小結(jié)磨削工藝范圍磨床磨削運(yùn)動磨削用量磨削方法一、砂輪的特性要素1.磨料氧化物系：剛玉類：棕剛玉（A）白剛玉（WA）、鉻剛玉（PA）碳化物系：黑碳化硅（C）綠碳化硅（GA）立方氮化硼：立方氮化硼（CBN）人造金剛石：人造金剛石（MBD等）砂輪的構(gòu)造1-砂輪2-結(jié)合劑3-磨粒4-磨屑5-氣孔6-工件8.2砂輪

2.粒度篩選法：區(qū)分較大的磨粒。粒度號越大，磨粒的實(shí)際尺寸越小沉積法：區(qū)分微細(xì)磨粒3.結(jié)合劑把磨粒固結(jié)成磨具的材料成為結(jié)合劑4.硬度磨粒在外力作用下從磨具表面脫落的難易程度稱為硬度5.組織組織表示砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔間的體積比例砂輪組成要素、代號、性能和適用范圍粗加工精加工硬材料軟材料粒度粗磨粒細(xì)磨粒細(xì)磨粒粗磨粒硬度軟砂輪硬砂輪軟砂輪硬砂輪組織疏松緊密中等疏松砂輪基本參數(shù)的選擇

常用砂輪的形狀、代號及主要用途二、砂輪的形狀、尺寸和標(biāo)志代號名稱端面形狀形狀尺寸標(biāo)記主要用途1平行砂輪1—D×T×H磨外圓、內(nèi)孔、平面及刃磨刀具2筒形砂輪2—D×T—W端磨平面4雙斜邊砂輪4—D×T/U×H磨齒輪及螺紋6杯形砂輪6—D×T×H-W，E端磨平面，刃磨刀具后刀面

常用砂輪的形狀、代號及主要用途（續(xù)）代號名稱端面形狀形狀尺寸標(biāo)記主要用途11碗形砂輪11—D/J×T×H—W，E，K端磨平面，刃磨刀具后刀面12a碟形一號砂輪12a—D/J×T/U×H—W，E，K刃磨刀具前刀面41薄片砂輪41—D×T×H切斷及磨槽三、3G砂輪20世紀(jì)80年代，美國3M公司和Norton公司——SG砂輪SG與GC混合的砂輪CVSG砂輪：SG與CBN混合的砂輪21世紀(jì)初，Norton——第二代SG砂輪（TG砂輪）四、人造金剛石砂輪與立方氮化硼砂輪1.人造金剛石砂輪2.立方氮化硼砂輪金剛石砂輪的構(gòu)造1-磨料層2-過渡層3-基體8.3磨削過程一、砂輪的形貌砂輪上磨粒的形狀a）外形b）典型磨粒斷面二、磨削過程分析1）砂輪開始接觸工件時：由于工藝系統(tǒng)彈性變形，實(shí)際背吃刀量比磨床刻度盤顯示的徑向進(jìn)給量小2）初磨階段：工藝系統(tǒng)彈性變形達(dá)到一定程度，繼續(xù)徑向進(jìn)給，實(shí)際背吃刀量基本等于徑向進(jìn)給量3）穩(wěn)定階段：磨去主要加工余量后，可以減少徑向進(jìn)給量或完全不進(jìn)給再磨一段時間。實(shí)際背吃刀量大于徑向進(jìn)給量4）清磨（光磨）階段：為了提高磨削精度和表面質(zhì)量磨粒的切削過程：磨削時磨粒的切削層和工件表面的微觀形狀1-某次磨削所得的表面2-后一次磨削所得表面3-某磨粒所切削的材料斷面積

工件表面粗糙度由砂輪的形貌和磨削用量決定磨削優(yōu)點(diǎn)：精度高，表面粗糙度小磨削缺點(diǎn)：切除單位體積切屑所消耗的功率大；磨削表面變形、燒傷、應(yīng)力比較大三、磨削力Ff

