機械制造工程學南通大學機械工程學院（5）第四章磨削加工基礎第一節(jié)磨削運動與砂輪

一、磨削運動外圓磨削運動主運動徑向進給量軸向進給量工件速度磨削時，一般有四個運動：(1)主運動Vc：是砂輪的旋轉運動。主運動速度是砂輪外圓的線速度:(2)徑向進給量

fr(mm/s)or(mm/dstr)(3)軸向進給量

fa(mm/r)(4)工件速度vw(mm/s)二、磨削用量的選擇磨削用量與一般切削用量的選擇不同

磨削用量的選擇原則通常是在保證工件表面質量的前提下盡量提高生產率，一般磨床的磨削速度v是固定不變的，所以不必選擇，因此首先選較大的工件速度vw,再選軸向進給量fa，最后才選徑向進給量fr。

Vw→fa→fr三、砂輪的特性砂輪的特性由下列五個因素來決定：磨料、粒度、結合劑、硬度和組織。1、磨料

常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三類。P29表2-1氧化物系適合磨削：各類鋼—主要成份AI2O3碳化物系適合磨削：鑄鐵、硬質合金—主要成份碳化硅,碳化硼

高硬磨料系—主要成份人造金剛石,立方氮化硼砂輪工件氣孔結合劑磨屑磨粒2、粒度

粒度表示磨粒的大小程度。P30表2-260#指磨粒剛可通過每英寸長度上有60個孔眼的篩網.

當磨粒的直徑小于40μm時，這些磨粒稱為微粉。選用:粗磨,工件材料軟,塑型大,磨削面積大——粗磨粒P31表2-33、結合劑結合劑的作用是將磨粒粘合在一起，使砂輪具有必要的形狀和強度。

