2-08磨削与砂轮.ppt

一、磨削过程磨削加工是靠砂轮表面随机排列的大量磨粒完成。每个磨粒都可以看做是一把微小的切刀。磨料磨粒的形状是很不规则的多面体，不同粒度号磨粒的顶锥角大多为90o120o。磨粒上刃尖的钝圆半径大约在几微米至几十微米之间，磨粒磨损后值还将增大。,第八节磨削与砂轮,由于磨粒以较大的负前角(-40o-60o)和钝圆半径对工件进行切削(见图238)，磨粒接触工件的初期不会切下切屑，只有在磨粒的切削厚度增大到某一临界值后才开始切下切屑。磨削过程中磨粒对工件的作用包括滑擦、耕犁和形成切屑三个阶段(见图239)。,图2一38,图2一39,1滑擦阶段磨粒刚开始与工件接触时，由于切削厚度非常小，磨粒只是在工件上滑擦，工件仅产生弹性变形。这种滑擦现象会产生很高的温度，是引起被磨表面产生烧伤、裂纹等缺陷的主要原因之一。2耕犁阶段随着切削厚度逐渐加大，被磨工件表面开始产生塑性变形，磨粒逐渐切人工件表层材料中。表层材料被挤向磨粒的前方和两侧，工件表面出现沟痕，沟痕两侧产生隆起，如图239中N一N截形图所示。此阶段磨粒对工件的挤压摩擦剧烈，热应力增加。,3形成切屑当磨粒的切削厚度增加到某一临界值时，磨粒前面的金属产生明显的剪切滑移而形成切屑。可见磨削过程是包括滑擦、耕犁和形成切屑三个阶段的综合复杂过程。磨削过程中产生的隆起残留量增大了磨削表面粗糙度，但实验证明，隆起残留量与磨削速度有着密切关系，随着磨削速度的提高而成正比下降。因此，高速磨削能减小表面粗糙度。,二、磨削力与磨削温度1磨削力同其他切削加工一样，磨削力可分解为三个分力：Fc主磨削力(切向磨削力)；Fp切深抗力(径向磨削力)；Ff进给抗力(轴向磨削力)。几种不同类型磨削加工的三向分力如图240所示。,磨削力与切削力相比有以下主要特征：1)单位磨削力大，根据不同磨削情况，单位磨削力在70200GPa之间，而其他切削时，单位切削力都在7GPa以下。2)三个分力中，磨削最大分力为径向力Fp，一般情况下，FpFc=1.63.2，塑性愈小，硬度愈大其比值愈大。大的径向力因影响系统振动而使磨削质量下降。,图2一40,2磨削温度磨削时，由于磨削速度很高，切削厚度很小，切削刃很钝，所以切除单位体积切所消耗的功率为车、铣等切削方法的1020倍。磨削所消耗能量的大部分转变为热能，使磨削区形成高温。,磨削温度常用磨粒磨削点温度和磨削区温度来表示。磨削点温度是指磨削时磨粒切削刃与工件、磨屑接触点温度。磨削点温度非常高(可达10001400oC)，它不但影响表面加工质量，而且对磨粒磨损以及切屑熔着现象也有很大的影响。砂轮磨削区温度就是通常所说的磨削温度，是指砂轮与工件接触面上的平均温度，约在4001000oC之间，它是产生磨削表面烧伤、残余应力和表面裂纹的原因。,三、磨削加工的特点1、磨具的运转速度高。普通磨削可达30-50m/s，高速磨削可达45-60m/s甚至更高，其速度还有日益提高的趋势。2、磨具的非均质结构。磨具是由磨料，结合剂和气孔三要素组成的复合结构，其结构强度大大低于由单一均匀才智组成的一半金属切削刀具。,3、磨削的高热现象。磨具的高速运动、磨削加工的多刃性和微量切削，都会产生大量的磨削热，不仅可能烧伤工件表面，而且高温时磨具本身发生物理、化学变化、产生热反应力、降低磨具的强度。4、磨具的自砺现象。在磨削力度作用下，磨钝的磨粒自身脆裂或脱落的现象，称为磨具的自砺性。磨削过程中的磨具自砺作用以及修正磨具的作业，都会产生大量磨削粉尘。,四、砂轮的特性与选择砂轮是由磨料加结合剂用制造陶瓷的工艺方法制成的。制造砂轮时，用不同的配方和不同的投料密度来控制砂轮的硬度和组织。砂轮的特性由下列五个因素来决定：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。,1磨料常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三类。氧化物系磨料的主要成分是A12O3，由于它的纯度不同和加入金属元素不同，而分为不同的品种。碳化物系磨料主要以碳化硅、碳化硼等为基体，也是因材料的纯度不同而分为不同品种，高硬磨料系中主要有人造金刚石和立方氮化硼。各种磨料的特性及适用范围见表25。,其中立方氮化硼是近年发展起来的新型磨料，虽然它的硬度比金刚石略低，但其耐热性(1400oC)比金刚石(800oC)高出许多，而且对铁元素的化学惰性高，所以特别适合于磨削既硬又韧的钢材。在加工高速钢、模具钢、耐热钢时，立方氮化硼的工作能力超过金刚石510倍。同时，立方氮化硼的磨粒切削刃锋利，在磨削时可减小加工表面材料的塑性变形。因此，磨出的表面粗糙度比用一般砂轮小。,在相同切削条件下，立方氮化硼砂轮加工所得的表面层为残余压应力，而氧化铝砂轮加工的表面层为残余张应力，所以用立方氮化硼砂轮所加工出的零件，其使用寿命要高些。由此可见，立方氮化硼是一种很有前途的磨料。,2粒度粒度表示磨粒的大小程度。以磨粒刚能通过的那一号筛网的网号来表示磨粒的粒度。例如60#粒度是指磨粒刚可通过每英寸长度上有60个孔眼的筛网。直径小于40的磨粒称为微粉。微粉的粒度以其尺寸大小来表示。如尺寸为28的微粉，其粒度号为W28。常用磨粒粒度和尺寸及其应用范围见表26。,磨粒粒度对磨削生产率和加工表面粗糙度有很大影响。