4.6磨削与砂轮解析

1、4.6 磨削与砂轮磨削与砂轮磨削过程砂轮表面上的每一个磨粒都可以看作是一把微小车刀，这些刀齿的几何参数各不相同。使得磨削加工过程非常复杂。磨削与一般刀具的切削加工不同，有以下三个作用：切削刻划修光磨削过程示意图一、砂轮特性及其选择一、砂轮特性及其选择1. 砂轮砂轮是由一定比例的磨料和结合剂经压制和烧结而成。其特性取决于磨料、粒度、结合剂、硬度和组织等五个参数。主要起切削作用主要起切削作用主要起粘接作用主要起粘接作用主要起容屑和冷却作用主要起容屑和冷却作用2. 砂轮的特性砂轮的特性1）砂轮的磨料）砂轮的磨料磨磨料料氧化物氧化物碳化物碳化物超硬磨料超硬磨料棕刚玉棕刚玉白刚玉白刚玉黑色碳化硅黑色碳化

2、硅绿色碳化硅绿色碳化硅碳化硼碳化硼人造金刚石人造金刚石立方氮化硼立方氮化硼磨削碳钢、合金钢、磨削碳钢、合金钢、通用高速钢通用高速钢磨削硬铸铁、硬质磨削硬铸铁、硬质合金、非铁金属合金、非铁金属磨削硬脆材料、硬磨削硬脆材料、硬质合金、宝石、高质合金、宝石、高温合金温合金系别名称代号主要成分颜色特性适用范围氧化物系棕刚玉AAL 2 O 3棕褐色硬度高，韧性好，价格便宜磨削中、低碳钢、低合金钢91-96%白钢玉WAAL 2 O 3白色硬度高于棕刚玉，磨粒锋利，韧性差磨削高碳纲、淬火钢、高速钢97-99%碳化物系黑碳化硅CSiC黑色带光泽硬度高于钢玉，性脆而锋利，有良好的导热性和导电性磨削铸铁、黄铜、铝

3、及非金属材料95%绿碳化硅GCSiC绿色带光泽硬度和脆性高于黑碳化硅，有良好的导电性和导热性磨削硬质合金、玻璃等99%高硬磨料立方CBN立方黑色硬度仅次于金刚石，耐磨性和导电性好，发热量小磨削硬质合金、高速钢、氮化硼氮化硼人造MBD碳结乳白色硬度极高，韧性很差，价格昂贵磨削硬质合金、宝石金刚石晶体2）粒度：磨料颗粒的粗细程度磨粒微粉粒度代号的表示方法用筛选法分类用显微测量法分类粒度号以筛网上能通过的一英寸长度内的孔眼数来表示。粒度号粒度号有：4、536、40、46240、280等，共27个号。例如 ：60 # 粒度的的磨粒，说明能通过每英寸长有 60 个孔眼的筛网，例如：尺寸为2014m的微粉

4、，其粒度号为w20粒度号以磨料的实际尺寸来表示粒度号有：W63、W50、W40W1.5、W1.0、W0.5等，共14个等级。砂轮粒度对比 粒度的选择 磨料粒度的选择：主要与加工表面粗糙度和工件材料的机械性能有关。 粗磨时，磨削余量大，要求的表面粗糙度值较大，应选用较粗的磨粒。一般为36#60# 因为磨粒粗、气孔大，磨削深度可较大，砂轮不易堵塞和发热。 精磨时,余量较小，以表面粗糙度Ra值为主要目标，应选大的粒度号，一般为60#120#。工件材料塑性大或磨削接触面积大为避免磨削温度过高，使工件表面烧伤，宜选小粒度号为避免砂轮堵塞,宜选小粒度号常用磨料粒度尺寸及应用范围 可查相关手册成形磨削为保持

5、砂轮轮廓的精度，宜用大粒度号工件材料软时,为避免砂轮堵塞，也应选小粒度号3）砂轮的结合剂）砂轮的结合剂结合剂的作用是将磨料粘合成具有结合剂的作用是将磨料粘合成具有一定强度和各种形状及尺寸的砂轮。一定强度和各种形状及尺寸的砂轮。砂轮的强度、耐热性和耐用度等重砂轮的强度、耐热性和耐用度等重要指标，在很大程度上取决于结合要指标，在很大程度上取决于结合剂的特性。剂的特性。4）砂轮硬度）砂轮硬度 砂轮的硬度指砂轮表面上的磨粒在磨削力作用下脱落的难易程度。砂轮的硬度软砂轮的磨粒容易脱落砂轮的硬度硬表示磨粒较难脱落砂轮的硬度和磨料的硬度是两个不同的概念由结合剂的强度和数量决定由结合剂的强度和数量决定砂轮的硬

6、度等级名称及代号砂轮的硬度等级名称及代号 在机械加工中，常用的砂轮硬度是在机械加工中，常用的砂轮硬度是GN级的砂轮。荒磨级的砂轮。荒磨钢锭及铸件时可用中硬钢锭及铸件时可用中硬2(Q)的砂轮。的砂轮。 加工软金属时加工软金属时为了使磨料不致过早脱落，充分利用磨粒的切削能力，延长砂轮的寿命，则选用硬砂轮加工硬金属加工硬金属为了能及时的使磨钝的磨粒脱落，从而露出具有尖锐棱角的新磨粒，选用软砂轮硬度选择原则：根据工件材料和磨削要求确定硬度选择原则：根据工件材料和磨削要求确定 磨削导热性差的材料（如不锈钢、硬质合金）及薄壁、磨削导热性差的材料（如不锈钢、硬质合金）及薄壁、薄片零件时薄片零件时，为避免工件