=0.1~0.2FcFp=1.6~3.2Fc四、磨削階段初磨階段（Ⅰ）穩(wěn)定階段（Ⅱ）清磨階段（Ⅲ）

——開始磨削時采用較大徑向進(jìn)給量以提高生產(chǎn)率；最后階段采用無徑向進(jìn)給磨削以提高工件質(zhì)量五、恒壓力磨削與恒功率磨削1.恒壓力磨削2.恒功率磨削

六、磨削溫度磨削區(qū)域的平均溫度，約400~1000℃影響因素——磨削速度、進(jìn)給量等七、砂輪的安裝與平衡砂輪內(nèi)孔與砂輪軸或法蘭盤外圓之間，一般配合間隙為0.1~0.8mm，高速砂輪間隙要小些。用法蘭盤裝夾砂輪時，兩個法蘭盤直徑應(yīng)相等，其外徑應(yīng)不小于砂輪外徑的1/3。在法蘭盤與砂輪端面間應(yīng)用厚紙板或耐油橡皮等做襯墊，螺母的擰緊力不能過大，否則砂輪會破裂。緊固螺紋的旋向，應(yīng)與砂輪的旋向相反。一般直徑大于125mm的砂輪都要進(jìn)行平衡，使砂輪的重心與其旋轉(zhuǎn)軸線重合。一般情況下，只需作靜平衡，但在高速磨削(速度大于50m/s)和高精度磨削時，必須進(jìn)行動平衡。八、砂輪的磨損與修整磨粒的磨損；磨粒的破碎；砂輪表面阻塞；砂輪輪廓失真

發(fā)現(xiàn)砂輪失去磨削能力時：修整砂輪！磨粒的磨損、破碎和脫落修整砂輪常用的工具a）大顆粒金剛石筆b）多粒碎金剛石筆c）金剛石滾輪九、磨削加工特點(diǎn)磨削的切削速度高，導(dǎo)致磨削溫度高能獲得高的加工精度和小的表面粗糙度值磨削的背向磨削力大砂輪有自銳作用能加工高硬度材料小結(jié)砂輪的基本參數(shù)砂輪形狀、尺寸和標(biāo)示磨削過程分析磨削力磨削階段磨削溫度砂輪磨損與修整磨削加工特點(diǎn)8.4磨削表面質(zhì)量一、表面粗糙度1.影響因素2.磨削振動磨削時磨粒的切削層和工件表面的微觀形狀1-某次磨削所得的表面2-后一次磨削所得表面3-某磨粒所切削的材料斷面積二、表面燒傷a）磨削溫度與燒傷顏色b）燒傷顏色與表面變形層深度

燒傷的程度：輕重其顏色依次分為“淺黃-黃-褐-紫-青”深色者為嚴(yán)重?zé)齻?，肉眼可分辨，淺色者為輕度燒傷，須經(jīng)酸洗后才能顯現(xiàn)磨削淬硬鋼時表面燒傷層硬度變化避免燒傷措施：合理選用砂輪合理選用磨削量充分冷卻改進(jìn)磨床結(jié)構(gòu)，精確控制砂輪的切入量三、表面殘余應(yīng)力

表面殘余應(yīng)力的原因：（1）金屬組織相變引起的體積變化磨削時，磨削溫度使表層組織，體積膨脹，于是里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力（2）不均勻的熱脹冷縮磨削時，表層與里層呢個溫度相差較多（3）殘留的塑性變形磨粒切削、刻劃磨削表面后，在磨削速度方向，使工件表面上存在著殘余拉應(yīng)力；在垂直于磨削速度方向，由于磨粒擠壓金屬所引起的變形受兩側(cè)材料的約束，工件表面上存在著殘余壓應(yīng)力因磨削表面塑性變形二產(chǎn)生的殘余應(yīng)力比較有效的措施：采用立方氮化硼砂輪、減小砂輪切入量，采用切削液，增加清磨次數(shù)等一、高速磨削由于相對運(yùn)動vc+vw增大，磨粒切入工件時的彈性、塑性所引起的隆起減少，使表面粗糙度值減小，如圖所示

