任務(wù)六磨削定位板及支腳上下表面制造手機后蓋防水檢測治具情景描述1信息收集2分析計劃3任務(wù)實施4檢驗評估5目錄/Contents一磨削概述二磨削設(shè)備三砂輪四磨削運動與磨削用量五磨削過程分析………………………………………六………磨削加工的彈性變形情景描述

“手機后蓋防水檢測裝置”的零件中存在有定位板及支腳這樣的零件，如圖1、圖2，這類零件在銑削凹槽、鉆孔等加工之前，需要對其上下表面進行磨削，使粗糙度為Ra0.4，從而達到光亮平整且上下面平行的要求，采用制造中的磨削加工工藝來完成。

圖1支腳情景描述（續(xù)）

為了順利完成這幾個零件的加工，我們需要搜集磨削方面的資料，并進一步學習掌握相關(guān)技術(shù)。圖2定位板信息收集磨削模塊信息搜集思維導圖一、磨削定義及特點1.磨削定義

用砂輪或其他磨具切除工件表面多余材料的加工方法稱磨削，在機械制造行業(yè)中應用比較廣泛。一般地，磨削加工屬于精加工，加工量少、精度高。常用的磨削加工方法所能達到的精度為IT7～IT5,表面粗糙度值Ra為0.8～0.2μm。磨削可以加工各種形狀的表面,如外圓、內(nèi)孔、花鍵軸、螺紋、齒輪的齒形、機床導軌面、特殊的成形表面及外圓錐面等，如圖3所示。圖3磨削加工范圍一、磨削定義及特點（續(xù)）

磨削的本質(zhì)也是一種切削加工,但它與車削、鉆削、銑削加工相比較有以下顯著特點:（1）磨削為多刃、微刃刀具。（2）磨削加工精度高,粗糙度Ra值低。（3）磨削速度快,切削溫度高。砂輪的圓周速度可以達到2000～6000m/min,高速磨削中砂輪線速度可達60～250m/s。因此磨削時切削溫度很高,磨削瞬時溫度可達800～1000℃。（4）能加工高硬度的材料。如可以加工淬硬的鋼材、硬質(zhì)合金工件、寶石、玻璃等制品。（5）磨削時的背向分力比其他切削方法的背向分力大。因為磨削時,磨具與工件在吃刀方向的接觸面積比較大。（6）磨具具有自銳性,可以進行連續(xù)的強力切削。

（7）經(jīng)淬火處理的碳素工具鋼和滲碳淬火鋼零件，在磨削時與磨削方向基本垂直的表面常常出現(xiàn)大量的較規(guī)則排列的裂紋--磨削裂紋，它不但影響零件的外觀，更重要的還會直接影響零件質(zhì)量。2．磨削的特點二、磨削設(shè)備1．常用磨床圖4臥軸矩臺平面磨床圖4所示為臥軸矩臺平面磨床的外形圖。其主要組成部分有：床身、工作臺、砂輪架、滑座、立柱等。平面磨床可磨削各種平面和復雜成型面，適用于不需要機動進刀的磨削加工，主軸采用P4級精密滾動軸承、迷宮密封，防水防塵性能好，運動平穩(wěn)、精度高?？v向采用滾珠鋼導軌，操作輕便靈活，立柱采用大跨距形導軌，鋼性好，穩(wěn)定性高。

磨削設(shè)備主要指磨床，根據(jù)加工工件的不同,可分為外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃具磨床、專門化磨床等種類。二、磨削設(shè)備1．常用磨床圖5萬能外圓磨床

圖5所示為萬能外圓磨床的外形圖。其主要組成部分有：床身、工件頭架、工作臺、切削液噴嘴、內(nèi)圓磨具、砂輪架、尾座、控制器等。外圓磨床也有普通外圓磨床和無心外圓磨床之分。外圓磨床是加工工件圓柱形、圓錐形或其他形狀素線展成的外圓表面和軸肩端面的磨床，使用最廣泛。三、磨料磨具——砂輪圖6陶瓷砂輪1．砂輪的構(gòu)成

砂輪是一種重要的磨削工具，對于磨削加工來說,砂輪就是切削刀具。在實際工作中,應當根據(jù)磨床類型、工件的材料、形狀、尺寸和加工要求等選擇合適的砂輪。選擇砂輪時要決定砂輪的形狀、尺寸、磨料、粒度、硬度、組織、結(jié)合劑等。