陶瓷結合劑（Vitrified，代號V）大多數(shù)砂輪采用

v<35m/s

樹脂結合劑（Bakelite，代號B）

多用高速磨削,切斷,開槽

橡膠結合劑（Rubber，代號R）

多用無心磨床的導輪,切斷,開槽,

拋光砂輪

金屬結合劑（Metal，代號M）

主要用于制作金剛石砂輪

4、硬度

砂輪的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，從砂輪表面上脫落的難易程度。

由軟到硬共分14級P32表2-4選擇砂輪硬度時，可參照以下幾條原則：

工件硬度：硬—軟

加工接觸面：大—軟

精磨和成形磨削—硬

砂輪粒度大小砂輪粒度號大—軟

工件材料有色金屬,橡膠,樹脂—軟5、組織

砂輪的組織反映了磨粒、結合劑、氣孔三者的比例關系

砂輪的組織級別可分為緊密、中等、疏松三大類別。

P32表2-5砂輪的端面上一般都印有標志，例如GZ60SV6P300×30×75，即代表該砂輪的磨料是：6、砂輪形狀

P33表2-6

GZ棕剛玉，

6060號粒度，

S硬度為硬1，

V陶瓷結合劑，

66號組織，

P平型砂輪，

300×30×75外徑為300mm，厚度為30mm，內徑為75mm。

第二節(jié)磨削過程

一、砂輪的形貌外形

砂輪表面上磨粒的分布,每個磨粒的幾何形狀,特別是每個磨粒顯露出來的切削刃以及這些切削刃所處的高度等等,構成了砂輪的表面形貌。

砂輪的表面形貌對砂輪的磨削性能和工件已加工表面質量有極大的影響。砂輪上砂粒的形狀二、磨削過程分析單個磨粒的磨削過程

1.磨粒的模型2.磨削表面形成過程典型磨粒斷面β=1040-1080γβ

=7.4μm-35μm磨粒刃口鈍，形狀不規(guī)則，分布不均勻a)b)c)3.實際磨粒的的滑擦、耕耕犁與切削削過程三、磨削階階段Ⅰ：初磨階階段Ⅱ：穩(wěn)定階階段Ⅲ：清磨階階段四、砂輪的的磨損與修修正砂輪的磨損可可分為磨耗耗磨損和破破碎磨損砂輪的磨損過過程可分為為三個磨損損期A:B:C:棱角磨平-------形成成棱面磨粒破碎磨粒脫落常用的修整整工具有：：單顆粒金剛剛石，碳化化硅修整輪輪，電鍍人人造金剛石石滾輪等。。其中最常用用的是單顆顆粒金剛石石修整工具具。一般修整深深度只要略略大于0.04mm即可可。修整砂輪的的合理工藝藝條件是：：（1）選用用較小的修修整導程：：ｄｇ＝０.７×25.4/hｄｇ——磨粒的的平均直徑徑，ｍｍ；；h———磨粒的的粒度號。。（2）選用用適宜的修修整深度第三節(jié)磨磨削力與與磨削溫度度一、磨削力力FxFzFyFz——主磨削力（切向磨削削力）Fy——切深抗力（徑向磨削削力）Fx——進給抗力（軸向磨削削力）同其他切削削加工一樣樣，總磨削削力可分解解為三個分分力：合力：FF外圓磨削時時，切向力力Fz:磨削功率：：Fz:主主磨削力（（切向））Vs:砂砂輪的線速速度m/sCFz:常數(shù)（（20\21\22）vw:工件轉轉速m/sfa:砂輪軸軸向進給量量mmap:磨削深深度或徑向向進給量mm(3)磨磨削力隨不不同的磨削削階段而變變化。磨削力的主主要特征有有以下三點點：(與切切削力相比比)(1)單單位磨削力力kc值很大:kc=7-20KN/mm2(普通切削削kc<7KN/mm2)(2)三向向分力中切切深力Fy值很大：Fy/Fz=2.0-2.5→→5-10(普通切削削Fy/Fz=0.15-0.7)二、磨削溫溫度耕犁和滑擦擦所產生的的熱能,幾幾乎全部傳傳入工件.磨削時較大大,切除單單位切削體體積所需的的能約為普普通切削加加工的10-20倍.磨削溫度的的幾個名詞詞的含義及及其影響磨削溫度--指砂輪輪與工件接接觸面平均均溫度θA磨粒點的溫溫度θdot(1000°C)--磨削區(qū)的的溫度θA(幾百度)--工件的的平均溫升升(幾十度)2.各種磨磨削溫度對對已加工表表面質量的的影響a.工件的的平均溫升升

