磨具与磨削过程.doc

第四节 磨具与磨削过程一、磨料与磨具磨削(grinding)：用带有磨粒的工具(砂轮、砂带、油石等)对工件进行加工的方法。磨具(abrasive grinding tools)：分砂轮、油石、磨头、砂瓦、砂布、砂纸、砂带、研磨膏等6类。砂轮：一种用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具有很多气孔、用磨粒进行切削的固结磨具。磨粒以其露在表面部分的尖角作为切削刃。砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。1.磨料磨料是制造磨具的主要原料，直接担负着切削工作。目前常用的磨料有棕刚玉(A)、白刚玉(WA)、黑碳化硅(C)和绿碳化硅(GC)等。棕刚玉：用于加工硬度较低的塑性材料，如中、低碳钢和低合金钢等；白刚玉：用于加工硬度较高的塑性材料，如高碳钢、高速钢和淬硬钢等；黑碳化硅：用于加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸铜等；绿碳化硅：用于加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、陶瓷和玻璃等。2.粒度粒度是指磨料颗粒的尺寸，其大小用粒度号表示。国标规定了磨料和微粉两种粒度号。一般说，粗磨选用较粗的磨料(粒度号较小)，精磨选用较细的磨料(粒度号较大)；微粉多用于研磨等精密加工和超精密加工。3.结合剂结合剂的作用是将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力，主要取决于结合剂的性能。常用的结合剂有陶瓷结合剂(V)、树脂结合剂(B) 、橡胶结合剂(R)和金属结合剂(M)等。陶瓷结合剂：应用最广，适用于外圆、内圆、平面、无心磨削和成形磨削的砂轮等；树脂结合剂：适用于切断和开槽的薄片砂轮及高速磨削砂轮；橡胶结合剂：适用于无心磨削导轮、抛光砂轮；金属结合剂：适用于金刚石砂轮等。4.硬度磨具的硬度是指磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度(又称结合度)。磨具的硬度反映结合剂固结磨粒的牢固程度，磨粒难脱落叫硬度高，反之叫硬度低。国标中对磨具硬度规定了16个级别：D，E，F(超软)；G，H，J(软) ；K，L(中软)；M，N(中)；P，Q，R(中硬)；S，T(硬)；Y(超硬)。普通磨削常用GN级硬度的砂轮。5.组织磨具的组织指磨具中磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系，以磨粒率(磨粒占磨具体积 的百分率)表示磨具的组织号。磨料所占的体积比例越大，砂轮的组织越紧密；反之，组织越疏松。国标中规定了15个组织号：0，1，2，13，14。0号组织最紧密，磨粒率最高；14号组织最疏松，磨粒率最低。普通磨削常用47号组织的砂轮。6.形状与尺寸根据机床类型和加工需要，将磨具制成各种标准的形状和尺寸。常用的几种砂轮形状、代号和用途如表1-2所列。表1-2 常用砂轮形状、代号和用途 注：表图中有“”者为主要使用面，有“”者为辅助使用面。7.磨具标记磨具标记的书写顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂和允许的最高线速度。例如：砂轮的标记为P 40040127 WA 60 L 5 V 35 平行砂轮 外径厚度孔径 磨料 粒度 硬度 组织号 结合剂 最高工作线速度(m/s)砂轮选择的主要依据是被磨材料的性质、要求达到的工件表面粗糙度和金属磨除率。选择的原则是： 磨削钢时，选用刚玉类砂轮，磨削硬铸铁、硬质合金和非铁金属时，选用碳化硅砂轮。 磨削软材料时，选用硬砂轮，磨削硬材料时，选用软砂轮。 磨削软而韧的材料时，选用粗磨料(如1236#)；磨削硬而脆的材料时，选用细磨料(如46100#)。 磨削表面的粗糙度值要求较低时，选用细磨粒，金属磨除率要求高时，选用粗磨粒。 要求加工表面质量好时，选用树脂或橡胶结合剂的砂轮，要求最大金属磨除率时，选用陶瓷结合剂砂轮。珩磨、超精加工及钳工使用的磨具为油石，常见的油石形状如图1-31所示。图1-31 油石的形状油石的标记为SC 2004025 GC W63 H 6 V 长方油石 长度宽度高度 磨料 微粉粒度 硬度 组织号 结合剂二、磨削过程磨料切削加工方法有磨削、珩磨、研磨和抛光等，其中以磨削加工应用最为广泛。磨削时各个磨粒表现出来的磨削作用有很大的不同，如图所示。 （1）砂轮上比较凸出的和比较锋利的磨粒起切削作用 这些磨粒在开始接触工件时，由于切入深度极小，磨粒棱尖圆弧的负前角很大，在工件表面上仅产生弹性变形；随着切入深度增大，磨粒与工件表层之间的压力加大，工件表层产生塑性变形并被刻划出沟纹；当切深进一步加大，被切的金属层才产生明显的滑移而形成切屑。这是磨粒的典型切削过程，其本质与刀具切削金属的过程相同(如图1-32a)。(2)砂轮上凸出高度较小或较钝的磨粒起刻划作用 这些磨粒的切削作用很弱，与工件接触时由于切削层的厚度很薄，磨粒不是切削，而是在工件表面上刻划出细小的沟纹，工件材料被挤向磨粒的两旁而隆起(如图1-32b)。（3）砂轮上磨钝的或比较凹下的磨粒 这些磨粒既不切削也不刻划工件，而只是与工件表面产生滑擦，起摩擦抛光作用(如图1-32c)。即使比较锋利且凸出的单个磨粒，其切削过程大致也可分为三个阶段(如图1-33所示)。在第一阶段，磨粒从工件表面滑擦而过，只有弹性变形而无切屑。第二阶段，磨粒切入工件表层，刻划出沟痕并形成隆起。第三阶段，切削层