第八节磨削原理101122幻灯片.ppt

1 第八节磨削原理 2 2 8磨削原理 磨削是一种精加工方法 尺寸精度可达IT5 IT7 表面粗糙度能达到0 8 0 08 m 3 2 8 1砂轮的特性和选择 主要起切削作用 主要起粘接作用 主要起容屑和冷却作用 砂轮是由磨料加结合剂烧制而成的 常用的磨削工具 4 2 8 1砂轮的特性和选择 决定砂轮特性的要素 磨料 粒度 结合剂 硬度 组织及尺寸形状磨料 其选择主要取决于工件材料的硬度 应具备的条件 硬度高 红硬性好 有一定的强度和韧性 有锋利的边刃 常用的磨料 氧化物系 主要成分是三氧化二铝碳化物系 通常以碳化硅 碳化硼等为肌体高硬磨料系 主要有人造金刚石和立方氮化硼 CBN 5 2 8 1砂轮的特性和选择 6 2 8 1砂轮的特性和选择 决定砂轮特性的要素 磨料 粒度 结合剂 硬度 组织及尺寸形状粒度 指磨料颗粒的尺寸大小 对颗粒的最大尺寸大于40 m的磨料用磨粒能通过的筛网上每英寸长度上的孔数表示粒度号 直径小于40 m时的磨粒称为微粉 60号粒度 磨粒能通过每英寸长度上有60个孔眼的筛网尺寸为20 m的微粉 其粒度号为W20 砂轮粒度的对比 粒度号越大 砂轮越细 粒度的选择取决于加工表面粗糙度的要求 7 2 8 1砂轮的特性和选择 决定砂轮特性的要素 磨料 粒度 结合剂 硬度 组织及尺寸形状粒度 常见砂轮粒度及使用范围 8 2 8 1砂轮的特性和选择 决定砂轮特性的要素 磨料 粒度 结合剂 硬度 组织及尺寸形状结合剂 将磨粒粘合在一起 使砂轮具有一定的强度 气孔 硬度和抗腐蚀 抗潮湿等性能 它直接影响砂轮的强度 耐热性和耐用度 陶瓷结合剂 代号V 树脂结合剂 代号B 橡胶结合剂 代号R 金属结合剂 代号M 结合剂的选择取决于磨削速度 9 2 8 1砂轮的特性和选择 结合剂的选择 10 2 8 1砂轮的特性和选择 决定砂轮特性的要素 磨料 粒度 结合剂 硬度 组织及尺寸形状硬度 磨粒与结合剂的粘结强度 砂轮硬 磨粒不易脱落 砂轮软 磨粒易于脱落 砂轮硬度选择原则 11 2 8 1砂轮的特性和选择 砂轮硬度选择原则 12 2 8 1砂轮的特性和选择 决定砂轮特性的要素 磨料 粒度 结合剂 硬度 组织及尺寸形状组织 砂轮组织表示磨粒 结合剂 气孔三者之间的比例关系 磨粒在砂轮总体积中所占比例越大 砂轮组织越紧密 气孔越小 13 2 9 2 8 1砂轮的特性和选择 决定砂轮特性的要素 磨料 粒度 结合剂 硬度 组织及尺寸形状组织的选择 1 紧密组织砂轮适于精加工 成型磨削及重压下的磨削 2 中等组织砂轮适于一般磨削 3 疏松组织砂轮不易堵塞 适于平面磨 内圆磨等磨削接触面大的工序 以及磨削热敏性强的材料或薄壁工件 14 2 8 1砂轮的特性和选择 常见砂轮形状 代号及其用途 15 2 8 2磨削运动及磨削用量 常用的磨削方法 外圆磨削平面磨削内圆磨削成型磨削无心外圆磨削 16 2 8 2磨削运动及磨削用量 各种磨削加工 17 2 8 2磨削运动及磨削用量 18 2 8 2磨削运动及磨削用量 磨削的主运动 砂轮的旋转运动vc 19 2 8 2磨削运动及磨削用量 磨削的进给运动 工件的切向运动vw 20 2 8 2磨削运动及磨削用量 工件的轴向进给运动fa 工件转一周 工件和砂轮在砂轮轴线方向的相对位移根据砂轮宽度B选则 粗磨 fa 0 3 0 85 B精磨 fa 0 2 0 3 B 21 2 8 2磨削运动及磨削用量 径向进给运动fr 工作台两个行程之间砂轮在半径方向上的相对位移选择 粗磨 fr 0 01 0 07 mm 行程精磨 fr 0 005 0 02 mm 行程 22 2 8 3磨削过程 磨削过程示意图 磨粒在砂轮工作表面上是随机分布的每一颗磨粒的形状和大小都是不规则的 砂轮工作表面的形貌特征 23 2 8 3磨削过程 磨粒形状不规则 其刀尖角为90o 120o均为负前角磨粒的切削刃为空间曲线 前刀面为空间曲面且形状不规则磨粒的切削刃有几个 几十个微米的圆角 经过修正磨粒上会出现微刃 磨粒的特点 24 2 8 3磨削过程 滑擦阶段刻划阶段切削阶段 切屑的形成过程 磨削塑性材料时 形成带状切屑 磨削脆性材料时 形成挤裂切屑 在磨削过程中产生的高温作用下 切屑熔化可成为球状或灰烬形态 单颗磨粒的切削过程 磨削的切削厚度很薄只有0 005 0 05mm 25 2 8 3磨削过程 切屑的形成过程 单颗磨粒的切削过程 