第4章磨削理论

现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)第 4章 磨削理论内容提要：4.1 磨削加工的概念4.2 磨削运动与磨削要素 4.3 磨削过程4.4 磨削力及磨削功率4.5 磨削温度4.6 砂轮的磨损与修整本章思考题现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.1 磨削加工的概念一、磨削加工的定义 磨削加工是 磨粒加工 方法的一种， 广义的磨削加工是指采用固定磨粒工具进行的加工，狭义的切削加工是指使用高速旋转的平行砂轮，以微小的切削厚度进行精加工的一种方法。 随着超硬磨料和其他新磨料的出现及磨削制造技术的提高，磨削加工的能力和范围正在扩大，各种新磨削工艺的应用，磨削不仅是一种精密加工方法，而且是一种高效的加工方法。现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.砂轮磨粒切削刃是非常硬的矿物质2.磨粒切削刃的前角是负前角3.砂轮是由很多非常细小的切削刃组成的多刃刀具4.磨粒切削的速度非常快5.磨粒切削刃具有自锐作用6.磨削易于对砂轮进行修行修锐7.在断续切削中的磨削力的变化非常小8.磨削点的温度很高二、磨削的特点现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.2 磨削运动和磨削要素4.2.1 磨削运动(1) 主运动：砂轮的旋转运动，主运动速度 vc 砂轮外圆的线速度。现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)（ 1）金属材料切除率4.2.2 磨削要素b. 单位砂轮宽度切除率： a. 每秒金属切除量：（ 2）砂轮与加工表面的接触弧长平面磨削时的接触弧长：现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)（ 3）砂轮的等效直径等效直径的概念： 将接触弧长相等时外圆（或内圆）的砂轮直径换算成假想的平面磨削时的直径。外圆磨削砂轮的等效直径：内圆磨削砂轮的等效直径：砂轮与加工表面的接触长度同时影响参加磨削的磨粒数目及磨粒负荷，而且影响磨屑的容纳和排除，以及冷却条件的改善.等效直径的概念是为了比较内、外圆磨削和平面磨削方式的特点而提出的，通过等效直径可以分析内、外圆磨削和平面磨削这三种磨削方式中的磨削条件的关系。现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)通过上述两个等效直径的公式可以看出： 当径向进给量、和砂轮直径相同的前提下，内圆磨削的接触弧长最大，平面磨削的次之，外圆磨削的最小。（ 4）单个磨粒的磨削厚度磨削厚度影响磨削力、磨削温度、磨削表面质量以及砂轮的磨损。磨削时每个磨粒的最大切削厚度为：外圆磨削时每个磨粒的最大切削厚度为：现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)附录 接触弧长、等效直径的公式的推导一、接触弧长现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、砂轮等效直径现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)三、单个磨粒的切削厚度现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.3 磨削过程一、磨粒的形状特点 磨粒的顶尖角通常为 90 120，磨粒以较大的负前角进行切削；磨粒的切削刃和前刀面极不规则，磨粒形状、大小各异，一般都有钝圆半径；切削刃排列不规则，呈随机分布状态。4.3.1 砂轮表面形貌图及磨粒的形状特点图 4-1 磨粒形状现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、砂轮表面形貌图磨粒在砂轮中的位置分布和取向是随机的，每个磨粒有多个切削刃。图 34-2所示的是以 xy坐标平面与砂轮最外层工作表面接触时，磨粒在 xyz坐标空间内的分布状态。以平行于 yz坐标面所截取的磨粒切削刃轮廓图，称为砂轮工作表面的形貌图。Lg1， Lg2 在该截面内各磨粒平均中线间的距离；Ls1， Ls2 在该截面内各切削刃之间的距离；Zs1， Zs2 切削刃尖端离砂轮表层顶部平面的距离。砂轮表面形貌图是磨削中的一个重要的研究现象。在磨削过程中他是不断变化的，是磨削时间的函数，其变化取决于磨削条件。通过对其了解，在一定程度上可任预测磨削已加工表面粗糙度的大小，分析和控制磨削过程。 现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)图 4-2 砂轮工作表层磨粒切削刃空间图现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.3.2 磨屑的形成过程与磨削阶段一、磨削过程1.滑擦阶段工件表层产生弹性变形和热应力。2.刻划阶段产生塑性变形沟痕隆起现象和热应力。3.切削阶段切削厚度、切应力和温度达一定值，材料明显滑移形成切屑 。图 4-3 磨粒切削过程现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、磨削阶段1.初磨阶段由于工艺系统的弹性变形，实际磨削深度小于径向进给量。2.稳定阶段实际磨削深度基本上等于径向进给量。3.清磨阶段工艺系统弹性变形逐渐恢复，实际磨削深度大于零。在无切深情况下增加走大次数，使实际磨削深度趋于零，直到磨削火花消失。图 4-4 磨削过程的三个阶段现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.4 磨削力及磨削功率4.4.1 磨粒的受力情况现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)图 4.5 磨削的受力情况现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.4.2 磨粒的负前角磨削对磨削力的影响磨粒的顶尖角多为 90 120，其前刀面实际上是一个空间曲面，磨粒有一定的切削刃钝圆半径。磨粒实际上多数是在粒端负前角下切削工作，该负前角多数为 =-70 -89。用负前角的硬质合金刀具模拟磨粒切削工件 ：（ 1）负前角对切削过程的影响： 前刀面之前的金属流分为两路：一路进入刀具下面，一路沿前刀面上升而成为切屑，两路之间有一分流点。（ 2） 负前角对切削力的影响：法向力大于切向力；切削速度升高，切削力降低。现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)图 4.6 负前角切削时的金属流动 结论： 由于磨粒的负前角、刃端钝圆半径和很小的切削厚度，磨粒对工件的切削条件很差，实际上是划擦、刻划对工件表层产生了很大的塑性变形，达到一定程度后，切屑才能沿前刀面流出 。现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)图 4-7 负前角与切削力的关系 现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.4.3 砂轮上的磨削力(1) 工件有一定的粗糙度，砂轮磨粒是三维分布，磨粒在空间发生磨削作用，磨粒的最大切削深度与最小切削深度在 12之间变化，该比值由工件原始表面粗擦度以及砂轮、工件粗糙度的比值决定。现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)图 4-8 磨削力(a)外圆圆磨 (b)切入磨 (c)平面磨 (d)端面磨现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineering)3.4.4 磨削力对磨削过程的影响现代切削加工技术机械工程学院 (School of mechanical engineer