1

情景描述2

信息收集3

分析計劃4

任務(wù)實施5檢驗評估磨削概述磨削設(shè)備砂輪磨削運動與磨削用量磨削過程分析磨削加工的彈性變形………………………………

………

…………………………………………………二三

四

五六目錄/Contents2008技術(shù)要求1、零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、油污、著色劑和灰塵等；2

、未注明圓角均為

R3;3

、未注明形狀公差應(yīng)符合GB1184-80

的要求。A

3

鋼標記處數(shù)分區(qū)更改文件號簽名年月

日設(shè)

計

標準化

階

段

標

記重量比例

班

級審

核

學(xué)號

1:1工

藝

批

準

共

張

第

張支腳“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

。情景描述圖1支腳(V)技術(shù)要求1、零件在禁配前必強清理和清洗千凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、錯飲、切

員、油污、若色劑和灰塵等；2.

未匯璃短為均為R3;3、未注明形狀必差應(yīng)符合GB1184-80的要求。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(xué)習掌握相關(guān)技術(shù)。45鋼國團定位板口主M

情景描述(續(xù))圖2定位板磨削定義及特點磨削加工磨削設(shè)備磨料磨具—砂輪磨削運動與磨削用量磨削過程分析磨削加工步驟磨削安全操作規(guī)程磨削模塊信息搜集思維導(dǎo)圖

信息收集磨外圓磨內(nèi)圓磨平面磨花鍵磨螺紋磨齒輪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(yīng)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0.8～0.2

μm

。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(dǎo)軌面、特殊的成形表面及外

圓錐面等，如圖3所示。1.磨削定義

一、磨削定義及特點圖3磨削加工范圍磨削的本質(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。

一、磨削定義及特點(續(xù))2.磨削的特點圖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(fù)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(dǎo)軌，

操作輕便靈活，立柱采用大跨距形導(dǎo)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。1.常

用

磨

床

二

、磨削設(shè)備圖4臥軸矩臺平面磨床圖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。1.

常用磨床

二、磨削設(shè)備圖5萬能外圓磨床砂輪又稱固結(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(yīng)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。三、磨料磨具——砂輪1.砂輪的構(gòu)成圖8橡膠砂輪圖6陶瓷砂輪圖7樹脂砂輪砂輪如圖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。三

、

砂

輪

(

續(xù)

)圖9綠碳化硅砂輪

圖10

黑碳化硅砂輪1.砂輪的構(gòu)成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

三、砂輪(續(xù))2.磨料圖14綠碳化硅圖13黑碳化硅圖11棕剛玉圖12白剛玉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。粒度尺寸范圍RANGE

OF

GRNIN

SIZES粒度號Grit

size

nuber基本粒尺寸范圍(微米)NoninalparticlesizeRange粒度號Rrot

soz0

xinber基本粒尺寸范圍(微米)Noxinalparitelecize

ang84#5600-475090180-1505#4750-4000100150-1256#4000-3350120125-1067#3350-2800150106-758#2800-236018090-6310#2360-200022075-5312#2000-170024063-5014#1700-140028050-4016#1400-118032040-2820#1180-1000W6363-5024#850-710W5050-4030#710-600W4040-2836#600-500W2828-2040#500-425W2020-1446#425-355W1414-1054#355-300W1010-760#300-250W77.570#250-212W55-3.580#212-180W3.53.5-0三、砂輪(續(xù))3.粒度圖15

粒度尺寸范圍表大，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；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

三、砂輪(續(xù))4.結(jié)合劑圖16陶瓷結(jié)合劑圖17樹脂結(jié)合劑橡膠結(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(dǎo)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。

三、砂輪(續(xù))圖18橡膠結(jié)合劑圖19金屬結(jié)合劑圖20

磨具硬度的16個級別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

(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。硬度等級大級超

軟軟中軟中中硬硬超硬小級超軟軟1軟2軟

3中

軟中

軟中

1中

2中硬1中

硬中

硬硬

1硬

2超硬代號DEFGHJKLMNPQRSTY

三、砂輪(續(xù))5.硬度2231系

別名稱代號主要成分顯微硬度(HV)顏色特性適用范圍氧

化

物

系棕剛玉AAL20391-96%2200-2288棕褐色硬度高，韌性好，價

格便宜磨削碳鋼、合金鋼、

可鍛鑄鐵、硬青銅白鋼玉WAAL

20397-99%2200-2300白色硬度高于棕剛玉，磨

粒鋒利，韌性差磨削淬硬的碳鋼、高

速鋼碳

化物

系黑碳化硅CSiC>95%2840-3320黑色帶

光澤硬度高于鋼玉，性脆

而鋒利，有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性磨削鑄鐵、黃銅、鋁

及非金屬綠碳化硅GCSiC>99%3280-3400綠色帶

光澤硬度和脆性高于黑

碳化硅，有良好的導(dǎo)