b.磨磨粒磨削點點的溫度：：θθdot∝vw0.26×vc0.24×fr0.13c.砂輪磨磨削區(qū)的溫溫度：θθA∝fr0.63×vw0.26×vc0.24------磨削溫溫度1.磨削溫溫度的幾個個名詞的含含義二.磨粒粒磨削點溫溫度與砂輪輪磨削區(qū)的的溫度(1)工件件速度對磨磨粒磨削點點溫度的影影響比砂輪輪速度影響響大。(2)徑向向進給量是是通過單個個磨粒的切切削厚度的的變化以及及同時工作作的磨粒數(shù)數(shù)的變化來來影響磨粒粒磨削點溫溫度θdot。當fr增加時,θθdot也增加,但但沒有vw和vc的影響大。。(3)徑向向進給量fr對砂輪輪磨削區(qū)溫溫度的影響響最大,這這是因為fr增加將將使砂輪和和工件接觸觸區(qū)增大的的緣故。三.磨削削溫度的測測量影響磨削溫溫度的因素素也是復雜雜的。一般般是通過實實際測量來來直接獲得得較準確的的磨削溫度度θΑ。除上述因素素外,還有有其它影響響磨削溫度度的因素,如fa增增加時，或或工件材料料的硬度高高、強度高高、韌性大大時，θdot和θΑ均增高，反反之則降低低。第四節(jié)磨削表面質質量一、磨削表表面粗糙度度磨削表面質質量包括磨削表表面的微觀不平度度(表面粗糙糙度)和磨磨削表面層層的機械物理性性能兩方面內容容分析上述理理論公式，，亦可提出出減小磨削削表面粗糙糙度的主要措施：磨削表面的的微觀不平平度一般都都比普通切切削為小,比較容易易獲得粗糙糙度小于Ra2～4μm的表面。。理論微觀最最大不平度度Rmaxz:vw,vc——分別為工件件和砂輪的的速度；Rw,Rt——分別為工件件和砂輪的的半徑；m——單位面積上上的磨粒數(shù)數(shù)；e———切削寬寬度與與平均均切屑屑厚度度的比比值。。（1））采用用粒度度號數(shù)數(shù)大的的砂輪輪，使使m值值增大大，可可減小小磨削削表面面粗糙糙度。。（2））提高高砂輪輪轉速速，或或降低低工件件轉速速，使使vw/vc的比值值增大大，亦亦可顯顯著減減小磨磨削表表面粗粗糙度度。（3））采用用直徑徑較大大的砂砂輪，，有利利于減減小磨磨削表表面粗粗糙度度；同同理，，在磨磨削直直徑大大的工工件時時表面面粗糙糙度較較小。。（4））如前前所述述，砂砂輪寬寬度ＢＢ大時時，同同時參參加工工作的的磨粒粒數(shù)增增加，，分攤攤在每每個磨磨粒上上的磨磨削量量減少少，單單個磨磨粒的的最大大切削削厚度度hDgmax減小，，上式式中的的e值值增大大，可可減小小磨削削表面面粗糙糙度。。也可可以用用砂輪輪寬度度Ｂ與與軸向向進給給量fa的比值值j=B/fa來表示示，j越大大，向向則垂垂直于于磨削削方測測量的的不平平度越越小。。（5））磨粒粒切削削刃高高度的的等高高性越越好，，則垂垂直于于磨削削方向向所測測量的的不平平度越越小。。二、磨磨削表表面層層的機機械（（物理理）性性能1.磨磨削表表面層層金相相組織織的變變化———磨削燒燒傷磨削時時表面面燒傷傷顏色色的變變化對于已已淬火火的鋼鋼件，，很高高的磨磨削溫溫度往往往會會使表表層金金屬的的金相相組織織產生生變化化，使使表層層金屬屬硬度度下降降，使使工件件表面面呈現(xiàn)現(xiàn)氧化化膜顏顏色，，這種種現(xiàn)象象稱為為磨削燒燒傷。輕磨削基體組織中等磨削基體組織過回火組織重磨削基體組織過回火組織二次淬火組織磨削淬淬火鋼鋼時，，在工工件表表面形形成的的瞬時時高溫溫將使使表層層金屬屬產生生以下下三種種金相相組織織變化化：（1））回火火燒傷傷如果磨磨削區(qū)區(qū)內的的溫度度未超超過淬淬火鋼鋼的相相變溫溫度（（碳鋼鋼的相相變溫溫度為為720°C），，但已已超過過馬氏氏體的的轉變變溫度度（中中碳鋼鋼為300°°C）），工工件表表層金金屬的的馬氏氏體將將轉化化為硬硬度較較低的的回火火組織織（索索氏體體或托托氏體體），，這稱稱為回火燒燒傷?