磨削基礎(chǔ)

磨削是常用的精加工方法精度：5－7級(jí)，甚至±1微米表面粗糙度：Ra0.8-Ra0.1,甚至Rz0.01硬材料的有效加工手段§7-1砂輪的特性與選擇常用磨削工具：砂輪、砂布、砂帶、油石等砂輪磨料和結(jié)合劑燒結(jié)而成的多孔體

砂輪的六因素：磨料，粒度，結(jié)合劑，組織，硬度，尺寸1.磨料磨料具備的條件硬度高、紅硬性好；有一定的強(qiáng)度和韌性；有鋒利的邊刃

常用的磨料系列

成

分

顯微硬度(HV)氧化物系

Al2O32000～2300碳化物系

SiCBC2800～4500超硬磨料

CBN8000～9000金剛石8000～100002.粒度粒度：磨料顆粒的大小，分12、14、16、20、24、30、36、46、60、70、80、100、120、150、180、240、280共17級(jí)。數(shù)字表示每英寸上的篩眼數(shù)，數(shù)字越大，表示粒度越細(xì)。比280號(hào)還細(xì)的磨料粒度用W表示，如W2.5表示微粉的尺寸在1.5～2.5微米。3.結(jié)合劑結(jié)合劑：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。砂輪強(qiáng)度：砂輪在離心力作用下不被破壞的能力，用安全速度表示，一般取30m/s。結(jié)合劑的選擇種類主要成分特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合無(wú)機(jī)類陶瓷黏土、生長(zhǎng)石、滑石、硼玻璃、硅石等

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

金屬青銅

強(qiáng)度高、韌性好，但自礪性差

金剛石砂輪

有機(jī)類樹脂酚醛、環(huán)氧

彈性好，但化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐酸堿，溫度不能超過(guò)200℃

磨狹窄的溝槽、切割磨片、熱敏材料的磨具

橡膠人造橡膠

彈性好，但化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐酸堿，溫度不能超過(guò)200℃

磨狹窄的溝槽、切割磨片、熱敏材料的磨具、導(dǎo)輪、拋光輪。

4.硬度硬度：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。砂輪硬度的選擇磨削條件

工件硬度

工件種類

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、成形磨

粗磨

細(xì)粗砂輪硬度軟硬軟硬軟硬硬軟軟硬5.組織磨料、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。砂輪組織選擇組織組織號(hào)選用緊密類0、1、2、3重壓力磨削、成形磨削、精密磨削

中等類

4、5、6、7一般情況下的磨削

疏松類

8、9、10、11、12接觸面較大的磨削、熱敏材料的磨削、薄壁件磨削、軟質(zhì)材料磨削

6.形狀與尺寸

平形、薄片、筒形、碗形、碟形等。同一形狀有多種規(guī)格的尺寸?！?-2磨削運(yùn)動(dòng)和磨削要素磨削運(yùn)動(dòng)磨削要素一.磨削運(yùn)動(dòng)磨削方法：外圓磨內(nèi)圓磨平面磨無(wú)心磨外圓磨示意圖1.砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)V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/s2.工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)Vw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(guò)大，振動(dòng)↑，工件Ra↑。3.軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fa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)B4.徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fr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/行程二.磨削要素單個(gè)磨粒的切削厚度acgmax當(dāng)量磨削厚度aceq

1.單個(gè)磨粒切削厚度的計(jì)算2.單個(gè)磨粒切削厚度公式l-相鄰兩磨料的圓周距離:l↓（砂輪組織密），acgmax↓Vw-工件轉(zhuǎn)速:Vw↑，acgmax↑，但磨粒的負(fù)荷增加，砂輪磨損快。

V-砂輪轉(zhuǎn)速:Vw↑，acgmax↓，可使工件表面質(zhì)量得到改善。B-砂輪寬度:砂輪寬度↑，同時(shí)參與磨削的磨粒個(gè)數(shù)成比例↑，acgmax↓。

fr-徑向進(jìn)給量:acgmax與fr成正比，fr提高一倍，acgmax只提高41.4%，所有在剛度允許的情況下，采用fr↑，fa↓，可以提高生產(chǎn)率（深磨法）。