砂輪又稱固結(jié)磨具，砂輪是由結(jié)合劑將普通磨料固結(jié)成一定形狀（多數(shù)為圓形，中央有通孔），并具有一定強度的固結(jié)磨具。其一般由磨料、結(jié)合劑和氣孔構(gòu)成，這三部分常稱為固結(jié)磨具的三要素。按照結(jié)合劑的不同分類，常見的有：

陶瓷（結(jié)合劑）砂輪、如圖6

樹脂（結(jié)合劑）砂輪、如圖7

橡膠（結(jié)合劑）砂輪。如圖8圖7樹脂砂輪圖8橡膠砂輪三、砂輪（續(xù)）1．砂輪的構(gòu)成

砂輪如圖9、圖10是在磨料中加入結(jié)合劑，經(jīng)壓坯、干燥和焙燒而制成的多孔體。由于磨料、結(jié)合劑及制造工藝不同，砂輪的特性差別很大，因此對磨削的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性有著重要影響。

砂輪的特性主要是由磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織、形狀和尺寸等因素決定。磨料是制造砂輪的主要原料，它擔負著切削工作。因此，磨料必須鋒利，并具備高的硬度、良好的耐熱性和一定的韌性。

結(jié)合劑是把磨料結(jié)合起來，使之具有一定的形狀、硬度和強度。結(jié)合劑沒有填滿磨料之間的全部空間，因而存在氣孔。圖10黑碳化硅砂輪圖9綠碳化硅砂輪三、砂輪（續(xù)）2．磨料

磨料直接擔負切削工作，有以下幾類：

棕剛玉：加工硬度較低的塑性材料，如中、低碳鋼和低合金鋼等；如圖11

白剛玉：加工硬度較高的塑性材料，如高碳鋼、高速鋼和淬硬鋼等；如圖12

黑碳化硅：加工硬度較低的脆性材料，如鑄鐵、鑄銅等；如圖13

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；如圖14圖11棕剛玉圖12白剛玉圖13黑碳化硅圖14綠碳化硅三、砂輪（續(xù)）3．粒度粒度指磨料顆粒的大小，用粒度號表示（40μm），如圖15，粒度對加工表面粗糙度和磨削生產(chǎn)率影響較大。粒度選擇原則：（1）精磨時，選粒度號較大或顆粒直徑較小，減小加工表面粗糙度；（2）粗磨時，選粒度號較小或顆粒較粗，提高生產(chǎn)率；（3）砂輪速度高，或砂輪與工件接觸面積大時，選顆粒較粗的砂輪，減少同時參加磨削的磨粒數(shù)，以免發(fā)熱過多使工件表面燒傷；（4）磨削軟而韌的工件材料，為避免砂輪堵塞，可采用粗粒度的砂輪；磨削硬而脆材料，選用較細的砂輪，增加同時參加磨削的磨粒數(shù)，提高生產(chǎn)率。圖15粒度尺寸范圍表三、砂輪（續(xù)）4．結(jié)合劑結(jié)合劑是將磨料粘結(jié)一起，使砂輪具有必要的形狀和強度的材料，主要有以下幾種。陶瓷結(jié)合劑(V)圖16：粘結(jié)強度高，剛性大，耐熱性、耐腐蝕性好，不怕潮濕，氣孔率大，磨削生產(chǎn)率高；脆，韌性及彈性差，不能承受側(cè)面彎扭力（不宜制造切斷砂輪）；樹脂結(jié)合劑(B)圖17：強度高，彈性好，耐熱性差，氣孔率小，易堵塞，磨損快，易失去廓形，耐腐蝕性差。切斷和開槽的薄片砂輪；圖16陶瓷結(jié)合劑圖17樹脂結(jié)合劑三、砂輪（續(xù)）橡膠結(jié)合劑(R)如圖18：有更好的彈性和強度，耐熱性更差，氣孔小，組織緊密，生產(chǎn)率低，不宜用于粗加工。無心磨削導輪、切斷、開槽、拋光砂輪；

金屬結(jié)合劑(M)如圖19：

型面保持性好，抗拉強度高，有一定韌性，自勵性差。金剛石砂輪等。圖18橡膠結(jié)合劑圖19金屬結(jié)合劑三、砂輪（續(xù)）5．硬度砂輪的硬度是指磨具在外力的作用下磨料脫落的難易程度。磨具的硬度反映結(jié)合劑固結(jié)磨粒的牢固程度，磨粒難脫落叫硬度高，反之叫硬度低。結(jié)合劑增加，砂輪硬度增加。國標中對磨具硬度規(guī)定了16個級別如圖20：D，E，F(xiàn)(超軟)；G，H，J(軟)；K，L(中軟)；M，N(中)；P，Q，R(中硬)；S，T(硬)；Y(超硬)。普通磨削常用G～N級硬度的砂輪。圖20磨具硬度的16個級別三、砂輪（續(xù)）5．硬度砂輪軟硬的選擇原則如下：如圖21（1）工件材料較硬時，選用較軟的砂輪；（2）工件與砂輪接觸面積大時，工件的導熱性差時，選用較軟的砂輪；（3）精磨或成形磨削，選用較硬的砂輪，粗磨時應選用較軟的砂輪；（4）砂輪氣孔率較低時，為防止砂輪堵塞，選較軟的砂輪；