滑擦 刻划 切削 26 2 8 3磨削过程 单个磨粒的切削厚度 27 2 8 4磨削力 F的产生来源 工件弹性 塑性变形的阻力 磨粒与切屑 磨粒与工件之间的摩擦力F的三个分力 主切削力Fc 切深力Fp 进给力Ff 28 2 8 4磨削力 F的特点 单位摩擦力大切深力Fp大于主切削力Fc主切削力Fc大于进给力Ff 磨削力随不同的磨削阶段而变化 表2 7磨削时的Fp Fc比值 29 2 8 4磨削力 影响磨削力F的因素 砂轮速度增大 F随之减小工件速度 轴向进给量增大 F增大径向进给量增大 F增大砂轮的磨损 F增大 30 2 8 5磨削热与磨削温度 磨削热的产生 划擦阶段 刻划阶段 切削阶段消耗的能量绝大部分转换为热量产生磨削热磨削温度的概念 工件平均温度 指磨削热传入工件引起的工件温升 它影响工件的形状和尺寸精度 在精磨时 为获得高尺寸精度 要尽可能降低工件平均温度并防止局部温度不均磨粒磨削点温度 dot 指磨粒切削刃与切屑接触部分的温度 是磨削中温度最高的部位 可达1000 左右 是研究磨削刃的热损伤 砂轮的磨损 破碎和粘附等现象的重要因素 磨削区温度 A 指砂轮与工件接触区的平均温度 一般约有500 800 它与磨削烧伤和磨削裂纹的产生有密切关系 磨削加工工件表面层的温度分布 是指沿工件表面层深度方向温度的变化 它与加工表面变质层的生成机理 磨削裂纹和工件的使用性能有关 31 2 8 5磨削热与磨削温度 砂轮磨削区温度和磨粒磨削点温度图 磨削热的产生 划擦阶段 刻划阶段 切削阶段消耗的能量绝大部分转换为热量产生磨削热磨削温度的概念 一定要把磨削区温度 磨粒磨削点温度和工件平均温度三者的含义区分清楚 32 2 8 5磨削热与磨削温度 影响磨削温度的因素 砂轮速度工件速度径向进给量工件材料砂轮硬度与粒度 33 2 8 6磨削表面质量 表面粗糙度 Vc Vw 分别为砂轮和工件的速度Rt Rw 分别为砂轮和工件的半径m 单位面积上的磨粒数e 未变形切屑的宽度与平均厚度的比值 经验公式 34 2 8 6磨削表面质量 磨削表面粗糙度公式的讨论 35 2 8 6磨削表面质量 磨削表面层的机械物理性能 表面烧伤 表面残余应力 磨削裂纹 36 2 8 6磨削表面质量 改善磨削表面层的机械物理性变化的途径 减少磨削热 加速磨削热传出 选择合适的磨削用量和适当的光磨次数 减小径向进给量fr 选取较软的砂轮 减少工件和砂轮的接触面积 根据磨削要求合理选择砂轮的粒度 经常保持砂轮在锋利条件下磨削 并选择适宜的润滑性能较好的切削液 以减小磨粒与工件间摩擦等 除了适当提高工件速度和轴向进给量外 主要是采用有效的冷却方法 采用喷雾冷却 高压冷却和内冷却 37 2 8 7砂轮的磨损与修整 砂轮的磨损 磨耗磨损破碎磨损堵塞粘附 按照磨损机理的不同将砂轮磨损过程分为三个阶段 1 初期阶段的磨损主要是磨粒的破碎2 第二阶段的磨损主要是磨耗磨损3 第三阶段的磨损主要是结合剂破碎 38 2 8 7砂轮的磨损与修整 砂轮的修整 砂轮工作表面修整后的砂粒微刃 修整工具本身不作旋转运动修整工具本身作回转运动或直线运动修整工具是钢的或硬质合金的挤压轮 目的 用修整工具把砂轮工作表面修整成所要求的型廓和锐度 修整方式 39 2 8 8磨削液 磨削液的作用 润滑及冷却 洗涤和防锈磨削液的种类 40 2 8 8磨削液 通常采用的磨削液供给方法是浇注法 即用低压泵把磨削液输送至喷嘴 借助液体本身的重力作用浇注到砂轮与工件的接触区 为冲破环绕砂轮表面的气流障碍 提高冷却润滑效果 对供液方法做了不少改进 例如采用压力冷却 砂轮内冷却 喷雾冷却 浇注法与超声波并用以及对砂轮作浸渍处理 实现固体润滑等 磨削液的磨削液的供给方法 41 2 8 9几种高效的磨削技术 高速磨削强力磨削 缓进给大切深磨削 砂带磨削 42 2 8 9几种高效的磨削技术 高速磨削 普通磨削 vc 30 35m s高速磨削 vc 45或50m s 与普通磨削相比 生产效率可比普通磨削高30 40 表2 12高速磨削砂轮的选择 43 2 8 9几种高效的磨削技术 强力磨削 特点 材料去除率高砂轮磨损小磨削质量好磨削力和磨削热大 进给深度 2 20mm进给速度 10 30mm min 44 2 8 9几种高效的磨削技术 砂带磨削 砂带是在带基上 带基材料多采用聚碳酸脂薄膜 粘接细微砂粒 称为 植砂 而构成 磨削表面质量好 弹性磨削 粗糙度可达