fa-軸向進(jìn)給量:fa↑，同一時(shí)間磨去的金屬量成比例↑，acgmax↑。do-砂輪直徑;do↑，acgmax↓，磨粒的負(fù)荷降低，工件表面質(zhì)量改善。dw-工件直徑:dw↓，acgmax↑。3.當(dāng)量磨削厚度磨粒分布和切削的隨機(jī)性使得很難以“切削厚度”的概念為基礎(chǔ)來(lái)研究磨削過(guò)程CIRP提出以當(dāng)量磨削厚度的概念作為研究磨削過(guò)程的基本參數(shù)當(dāng)量磨削厚度的概念單位寬度的砂輪切除的金屬量，沿著砂輪速度方向鋪成一條寬度相同，長(zhǎng)度為l的假想金屬帶，金屬帶的厚度就是aceq。單位時(shí)間砂輪切除的金屬體積Zw當(dāng)量磨削厚度的意義aceq與磨削力，表面粗糙度和金屬去除率有著良好的線性關(guān)系A(chǔ)ceq不能反應(yīng)與砂輪有關(guān)的參數(shù)，與磨削溫度沒(méi)有明顯的線性關(guān)系§7-3磨削原理砂輪的幾何特性切屑的形成過(guò)程磨削力與磨削過(guò)程

磨削熱與磨削溫度一.砂輪的幾何特性1.砂輪的幾何特征磨粒在砂輪的圓周方向、半徑方向均隨機(jī)分布；實(shí)際參與磨削的有效切削刃數(shù)量隨磨削工藝變化磨粒形狀不規(guī)則，以八面菱形為最多2.磨粒的特點(diǎn)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，且形狀不規(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(guò)修整，磨粒上會(huì)出現(xiàn)微刃。二.切屑的形成過(guò)程磨削的切削厚度很薄，為0.005-0.05mm過(guò)程分為滑擦，刻劃，切削三個(gè)階段1.切屑形成過(guò)程的三個(gè)階段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。2.磨屑的形狀三.磨削力與磨削過(guò)程的三個(gè)階段1.磨削力的特征產(chǎn)生：工件彈性變形和塑性變形的阻力；磨粒與切屑、磨粒與工件之間的摩擦力特點(diǎn)：摩擦力所占比例大；徑向分力Fy大于切向分力Fz，F(xiàn)z大于軸向分力Fx。材料的塑性越小，F(xiàn)y/Fz就越大。2.磨削的三個(gè)階段由于磨削時(shí)徑向分力Fy很大，在磨削過(guò)程中工件在半徑方向的變形很大，同時(shí)磨削的深度f(wàn)r很小，在磨削過(guò)程中fr會(huì)發(fā)生變化：fr實(shí)<fr名；fr實(shí)≈fr名；fr實(shí)>0，fr名＝0三種情況。fr實(shí)實(shí)際磨削深度；fr名名義徑向進(jìn)給量

fr名粗磨階段tm1

光磨階段tm3穩(wěn)定階段tm2

frfr實(shí)<fr名

fr實(shí)≈fr名

fr實(shí)>0fr名＝0

粗磨階段tm1：fr實(shí)<fr名，原因是工藝系統(tǒng)由于磨削力產(chǎn)生讓刀。隨著進(jìn)給次數(shù)↑，工藝系統(tǒng)彈性變形↑，變形抗力↑，實(shí)際磨削深度f(wàn)r實(shí)↑。穩(wěn)定階段tm2：fr實(shí)≈fr名，當(dāng)變形抗力和徑向磨削分力Fy相等時(shí)，工藝系統(tǒng)的彈性變形量穩(wěn)定，fr實(shí)≈fr名。光磨階段tm3：fr實(shí)>0，fr名＝0。機(jī)床的徑向進(jìn)給停止，fr名＝0，仍然有火花，因?yàn)楣に囅到y(tǒng)彈性恢復(fù)，實(shí)際磨削深度逐漸減小，工件的精度↑，表面粗糙度↓。四.磨削熱與磨削溫度劃擦階段、刻劃階段、切削階段消耗的能量。這些能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱量，產(chǎn)生磨削熱1.磨削熱的傳遞由于砂輪的導(dǎo)熱性差，和工件接觸時(shí)間短，磨屑的熱容小，磨削液不易進(jìn)入磨削區(qū)，大部分（80％～90％）的熱量通過(guò)工件傳遞。磨削熱工件砂輪磨屑磨削液2.磨削溫度的特點(diǎn)傳入工件熱量多。磨削溫度高，磨削區(qū)溫度達(dá)到1000～1400℃；加熱速度快，磨粒通過(guò)磨削區(qū)的時(shí)間極短，加熱速度達(dá)到1×105℃/s§7-4磨削表面質(zhì)量磨削表面粗糙度

磨削表面燒傷

磨削殘余應(yīng)力

磨削裂紋一.磨削表面粗糙度

K視磨削條件而異的常數(shù)a,b,c,指數(shù)，根據(jù)日本渡邊的研究a=0.25,b=0.5,c=038磨削表面粗糙度公式的討論fr↓

Ra↓；vw/v↓

Ra↓；fa/B↓

Ra↓；磨料越細(xì)

