第6章_磨削加工

第6章磨削加工,磨削：用磨具（砂轮、砂带、油石等）对表面加工的方法。,磨削是常用的半精加工和精加工方法，加工精度IT5IT6，粗糙度Ra1.250.01m,适用难切削的高硬度材料的半、精加工。,例如：内外圆柱面、平面、螺旋面、花键、齿轮等,6.1砂轮,砂轮:是用结合剂把磨料粘结起来，经压坯、干燥和焙烧的方法制成的。,砂轮特性主要有磨料、粒度、结合剂、硬度和组织决定。,常用磨料有刚玉类、碳化硅类、高硬磨料类。,6.1.1磨料,表6-1常用磨料性能及应用范围,6.1.2粒度,粒度分磨粒及微粉二类。磨粒用筛选法分级，如粒度60的磨粒，表示其大小正好能通过1英寸长度上孔眼数为60的筛网。直径小于40m的磨粒叫微粉，微粉按实际尺寸大小表示，如尺寸为28m的微粉，其粒度号标为W28。,表6-2常用磨料粒度尺寸及应用范围,应用磨粒的粒度直接影响磨削的表面质量和生产率。粗磨磨削量较大、效率高，宜用粒度粗的砂轮；精磨为获得高的加工精度，宜用粒度细的砂轮。材料软、塑性大时，为避免砂轮堵塞应选用粒度粗。大面积磨削，为避免过度发热而引起工件表面烧伤，应选粒度粗。,6.1.3结合剂将磨粒粘结在一起，具有必要的形状、强度,表6-3常用结合剂的性能及适用范围,磨粒在外力作用下从其表面脱落的难易程度。磨粒容易脱落，砂轮硬度软，反之则硬。,6.1.4硬度,表6-4砂轮的硬度等级名称及代号,砂轮硬度的选用原则:,工件材料越硬，应选用越软的砂轮。磨削面积较大时，磨粒易磨损，应选较软的砂轮。半精磨与粗磨相比，需用较软的砂轮。精磨和成形磨削时，需用较硬的砂轮。,GB2484-84规定个15组织号：0、114，0号最致密，14号最疏松。,6.1.5组织磨粒、结合剂和气孔之间体积的比例关系,磨粒占百分比越大，组织越致密，反之疏松。,选取：磨削钢、铸铁，中等组织砂轮；成型磨削、精密磨削，组织紧密砂轮,图6-1砂轮的组织,磨料,结合剂,气孔,组织磨粒、结合剂、气孔之间体积的比例关系,表6-5砂轮组织的分级,6.1.5砂轮的形状,表6-6常用砂轮形状、代号及用途,砂轮的特性参数，一般都标在砂轮的端面上。,A60SV6P3003075|磨料粒度硬度结合剂组织形状外径厚度内径,砂轮的标记示例如下：,超硬磨具：,用金刚石、立方碳化硼等高硬度磨料制成的磨具。,金刚石砂轮,6.2磨削原理,6.2.1磨料的形状特征,形状很不规则，但大多呈菱形八面体。顶锥角在80145范围内，但大多数顶锥角为90120。,6.2.2磨屑形成过程,磨削过程磨具上的无数个磨粒的微切削刃对工件表面的微切削过程。,图6-2磨粒的切削过程,单个磨粒的磨削过程分三个阶段,1、滑擦阶段：,磨粒切削刃刚开始与工件接触，切削厚度由零开始逐渐增大，实际磨粒并未切削工件，而只是在其表面滑擦而过，工件仅产生弹性变形。,特征：磨粒与工件之间的相互作用主要是摩擦作用，其结果是磨削区产生大量的热，使工件温度升高。,2、耕梨阶段（也称刻划阶段）：,当磨粒继续切入工件，工件表面产生塑性变形，使磨粒前方受挤压的金属向两边塑性流动，在工件表面上耕梨出沟槽，而沟槽的两侧微微隆起。,特征：工件表层材料在磨粒的作用下，产生塑性变形，表层组织内产生变形强化。,3、切削阶段,磨粒继续向工件切入，切削厚度不断增大，达到临界值时，被磨粒挤压的金属材料产生剪切滑移而行成切屑。,砂轮上磨粒随机分布，形状高低各不相同，实际上：,凸起、锋利的磨粒：起切削作用,凸起较小、较钝的磨粒：起刻滑、挤压作用。,凹下、更钝的磨粒：起滑擦作用。,磨削过程是切削、刻滑、滑擦三个作用的综合。