；鼗鸾M組織淬淬火火組織織退退火組組織如果磨磨削區(qū)區(qū)內的的溫度度超過過了相相變溫溫度，，再加加上冷冷卻液液的急急冷作作用，，表層層金屬屬會出出現(xiàn)二二次淬淬火馬馬氏體體組織織，硬硬度比比回火火馬氏氏體高高；在在它的的下層層，因因冷卻卻較慢慢，出出現(xiàn)了了硬度度比原原來的的回火火馬氏氏體低低的回回火組組織（（索氏氏體或或托氏氏體）），這這稱為為淬火燒燒傷。（2））淬火火燒傷傷（3））退火火燒傷傷如果磨磨削區(qū)區(qū)內的的溫度度超過過了相相變溫溫度，，而磨磨削過過程又又沒有有冷卻卻液，，表層層金屬屬將產產生退退火組組織，，表層層金屬屬的硬硬度將將急劇劇下降降，這這稱為為退火燒燒傷。退火燒燒傷淬火燒燒傷回火燒燒傷2.磨磨削表表面質質量———表面殘殘余應應力產生原原因：：1）金金屬組組織相相變引引起的的體積積變化化2）不不均勻勻熱脹脹冷縮縮3）殘殘留的的塑性性變形形采取措措施：：立方方氮化化硼砂砂輪、、減少少切入入量fr、、采用用切削削液、、增加加清磨磨次數(shù)數(shù)。距表面深度壓應力-σ拉應力+σ干磨淬火鋼乳化液磨淬火鋼理想狀態(tài)1）磨磨削用用量對對表面面粗糙糙度的的影響響（一））幾何何因素素的影影響2、磨削加加工后后的表表面粗粗糙度度磨削加加工表表面粗粗糙度度的形形成由由幾何因因素和表面面層金金屬的的塑性性變形形（物理因因素）決定定的，，但磨磨削過過程要要比切切削過過程復復雜的的多。。①V:砂輪的的速度度越高高，單單位時時間內內通過過被磨磨表面面的磨磨粒數(shù)數(shù)就越越多，因因而工工件表表面的的粗糙糙度值值就越越小。。②VW:工件速速度對對表面面粗糙糙度的的影響響正好好與砂砂輪速速度的的影響響相反，增增大工工件速速度時時，單單位時時間內內通過過被磨磨表面面的磨磨粒數(shù)減少少，表表面粗粗糙度度值將將增加加。③fr:砂輪的的縱向向進給給減小小，工工件表表面的的每個個部位位被砂砂輪重重復磨削的的次數(shù)數(shù)增加加，被被磨表表面粗粗糙度度值將將減小小2）砂砂輪粒粒度和和砂輪輪修整整對表表面粗粗糙度度的影影響在相同同的磨磨削條條件下下，砂砂輪的的粒度度號數(shù)數(shù)越大大，參參加磨磨削的的磨粒粒越多多，表表面粗粗糙度度就越越小。。修整砂砂輪的的縱向向進給給量對對磨削削表面面的粗粗糙度度影響響甚大大。（二））表面面層金金屬的的塑性性變形形—物物理因因素的的影響響1）磨磨削用用量磨削特特點：：砂輪的的磨削削速度度遠比比一般般的切切削加加工速速度高高的多多，且且磨粒粒大多多為負負前角角，磨磨削比比壓大大，磨磨削區(qū)區(qū)溫度度很高高，工工件表表面溫溫度有有時可可達900?C，工工件表表層金金屬容容易產產生相相變而而燒傷傷。因因此，，磨削削過程程的塑塑性變變形要要比一一般切切削過過程大大的多多。砂輪輪速速度度V磨削削深深度度ap工件件速速度度V磨削削用用量量對對表表面面粗粗糙糙度度的的影影響響:V砂輪RaV工件Ra磨削深度apRa磨削削用用量量對對表表面面粗粗糙糙度度的的影影響響:2））砂砂輪輪的的選選擇擇砂輪輪粒粒度度砂輪輪硬硬度度砂輪輪組組織織砂輪輪材材料料（二二））改改善善磨磨削削燒燒傷傷的的工工藝藝途途徑徑(1)正正確確選選擇擇砂砂輪輪磨削削導導熱熱性性差差的的材材料料，，容容易易產產生生燒燒傷傷現(xiàn)現(xiàn)象象。。