Ra↓；砂輪半徑↑

Ra↓；磨粒等高性好

Ra↓；磨削振動(dòng)小

Ra↓。二.磨削表面的燒傷在較高的磨削溫度影響下，工件表層金屬產(chǎn)生一層氧化膜。表面燒傷使表面金屬的組織破壞，產(chǎn)生表面裂紋，影響工件壽命。對(duì)于鋼材，顏色越深，表明磨削溫度越高，燒傷深度越深。表面燒傷的產(chǎn)生與防止燒傷類型產(chǎn)生原因硬度防止措施淬火燒傷溫度超過(guò)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(guò)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(guò)相變溫度（720℃），但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度（300℃），產(chǎn)生回火組織降低三.磨削殘余應(yīng)力的產(chǎn)生溫度不均勻產(chǎn)生的熱應(yīng)力——拉應(yīng)力組織變化產(chǎn)生的相變應(yīng)力（比容增大的相變?yōu)閴簯?yīng)力，比容減小的相變?yōu)槔瓚?yīng)力）塑性變形產(chǎn)生的塑變應(yīng)力——壓應(yīng)力。磨削殘余應(yīng)力的分布干磨淬火鋼快冷磨淬火鋼理想條件磨削拉應(yīng)力壓應(yīng)力距表面深度降低磨削殘余應(yīng)力的措施降低磨削溫度及工件表面溫度梯度選用合理磨削用量適當(dāng)增加光磨次數(shù)四.磨削裂紋產(chǎn)生原因：工件表面殘余拉應(yīng)力超過(guò)材料的極限強(qiáng)度。微裂紋特點(diǎn)：深度極淺；呈網(wǎng)狀或垂直于磨削方向；存在于表層或表層之下；在交變載荷下，裂紋會(huì)迅速擴(kuò)展。避免微裂紋的措施：減小徑向進(jìn)給量；選用較軟的砂輪；及時(shí)修正砂輪；減小工件與砂輪的接觸面；有效的冷卻?！?-5砂輪的鈍化鈍化的基本形態(tài)和機(jī)理砂輪磨損的參數(shù)砂輪耐用度砂輪的修整鈍化的基本形態(tài)和機(jī)理鈍化的基本形態(tài)砂輪磨損砂輪堵塞砂輪失真1.砂輪磨損磨粒的磨耗磨損、磨粒的破碎磨損、磨粒的脫落磨損。2.砂輪的堵塞邊界層切屑與工作磨粒之間的化學(xué)反應(yīng)磨粒機(jī)械的聚集在工作磨粒的相鄰空間原有的切屑與被堵塞磨粒形成的切屑之間發(fā)生壓焊3.砂輪的失真砂輪失去精度，砂輪仍有切削能力，但也應(yīng)列為鈍化砂輪磨損三階段砂輪磨損三階段：初期磨損階段，突出的磨粒迅速破碎；正常磨損階段，砂輪的磨耗磨損；劇烈磨損階段，粘結(jié)劑破碎二.表示砂輪磨損的參數(shù)磨粒棱面百分比GA砂輪徑向磨損量磨削比G磨削分力比Fy/Fz

1.磨粒棱面百分比GA磨粒棱面百分比GA：磨粒磨損棱面占總工作面積的百分比磨損棱面越多，GA越高。鈍化型砂輪的硬度高，磨粒不易脫落，GA高，自礪性較差；脫落型砂輪的硬度低，磨粒容易脫落，GA低，自礪性過(guò)分2.砂輪徑向磨損量NB砂輪徑向磨損量NB：砂輪每轉(zhuǎn)的徑向磨損量3.磨削比G磨削比G：?jiǎn)挝粫r(shí)間切除金屬體積與砂輪磨耗體積之比。G越大，經(jīng)濟(jì)效益越好。Vw/V↓，G↑；fr↑，G↑。4.磨削分力比Fy/Fz磨削分力比Fy/Fz：砂輪正常磨損時(shí)，F(xiàn)y/Fz基本保持不變，砂輪磨鈍時(shí)，F(xiàn)y迅速增大，而Fz基本保持不變，F(xiàn)y/Fz迅速增大。測(cè)量Fy和Fz的大小，當(dāng)Fy/Fz達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，砂輪就應(yīng)該修整了。三.砂輪的修整砂輪耐用度：砂輪相鄰兩次修整間的磨削時(shí)間，單位min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。修整工具：金剛石修整工具、磨料修整工具、硬質(zhì)合金修整工具、金屬修整工具。修整方法：車削法、滾軋法、磨削法。

金剛石滾輪修整金剛石修正筆修整四.幾種高效的磨削技術(shù)高速磨削緩進(jìn)給大