電性和導(dǎo)熱性磨削硬質(zhì)合金、寶

石、陶瓷、光學(xué)玻璃、

不銹鋼高

硬

磨

料立方氮化硼CBN立方氮化硼8000-9000黑色硬度僅次于金剛石，

耐磨性和導(dǎo)電性好，

發(fā)熱量小磨削硬質(zhì)合金、不銹

鋼、高合金鋼等難加

工材料人造金剛石MBD碳結(jié)晶體10000乳白色硬度極高，韌性很

差，價格昂貴磨削硬質(zhì)合金、寶

石、陶瓷等高硬度材

料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(dǎo)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(yīng)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))5.硬度圖22砂輪的組織號指砂輪中磨料、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。組織號01234567891011121314磨粒率/(%)626058565452504846444240383634疏密程度緊密中等疏松大氣孔適用范圍重負載、成形、精密

磨削，加工脆硬材料外圓、內(nèi)圓、無心磨及

工具磨，淬硬工件及刀具刃磨等粗磨及磨削韌性大、硬度低的

工件，適合磨削薄壁、細長工

件，或砂輪與工件接觸面大以及平面磨削等有

色

金

屬及

塑

料

、橡

膠

等

非金

屬

以

及

熱敏合金

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。中等

疏松不易堵塞，平面磨，軟材料

三、砂輪(續(xù))圖23

磨粒、氣孔、組織的關(guān)系6.

組織緊密

重壓力磨削，成形磨削，精密磨削產(chǎn)品形

狀代號斷

面

圖尺

寸

范

圍

(

m

m

)外

徑

D厚

度

r孔

徑H平行砂輪:3～11000.E～4001～430平

形

型面沙

輪1-F100～6006～10075～305雙

斜

邊

砂

輪4100～7508～10016～305平

形

N

型

面

沙

輪1-NE00~00025-202203~305雙

面凹

型

面

砂

輪7-N250～90050～30375～305平

形

C

型

面

沙

輪1-C125～3508～2532～127單

斜

邊

砂

輪375～7506～10013～305單

面

凹

砂

輪510~30010~1533-~335雙

而凹

一

號

砂

輪200～110050～40375～350筒

形

砂

輪290～30080～153Y7.5~100杯

形

砂

輪640～30025～15313～150碗形砂輪11碟

形

一

號

砂

輪12.75～3008～3513～400碟

形

二

號

砂

輪12b225～4501E～2940～127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。7.

砂輪的形狀、尺寸及代號

三、砂輪(續(xù))圖24

砂輪形狀尺寸與代號陶瓷結(jié)合劑大規(guī)格系列樹脂結(jié)合劑磨具橡膠結(jié)合劑磨具陶憑結(jié)合劑工具磨茶列1)主運動及磨削速度

(u.)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u。(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。1.磨削運動與磨削用量四

、磨削運動與磨削用量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(fù)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(fù)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。

四、磨削運動與磨削用量(續(xù))N-N刻劃階段切削階段(1)滑擦階段：工件表層產(chǎn)生

彈性變形和熱應(yīng)力；(2)刻劃階段：產(chǎn)生塑性變形

溝痕、隆起現(xiàn)象和熱應(yīng)力；(3)切削階段：切削厚度、切

應(yīng)力和溫度達一定值，材料明顯滑

移形成切屑。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。磨削微觀過程大致分為三個階段，如圖26所示。

五、磨削過程分析1.

磨削三階段圖26磨削三階段模型(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。的磨粒，切入工件較深且有切屑產(chǎn)生，起磨粒的切削微觀過程如圖27所示。切削作用(圖中a)。(a)

切削作用

(b)

刻劃作用

(c)

摩擦拋光作用圖27磨粒的磨削過程2.磨削的切削微觀過程

五、磨削過程分析(續(xù))(1)砂輪表面突起高度較大和較為鋒利磨粒的頂尖角多為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。切屑工件,分流點刀具α。

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。300200100-10°0°+10°

五、磨削過程分析(續(xù))圖29負前角與切削力的關(guān)系-90°

-70°

-50°

-30°切削

力

(1

0

N

)4001)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(fù)，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。

六、磨削加工的彈性變形彈性變形滑擦能

有69%左右傳入工件有75%左右傳入工件剪切能(75%左右)切屑形成能摩擦能(25%左右)高速鋼磨削表面會產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)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)

)

七、磨削溫度及工件表層狀態(tài)有45~55%傳入工件1.

磨削熱圖30磨削能量分布磨削時消耗能量刻劃能磨削時，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，即在高溫粘性一塑性變形狀態(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。

八、磨削溫度及工件表層狀態(tài)(續(xù))磨粒.切屑A磨損平面1.磨削熱(續(xù))圖31磨粒與工件相對關(guān)系Bφ工件(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

)a

越大，砂輪速度v,越高，軸向進給量f

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。磨削對工件表面的影響，如下圖32示：工件表面燒傷加工表面的殘余應(yīng)力