,径向分力Fx与砂轮轴、工件的变形及振动有关，影响加工精度、质量,6.2.3磨削力的主要特征,磨削力可分解为互相垂直的三个分力:切向力Fy径向力Fx轴向力Fz,且，径向力Fx最大，是Fy的2-4倍,图6-3磨削力,6.2.4磨削温度基本概念,磨削时，切除单位体积切削层所削耗的功率为车、铣等的1020倍，且大部分转变为热能，使磨削区形成高温。,磨粒磨削点温度指磨粒切削刃与切屑点的温度，是磨削中温度最高的部位，达10001400，它影响加工质量，砂轮磨损。,磨削区温度是砂轮与工件接触区的平均温度，约有500800，它与磨削烧伤和磨削裂纹的产生有密切关系,工件平均温度指磨削热传入工件而引起的工件温升，它影响工件的形状、尺寸精度。,合理选用砂轮,例如：大气孔砂轮散热好，不易堵塞，能有效地避免烧伤。,合理选用磨削用量,采取良好的冷却措施。,例如：用大流量、性能好的冷却液。,表面烧伤损坏零件表层组织，使用寿命，预防措施：,6.2.5砂轮的磨损及耐用度,砂轮磨损有三种形态：磨耗磨损、破碎磨损及脱落磨损。,磨耗磨损砂轮磨粒上形成磨损小棱面，在磨削过程中，由于工件硬质点的机械摩擦，高温氧化及扩散等作用均会使磨粒切刃产生耗损钝化。,教材：P144，自学！,(2)破碎磨损磨粒在磨削过程中，经受反复多次急热急冷，在磨粒表面形成极大的热应力最后磨粒沿某面出现局部破碎。,(3)脱落磨损磨削过程中，随磨削温度的上升，结合剂强度相应下降。当磨削力增大超过结合剂强度时，整个磨粒从砂轮上脱落，即成脱落磨损。,砂轮磨损的结果，导致磨削性能的恶化，主要形式有钝化型、脱落型及堵塞型,当砂轮硬度较高，修整较细，磨削载荷较轻时，易出现钝化型。这时，加工表而质量虽较好，但金属切除率显著下降。,当砂轮硬度较低，修整较粗，磨削载荷较重时，易出现脱落型。这时，砂轮廓形失真，严重影响磨削表面质量及加工精度。,磨削碳钢时切屑在磨削高温下发生软化，嵌塞在砂轮空隙处，形成嵌入式堵塞；磨削钛合金时，由于切屑与磨粒的亲合力强，使切屑熔结粘附于磨粒上，形成粘附式堵塞。砂轮堵塞后磨削力及温度剧增，表面质量明显下降。,6.3常用磨床的类型及功用,磨床用磨具（砂轮、砂带、等）作工具对工件表面进行磨削加工的机床。,常见磨床：外圆磨床、万能磨床、内圆磨床、平面磨床、工刃具磨床，,6.3.1M1432A型万能外圆磨床,M1432A是万能外圆磨床。磨削精度IT6IT7外圆或内孔，粗糙度在Ra1.250.08m。,特点：通用性较好，但生产率较低，适用于单件小批生产。,M1432A主要参数,磨削外圆直径8320mm磨削内圆直径30100mm最大磨削长度外圆1000/1500/2000内圆125mm,砂轮尺寸40050203,图64M1432A万能外圆磨床,头架,图6-5M1432A型万能外圆磨床典型加工示意图,外圆磨削,（按进给方向）,纵磨法,横磨法,磨削效率低，磨削力小,散热条件好,磨削精度和表面质量好广泛采用。,磨削效率高，磨削力大,散热条件不好,影响磨削精度和表面质量。,纵磨削（图6-5a、b、d）工件旋转并与工作台一起作纵向往复运动f纵。,横磨法（图6-5c），工件只作旋转运动，无纵向往复运动；砂轮作连续的横向进给运动。,图6-6M1432A型万能外圆磨床机械传动系统图,6.3.2平面磨床,平面磨床主要用于磨削各种平面,平面磨削,周边磨削,端面磨削,优点：砂轮的周边磨削工件，接触面积小，磨擦发热少，排屑及冷却条件好、工件变形小，磨损均匀，精度高。缺点：砂轮轴水平，呈悬臂状态，刚性差，磨削用量小，生产效率低。,周边磨削,端面磨削,优点：砂轮的端面磨削工件，砂轮轴伸出较短刚性好，磨削用量大，生产效率高。缺点：发热量大，冷却条件差，排屑困难，工件热变形大，表面易烧伤。