（5）樹脂結(jié)合劑砂輪不耐高溫，磨粒容易脫落，其硬度可比陶瓷結(jié)合劑砂輪選高1-2級。圖21常用磨料代號、特性及適用范圍三、砂輪（續(xù)）6．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。組織號表示砂輪結(jié)構(gòu)的緊密或疏松程度。國標中規(guī)定了15個組織號如圖22：0，1，2，…，13，14。其中0號組織最緊密，磨粒率最高；14號組織最疏松，磨粒率最低。普通磨削常用4～7號組織的砂輪。圖22砂輪的組織號三、砂輪（續(xù)）6．組織

組織緊密時，氣孔率小，砂輪變硬，容屑空間小，容易堵塞，磨削效率低，但可承受較大的磨削壓力，廓形保持較久，適合重壓力下磨削及精磨、成形磨削。

組織疏松的砂輪，氣孔多，砂輪不易被切屑堵塞，發(fā)熱少，同時可把冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)，使散熱條件改善，加工表面粗糙度較大。適用于粗磨、平面磨、內(nèi)圓磨等接觸面積較大的工序，以及熱敏感材料、軟金屬，薄壁件。如圖23。圖23磨粒、氣孔、組織的關(guān)系三、砂輪（續(xù)）7．砂輪的形狀、尺寸及代號砂輪的標志：在砂輪的端面上一般都印有標志，其次序是：砂輪形狀、尺寸、磨料、粒度、硬度、組織、結(jié)合劑和線速度。例如：P300×30×75C60S6V40，代表該砂輪是平型砂輪，外徑為300mm，厚度為30mm，內(nèi)徑為75mm，磨料是黑碳化硅，60號粒度，硬度為硬1，6號組織，陶瓷結(jié)合劑，最高線速度是40mm/s。圖24砂輪形狀尺寸與代號

四、磨削運動與磨削用量1．磨削運動與磨削用量生產(chǎn)中常用的外圓、內(nèi)圓和平面磨削，一般具有四個運動，如圖25所示圖25磨削運動a.外圓磨削b.內(nèi)圓磨削c.平面磨削四、磨削運動與磨削用量1．磨削運動與磨削用量1）主運動及磨削速度（uc）砂輪旋轉(zhuǎn)運動為主運動，砂輪外圓相對于工件的瞬時速度稱為磨削速度uc（m/s），可用下式計算：

式中d——砂輪直徑，mm；n——砂輪每分鐘轉(zhuǎn)速，r/min2）圓周運動及圓周進給運動（uw）工件的旋轉(zhuǎn)運動是圓周進給運動，工件外圓處相對于砂輪的瞬時速度稱為圓周進給速度可用下式計算：

式中dw——工件磨削外圓直徑，mm；nw——工件每分鐘轉(zhuǎn)速，r/min。四、磨削運動與磨削用量（續(xù)）3）縱向進給運動及縱向進給量

工作臺帶動工件所做的直線往復運動是縱向進給運動，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時砂輪在縱向進給運動方向上相對于工件的位移稱為縱向進給量，用表示，單位為mm/r。4）橫向進給運動及橫向進給量砂輪沿工件徑向上的移動是橫向進給運動，工作臺每往復行程（或單行程）一次砂輪相對工件徑向上的移動距離稱為橫向進給量，用表示，其單位是mm/行程。橫向進給量實際上是砂輪每次切入工件的深度即背吃刀量，也可用表示，單位為mm。五、磨削過程分析1．磨削三階段磨削過程是由磨具上的無數(shù)個磨粒的微切削刃對工件表面的微切削過程所構(gòu)成的。圖26磨削三階段模型磨削微觀過程大致分為三個階段，如圖26所示。（1）滑擦階段：工件表層產(chǎn)生彈性變形和熱應力；（2）刻劃階段：產(chǎn)生塑性變形溝痕、隆起現(xiàn)象和熱應力；（3）切削階段：切削厚度、切應力和溫度達一定值，材料明顯滑移形成切屑。五、磨削過程分析（續(xù)）2．磨削的切削微觀過程磨粒的切削微觀過程如圖27所示。圖27磨粒的磨削過程