硬度度太高高的的砂砂輪輪，，砂砂輪輪鈍鈍化化之之后后不不易易脫脫落落，，容容易易產產生生燒燒傷傷為為避避免免產產生生燒燒傷傷，，應應選選擇擇較較軟軟的的砂砂輪輪。。選選擇擇具具有有一一定定彈彈性性的的結結合合劑劑，，也也有有助助于于避避免免產產生生燒燒傷傷現(xiàn)現(xiàn)象象。。正確確選選擇擇砂砂輪輪合理理選選擇擇磨磨削削用用量量改改善善冷冷卻卻條條件件開開槽槽砂砂輪輪(2)合合理理選選擇擇磨磨削削用用量量☆加大大工工件件的的回回轉轉速速度度vw，磨磨削削表表面面的的溫溫度度升升高高，，但但其其增增長長速速度度與與磨磨削削深深度度ap的影影響響相相比比小小的的多多，，實實踐踐證證明明，，同同時時提提高高砂砂輪輪速速度度vs和工工件件速速度度vw，可可以以避避免免燒燒傷傷。。結論論:從減減輕輕燒燒傷傷而而同同時時又又盡盡可可能能保保持持較較高高的的生生產產效效率率考考慮慮，，應應選選用用較較大大的的工工件件速速度度Vw和較較小小的的磨磨削削深深度度ap?！钅ハ飨魃钌疃榷萢p對磨磨削削溫溫度度影影響響極極大大，，從從減減輕輕燒燒傷傷的的角角度度考考慮慮，，ap不宜宜過過大大。。☆加大大橫橫向向進進給給量量ft對減減輕輕燒燒傷傷有有好好處處。。(3)改改善善冷冷卻卻條條件件磨削削時時磨磨削削液液若若能能直直接接進進入入磨磨削削區(qū)區(qū)，，對對磨磨削削區(qū)區(qū)進進行行充充分分冷冷卻卻，，能能有有效效的的防防止止燒燒傷傷現(xiàn)現(xiàn)象象的的產產生生。。然然而而目目前前通通用用的的冷冷卻卻方方法法效效果果很很差差，，實實際際上上沒沒有有多多少少冷冷卻卻液液真真正正進進入入磨磨削削區(qū)區(qū)。。因因此此，，必必須須采采用用切切實實可可行行的的措措施施，，改改善善冷冷卻卻條條件件，，防防止止燒燒傷傷現(xiàn)現(xiàn)象象產產生生。。(4)開開槽槽砂砂輪輪內冷冷卻卻是是一一種種較較為為有有效效的的冷冷卻卻方方法法。。第五五節(jié)節(jié)先先進進磨磨削削方方法法簡簡介介一、、深深切切緩緩進進給給磨磨削削燃氣氣輪輪機機葉葉片片三爪爪自自定定心心卡卡盤盤的的卡卡爪爪磨削削深深度度：1~30mmVw=10~100mm/min二、、高高速速磨磨削削普通通磨磨削削:Vs=30~35m/s高速速磨磨削削:Vs>45m/s三、、超超精精密密磨磨削削與與鏡鏡面面磨磨削削超精精密密磨磨削削:Ra=0.05~0.01um鏡面面磨磨削削:Ra<0.05um工藝藝要要求求:1.選選擇擇合合適適的的砂砂輪輪2.砂砂輪輪需需精精細細修修整整3.磨磨床床精精度度要要高高4.選選擇擇合合理理的的磨磨削削用用量量磨削用量精密磨削超精密磨削鏡面磨削Vs(m/s)3012~3012~30Vw(m/s)0.15~20.1~0.120.1~0.12fr(mm)0.0025~0.005<0.0025<0.0025光磨次數(shù)1~34~1520~30四、、砂砂帶帶磨磨削削砂帶帶磨磨削削的的幾幾種種形形式式磨外外圓圓磨平平面面無心心磨磨自由由磨磨成型型磨磨砂帶帶的的結結構構總結結：磨磨削削過過程程與與切切削削過過程程比比較較，，有有何何特特點點？？磨削削過過程程和和切切削削過過程程一一樣樣，，都都經經歷歷彈彈性性變變形形，，塑塑性性變變形形，，和和滑滑移移的的過過程程，，也也有有切切削削力力和和切切削削熱熱的的產產生生，，但但磨磨削削過過程程