磨削质量差。,卧轴矩台式,立轴矩台式,立轴圆台式,卧轴圆台式,图6-7平面磨床加工示意图,平面磨床的工作台有矩形和圆形两种。矩形：加工长工件；圆形：加工短工件或圆工件的端面。,常见的平面磨削方式有四种，如图2-10所示。,上图补充：,(a)周边磨削,(b)端面磨削,卧轴矩台平面磨床,立柱,床身,工作台,砂轮架,滑座,立轴圆台平面磨床,立柱,床身,工作台,砂轮架,6.3.3内圆磨床,类型：普通内圆磨床、无心内圆磨床和行星运动内圆磨床。普通内圆磨床应用最广。,应用：磨削圆柱形或圆锥形的通孔、盲孔、阶梯孔等。,图6-8普通内圆磨床的磨削方法,纵磨法磨孔,切入法磨孔,端面磨削法磨削端面,周面磨削法磨削端面,砂轮高速旋转作主运动nc，工件旋转作圆周运动nw，同时砂轮或工件沿其轴线往复运动作纵向进给运动fa，工件沿其径向作横向进给fr,内圆磨削运动,与外圆磨相比较，内圆磨特点：,砂轮的的许用转速转速要求高。,砂轮受到孔径尺寸限制，砂轮轴径一般为孔径的0.50.9倍，刚性较差，影响磨孔质量和效率。,内圆磨床外形,6.3.4无心（外圆）磨床,无心外圆磨削是外圆磨削的一种特殊形式。,图6-9无心磨床磨削示意图,贯穿磨削法,切入磨削法,砂轮,导轮,托板,挡销,工件,砂轮,导轮,无心外圆磨削,贯穿磨削（纵磨）,切入磨削（横磨）,工作原理：磨削时，工件5放在砂轮1和导轮2之间，用托板3支承。工件5由导轮2的摩擦力带动旋转。工件5的线速度等于导轮2的线速度：1050m/min而砂轮1的线速度很高，所以砂轮1与工件2之间有很大的切削速度。,无心磨示意图,无心外圆磨床,6.4表面光整加工方法,光整加工是指超精研、研磨、珩磨和抛光加工。作用：降低粗糙度，而形状精度和位置精度则主要由前面工序保证。,6.4.1超精研,：超精研是降低零件表面粗糙度的一种有效方法。,1.超精研的工作原理,磨条在一定压力和速度下作往复运动，对工件进行光整加工：,图6-10超精研加工原理,1工件低速回转运动,2磨条轴向进给运动,3磨条高速往复振摆运动,2.超精研的切削过程,超精研与磨削不同，一般分为四个阶段：,（1）强烈切削阶段：开始研磨时，工件表面粗糙，故切削作用强烈。,（2）正常切削阶段：少数凸峰被磨平之后，接触面积增加，切削作用减弱。,（3）微弱切削阶段：接触面积更大，压力更低，细小的切屑嵌入磨条的空隙中，使磨条产生光滑表面，对工件表面进行抛光。,（4）自动停止阶段：表面被研平，接触处压力极低；磨条与工件之间有油膜，不再接触，故切削自动停止。,上述整个加工过程时间约30s左右，生产率较高。,6.4.2研磨,研磨是一种最常用的光整加工和精密加工方法。,应用：多用于精密偶件、精密量规和精密量块等的最终加工。,粗糙度Rz0.040.4,如：柱塞和柱套,原理：通过工件与研具间研磨液的流动，在工件和研磨剂间产生摩擦或化学作用来去除微小加工余量。,图6-11研磨加工原理示意图,1.研磨加工的特点,（1）研具比工件软：如铸铁、铜、青铜、塑料及硬木等，有时也用钢做研具。,（2）研磨加工包含：磨粒切削机械作用、化学作用。,（3）研具和工件的相对运动轨迹复杂。,（4）研磨的尺寸精度和粗糙度好，但不能提高工件表面间的位置精度。,2.研具,研具的材料应软硬适当，一般选用：比工件材料软且组织均匀的材料。,铸铁是制造研具的常用材料。铸铁研具适用于加工各种材料的工件，能保证较好的研磨质量和较高的生产率，且研具制造容易，成本也较低。,3.研磨剂,研磨剂是磨料、油脂混合起来的一种混合剂。,4.研磨参数,（1）磨料粒度,磨料的粒度要根据加工表面的粗糙度来选择：粒度细粗糙度值小。