磨削速度與隆起的關(guān)系a)溝痕形狀b)磨削速度的影響

8.5先進(jìn)磨削方法高速磨削特點(diǎn)：

生產(chǎn)率高：生產(chǎn)率比普通磨削高30％—100％砂輪使用壽命可提高：由于每顆磨粒上所承受的切削負(fù)荷減小，則其磨削時間可相對延長可提高精度和減小磨削表面的粗糙度改善磨削表面質(zhì)量：工件轉(zhuǎn)速較高，使砂輪與工件的接觸時間縮短，傳至工件的磨削熱減少，可減少或避免產(chǎn)生燒傷和裂紋的現(xiàn)象二、深切緩進(jìn)給磨削（蠕動磨削）深切緩進(jìn)給磨削實(shí)例a）燃?xì)廨啓C(jī)葉片b）三爪自定心卡盤的卡爪1.特點(diǎn)

磨削弧面大，切削磨粒多，生產(chǎn)率比普遍磨削高3～5倍不需要無數(shù)次撞入工件端部銳邊，較長時間保持砂輪的輪廓清晰度磨削力很大，磨削溫度很高，共建表面易燒傷，磨床容易振動2.必須采取的措施

要采用順磨要選用超軟的、粒度號小、組織號大的或大氣孔砂輪對磨床要求功率大三、超精密磨削與鏡面磨削必須采取的措施：要采用高精度磨床超精密磨削使用棕剛玉、白剛玉或微晶剛玉磨料，粒度F60~F80陶瓷結(jié)合劑，硬度F、L的砂輪砂輪要用金剛石筆精細(xì)修整對前道工序工件的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度都有較高要求——表面粗糙度在Ra0.05～0.01μm的表面磨削方法四、砂帶磨削砂帶磨削的幾種形式a)磨外圓b)磨平面c)無心磨d)自由磨削e)砂帶成形磨削1-工件2-砂帶3-張緊輪4、5、6-導(dǎo)輪7-成形導(dǎo)向板

砂帶結(jié)構(gòu)1—工件2—底膠3—復(fù)膠4—磨粒

砂帶磨削特點(diǎn)：磨粒顆顆鋒利且磨削面積大，故生產(chǎn)率高、適用面廣（磨木材、皮革、石料、陶瓷等）砂帶有彈性，不易造成磨削燒傷和變形，加工質(zhì)量好能貼住成形表面磨削，可磨削復(fù)雜型面砂帶磨床結(jié)構(gòu)簡單，消耗功率小，但占地面積較大，噪音大。不能磨削小孔、深孔，不通孔、齒輪等砂帶要經(jīng)常更換，砂帶消耗量大8.6光整加工

一、珩磨1.加工原理珩磨加工的工具主要采用珩磨頭。珩磨加工時有三種運(yùn)動，即油石的徑向進(jìn)給、珩磨頭旋轉(zhuǎn)和上、下往復(fù)運(yùn)動2.特點(diǎn)加工精度高，但不能糾正上道工序的位置公差表面質(zhì)量好，表面粗糙度可達(dá)Ra0.2～0.04，甚至0.02；且不燒傷表面效率高應(yīng)用范圍廣不適合加工斷續(xù)表面及韌性高的金屬材料二、研磨1.研磨原理

研磨是通過研具在一定壓力下與加工面作復(fù)雜的相對運(yùn)動而完成的。研具和工件之間的磨粒與研磨劑在相對運(yùn)動中，分別起機(jī)械切削作用和物理、化學(xué)作用，使磨粒能從工件表面上切去極薄的一層材料，從而得到極高的尺寸精度和極細(xì)的表面粗糙度2.研磨方法

手工研磨

機(jī)器研磨