一般来说，粗磨用颗粒较粗的磨粒，精磨用颗粒较细的磨粒。当工件材料软、塑性大和磨削面积大时，为避免堵塞砂轮，也可采用较粗的磨粒。,3结合剂结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。砂轮的强度、耐腐蚀性、耐热性、抗冲击性和高速旋转而不破裂的性能，主要取决于结合剂的性能。常用的砂轮结合剂有：陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂、金属结合剂(常见的是青铜结合剂)。表27为常用结合剂的性能及应用范围。,4硬度砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬，即表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。砂轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念，必须区分清楚。砂轮硬度等级见表28。,选用砂轮时，应注意硬度选得适当。若砂轮选得太硬，会使磨钝了的磨粒不能及时脱落，因而产生大量磨削热，造成工件烧伤；若选得太软，会使磨粒脱落得太快而不能充分发挥其切削作用。选择砂轮硬度时，可参照以下几条原则：,(1)工件硬度工件材料越硬，砂轮硬度应选得软些，使磨钝了的磨粒快点脱落，以便砂轮经常保持有锐利的磨粒在工作，避免工件因磨削温度过高而烧伤。工件材料越软，砂轮的硬度应选得硬些，使磨粒脱落得慢些，以便充分发挥磨粒的切削作用。,(2)加工接触面砂轮与工件的接触面大时，应选用软砂轮，使磨粒脱落快些，以免工件因磨屑堵塞砂轮表面而引起表面烧伤。内圆磨削和端面平磨时，砂轮硬度应比外圆磨削的砂轮硬度低。磨削薄壁零件及导热性差的工件时，砂轮硬度也应选得低些。,(3)精磨和成形磨削精磨和成形磨削时，应选用硬一些的砂轮，以保持砂轮必要的形状精度。(4)砂轮粒度大小砂轮的粒度号越大时，其硬度应选低一些的，以避免砂轮表面组织被磨屑堵塞。(5)工件材料磨削有色金属、橡胶、树脂等软材料，应选用较软的砂轮，以免砂轮表面被磨屑堵塞。,5组织砂轮的组织反映了磨粒、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的比例越大，则砂轮的组织越紧密，气孔越小；反之，磨粒的比例越小，则组织越疏松，气孔越大。砂轮组织的级别可分为紧密、中等、疏松三大类别，细分可分为15级，见表29。,紧密组织的砂轮适用于重压力下的磨削。在成形磨削和精密磨削时，紧密组织的砂轮能保持砂轮的成形性，并可获得较小的粗糙度。中等组织的砂轮适用于一般的磨削工作，如淬火钢的磨削及刀具刃磨等。疏松组织的砂轮不易堵塞，适用于平面磨、内圆磨等磨削接触面积较大的工序以及磨削热敏性强的材料或薄工件。磨削软质材料最好采用组织号为10号以上的疏松组织，以免磨屑堵塞砂轮。,表2一9,一般砂轮若未标明组织号，即为中等组织。6砂轮形状常用砂轮的形状、代号及其用途见表2一10。,在砂轮的端面上一般都印有标志，例如l3003075A60L5V35ms，表示该砂轮为平形砂轮(1)，外径为300mm，厚度为30mm，内径为75mm，磨料为棕刚玉(A)，粒度号为60，硬度为中软2(L)，组织号为5，结合剂为陶瓷(V)，最高圆周速度为35ms。,本章是机械制造技术基础课程学习的基础，也是学习的难点，主要学习了如下内容：1)金属切削的基本概念：切削运动、切削加工表面、切削用量三要素以及切削层参数；2)刀具几何角度与材料：刀具切削部分的结构要素；刀具标注角度的参考系及标注角度、工作角度；刀具材料(其中主要是高速钢和硬质合金)；,本章小结,3)金属切削过程：主要介绍切屑变形过程(重点是三个变形区)以及切屑的种类与控制；4)金属切削过程中的物理现象：切削力、切削热和切削温度；刀具磨损和刀具使用寿命；材料的切削加工性以及改进措施；5)切削条件的合理选择：刀具几何参数的选择；切削用量的优化；切削温度控制切削液选择与使用；,6)磨削与砂轮：磨削原理及磨削过程；砂轮的特性及结构组成，砂轮的种类及用途。通过本章学习，掌握切削和磨削机理、熟悉刀具几何角度的作用，为保证切削加工质量和效率，能对切削液磨削过程进行适当控制。,复习思考题,210切断车削时，进给运动怎样影响刀具工作角度?211镗内孔时，刀具安装高低怎样影响刀具工作角度?2一12刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能?213常用的硬质合金有哪几类?如何选用?214怎样划分切削变形区?第一变形区有哪些变形特点?215什么是积屑瘤?它对切削过程有什么影响?如何控制积屑瘤的产生?,216试论述影响切削变形的各种因素。217常见的切屑形态有哪几种?它们一般在什么情况下生成?怎样对切屑形态进行控制?218车削时切削力为什么要分解为三个分力?各分力大小对切削加工过程的影响?219影响切削力的主要因素有哪些?试论述其影响规律。220影响切削温度的主要因素有哪些?试论述其影响规律。,221刀具磨损的机理主要有哪些?刀具磨损过程分为哪几个阶段?222什么是刀具磨钝标准?制定刀具磨钝标准要考虑哪些因素?223什么是刀具使用