（1）砂輪表面突起高度較大和較為鋒利的磨粒，切入工件較深且有切屑產(chǎn)生，起切削作用（圖中a）。

（2）突起高度較小和較鈍的磨粒，只能在工件表面刻畫細微的溝痕，工件材料被擠向兩旁而隆起，此時無明顯切屑產(chǎn)生，僅起刻劃作用（圖中b）。

（3）比較凹下和已經(jīng)鈍化的磨粒，既不切削也不刻劃，只能從工件表面滑擦而過，起摩擦拋光作用。（圖中c）磨削過程的實質(zhì)是切削、刻劃和摩擦拋光的綜合作用過程，由此可獲得較小的表面粗糙度值。粗磨時以切削作用為主，精磨時切削作用和摩擦拋光作用同時并存。五、磨削過程分析（續(xù)）3．磨粒的切削分析圖28負前角切削時的金屬流動磨粒的頂尖角多為90°～120°，其前刀面實際上是一個空間曲面。磨粒實際上多數(shù)在粒端負前角下切削工件。負前角磨粒磨削時，金屬流動情況如圖28所示。金屬流分為兩路：一路進入刀具下面，一路沿前刀面上升而成為切屑。一直到-75°的前角，刀具仍可切出切屑來。在-85°前角時，刀具就僅僅擦過和刻劃工件。五、磨削過程分析（續(xù)）圖29負前角與切削力的關(guān)系磨粒負前角與切削力的關(guān)系如圖29所示，負前角越小，切削力越大。由于磨粒具有負前角，而切削厚度又很薄，故磨粒對工件的切削條件很差。實際上是滑擦、刻劃、產(chǎn)生指向工件表層的很大的塑性變形區(qū)。到一定溫度后，才形成切屑沿前刀面流出。六、磨削加工的彈性變形

彈性變形1）初磨階段由于工藝系統(tǒng)彈性變形，實際磨削深度小于進給量。工藝系統(tǒng)剛性愈差，此階段愈長。2）穩(wěn)磨階段工藝系統(tǒng)的彈性變形抗力等于徑向磨削力時，實際磨削深度等于進給量，此時進入穩(wěn)定階段。3）光磨階段進給停止，由于工藝系統(tǒng)彈性恢復，實際磨削深度并不為零，增加磨削次數(shù)，磨削深度逐漸趨于零，工件的精度和表面質(zhì)量逐漸提高。七、磨削溫度及工件表層狀態(tài)1．磨削熱

高速鋼磨削表面會產(chǎn)生大量的熱，導致工件熱損傷，表現(xiàn)為燒傷和熱裂紋。磨削時的能量消耗如圖30所示。（續(xù)）圖30磨削能量分布八、磨削溫度及工件表層狀態(tài)（續(xù)）1．磨削熱（續(xù)）

磨削時，磨粒與工件的關(guān)系，如下圖31。由于磨粒的負前角絕對值很大，在剪切面AB附近的金屬只有在很高的溫度下，當材料具有很大的塑性，即在高溫粘性—塑性變形狀態(tài)下才能朝前刀面上流出而成為切屑。單顆磨粒的切削溫度常常達到了金屬的熔點。試驗研究指出：對于每一種金屬材料，其磨屑形成的溫度是一個常數(shù)(碳鋼是1500℃，鈦合金是1650℃)在如此高溫下的磨屑，當飛出磨削區(qū)后，就往往在空氣中強烈燃燒或氧化而迸發(fā)火花。圖31磨粒與工件相對關(guān)系八、磨削溫度及工件表層狀態(tài)（續(xù)）2．磨削對工件表面的影響磨削對工件表面的影響，如下圖32示：圖32磨削對工件表面的影響（1）工件表面燒傷

由于磨削時產(chǎn)生高溫，使工件加工表面的金屬組織發(fā)生相變，其硬度和塑性等發(fā)生變化，產(chǎn)生表層變質(zhì)的現(xiàn)象。工件磨削表面溫度的變化規(guī)律：磨削深度（背吃刀量）ap越大，砂輪速度vs越高，軸向進給量fa越小，工件速度vw越低時，工件表面溫度就越高。磨削燒傷如下圖33示。

八、磨削溫度及工件表層狀態(tài)（續(xù)）2．磨削對工件表面的影響（1）工件表面燒傷（續(xù)）

工件表面燒傷的表征是磨削力增加、砂輪磨損率增加和加工表面質(zhì)量變差。表面燒傷損壞了零件表層組織，影響零件的質(zhì)量和壽命。

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