粗研时为了提高生产率，用较粗的粒度，如W28W40；精研时则用较细的粒度，如W5W28；镜面研磨时则用更细的粒度W1W3.5，甚至用W0.5的。,（2）研磨速度,（2）研磨速度,研磨速度低，一般0.5ms，精密研磨0.16ms,（3）研磨余量,为了提高生产效率，研磨余量应尽量小：手工研磨不大于10m机械研磨15m,（4）研磨压强,手工研磨时主要靠操作者的感觉来确定；机械研磨时，可用0.010.03MPa。粗研时用0.10.3MPa，精研时用0.010.1MPa。,6.4.3珩磨,珩磨是常用的一种光整加工方法，可降低加工表面的粗糙度值。,原理：珩磨与超精研相同，开始珩磨轮与工件接触面积小，单位面积压力大，切削作用强烈。随着工件加工表面的凸峰被逐渐磨平，压强下降，磨粒的切削作用也就逐渐趋于停止。,珩磨加工后的表面粗糙度一般为Rz0.4Rz3.2,成形运动,一根油石在双行程中的切削轨迹,1、2、3、4形成纹痕的顺序,网纹交叉角,图6-12珩磨运动及其切削轨迹,珩磨轮,珩磨轮,应用：珩磨加工主要用于内孔表面，但也可以对外圆或齿形表面进行加工。,珩磨油石有三种运动：旋转、往复和施加压力的径向运动。旋转和往复是珩磨的主要运动，径向加压是油石的进给运动。,6.4.4抛光,抛光与研磨的区别是：抛光工具由软质材料制成（如无纺布等）。,图6-13抛光加工原理示意图,抛光粗糙度Rz0.8Rz0.1,抛光,应用：抛光常用于去掉前工序所留下来的痕迹，或者叫“打光”加工表面。,6.5砂带磨削,6.5.1砂带磨削机理,砂带磨销用砂带作为切削工具的一种新型加工方法。,砂带涂满砂粒的环形带状布。,表面粗糙度Ra0.050.01,图6-15砂带结构,砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光的综合作用，是一种复合加工,6.5.2砂带磨削特点及应用范围,砂带磨削,（1）磨削表面质量好：与工件柔性接触，磨粒载荷小且均匀，能减振，有“弹性磨削”之称。工件受力小，发热少，可获得好的加工表面质量Ra0.050.01m。,（2）磨削性能强：磨粒有方向性，尖端向上切削刃间隔大，砂轮不易堵塞，有较好的切削性，后“冷态”磨削之称。,（3）磨削效率高：强力砂带磨削，磨削比大，有“高效磨削”之称。加工效率是铣削的10倍。,（4）经济性好设备简单，无须平衡和修整，砂带制作方便，成本低。砂带磨削成本只是砂轮磨削的1/3，是一种“廉价”磨削。,（5）适用范围广可用于加工外圆、内圆、平面及成型表面。砂带磨削更换砂带方便，使用安全。,挤压研磨抛光挤压研磨抛光属于磨料流动加工，也称挤压研磨。它不仅以对零件表面进行光整加工，还可以去除零件内部通道上的毛刺。,挤压研磨抛光加工过程示意图,1-上磨室2-上活塞3-研磨抛光剂4-夹具5-工件6-下磨室7-下活塞,7.4挤压研磨抛光,特点如下：1）适用范围广由于研磨抛光剂是一种半流体状态的弹粘性介质，它可以和任何复杂形状的被加工表面相吻合，所以适用于各种复杂表面的加工。同时加工材料范围广，无论是高硬度模具材料，还是铸铁、铜、铅等材料，以及陶瓷、硬塑料等非金属材料。2）抛光效果好抛光后尺寸精度、表面粗糙度和抛光前的原始状态有关。经过电火花线切割加工后的表面，经挤压研磨抛光后表面粗糙度可达Ra0.040.05m，尺寸精度可达0.010.0025mm，完全可以去除电火花加工的表面质量缺陷。但是挤压研磨抛光属于均匀“切削”，它不能修正原始加工的形状误差。3）研磨抛光效率高挤压研磨抛光的加工余量一般为0.010.1mm，所需要的研磨抛光时间为几分钟至十几分钟即可完成。与手工研磨抛光相比，大大