7、烧伤或变形，应选较软砂轮； 精磨或成型磨削时精磨或成型磨削时，为了在较长时间内，能保持砂轮的形状，应选较硬的砂轮。 5）组织 砂轮的组织系指磨粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系，用来表示结构紧密或疏松程度。根根据磨粒在砂轮总体积中所占的比例，将砂轮组织据磨粒在砂轮总体积中所占的比例，将砂轮组织分为紧密、中等、疏松三大级分为紧密、中等、疏松三大级 :组织号01234567891011121314磨粒率 %626058565452504846444240383634类别紧密中等疏松应用精磨、成型磨淬火工件、刀具韧性大和硬度低的金属砂轮组织对磨削加工的影响: 组织紧密的砂轮 磨粒之间的容屑空间小，排

8、屑困难，砂轮易被堵塞，但砂轮单位面积上磨粒数目多，易保持形状，并可获得较小的表面粗糙度。 组织疏松多孔的砂轮，因为其容屑空间大，砂轮不易堵塞，砂轮单位面积上磨粒数目少,砂轮易磨钝,表面粗糙度大,另外组织疏松多孔.可将冷却液或空气直接带入磨削区,使磨削温度降低. 砂轮组织的选择: 成形磨削和精密磨削 用紧密组织 磨削区面积大的（如平面磨、内圆磨 ）或薄壁件磨削时，应选择组织疏松的砂轮 所磨材料软而韧（如银钨合金）或硬而易裂（硬质合金）时，最好采用大孔隙砂轮。 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 一般砂轮未标明组织号，即为中等组织。 注：表图中有“”者为主要使用面，有“

9、”者为辅助使用面。常用砂轮形状、代号及用途常用砂轮形状、代号及用途 二、砂轮形状三三. 砂轮的标记砂轮的标记形状形状尺寸尺寸磨料磨料粒度号粒度号硬度硬度组织号组织号结合结合剂剂最高线速度最高线速度形状(平行砂轮 )例：例：P-3003075-A60L6V35外径厚度内径棕刚玉粒度号硬度组织号结合剂最高线速度四、砂轮的使用1、砂轮的平衡引起砂轮不平衡的原因： 是砂轮几何尺寸不对称，砂轮各部分密度不均匀以及安装偏芯等。不平衡的砂轮在高速运转时，会产生振动，从而影响磨削质量。 平衡砂轮的方法：在砂轮法兰盘的环行槽内装入几块平衡块，通过调整平衡块的位置使砂轮的重心与它的回转轴线重合2 2、砂轮的修整、

10、砂轮的修整 砂轮用过一段时间后，会由于切屑和碎磨粒的堵塞而使切削能力下降，同时由于圆周表面损耗不均匀会使砂轮丧失形状精度，此时需对砂轮进行修整，切去表面上一层磨料，使砂轮表面重新露出光整锋利磨粒，以恢复砂轮的切削能力与外形精度。常用的修整工具有：大颗粒金刚石笔，多粒细碎金刚石笔，金常用的修整工具有：大颗粒金刚石笔，多粒细碎金刚石笔，金刚石滚轮等。刚石滚轮等。金刚石具有很高的硬度和耐磨性，是修整砂轮的主要工具。4.6.2、磨削加工的类型和磨削运、磨削加工的类型和磨削运动动一、类型：按砂轮和工件的位置不同，磨削一、类型：按砂轮和工件的位置不同，磨削 可大致分为：可大致分为： 外圆磨削外圆磨削 平面

11、磨削平面磨削 内圆磨削内圆磨削 各种磨削加工见图1. 磨削的主运动：砂轮的回转运动磨削的主运动：砂轮的回转运动主运动速度（即砂轮外圆的线速度）称磨削速度，用主运动速度（即砂轮外圆的线速度）称磨削速度，用s表示表示 Vs=nsds/1000 式中式中 ds砂轮直径，砂轮直径，mm; ns砂轮转速，砂轮转速，r/s. 二、磨削运动二、磨削运动2、磨削进给运动一般有三种、磨削进给运动一般有三种（1）. 砂轮径向进给运动：砂轮切入工砂轮径向进给运动：砂轮切入工件的运动件的运动进给量以工作台每双（单）行程内砂轮切入工件的深度进给量以工作台每双（单）行程内砂轮切入工件的深度（磨削深度）（磨削深度）fr表示

12、。表示。 mm/单行程或单行程或mm/双行程双行程（2）. 工件轴向进给运动：工件工件轴向进给运动：工件相对砂轮沿轴向的运动相对砂轮沿轴向的运动轴向进给量以轴向进给量以a表示，是指工件每转一转工件相对于砂轮的表示，是指工件每转一转工件相对于砂轮的轴向移动距离，单位为轴向移动距离，单位为mm/r或或mm/str。有时还用轴向进给速。有时还用轴向进给速度度a表示，单位为表示，单位为mm/s。 a=nfa(3). 工件的圆周进给运动：外圆磨削为工件的工件的圆周进给运动：外圆磨削为工件的回转运动回转运动进给速度为工件线速度进给速度为工件线速度vwvw=dwnw/1000式中式中 dw工件直径，工件直径

13、，mm； nw工件转速，工件转速，r / s; 常用磨削用量见表4-5(P70) 三、磨削力三、磨削力1. 来源来源一是磨削过程中工件材料发生弹性和塑性变形时所产生的阻力；二是磨粒与工件表面之间的摩擦力。2. 分解分解 把磨削力分解为相互垂直的三个分力：切削力Fc、背向力Fp和进给力Ff(图）。3. 磨削力的主要特征磨削力的主要特征v单位磨削力很大；单位磨削力很大；v三向分力中背向力三向分力中背向力Fp最大。最大。4. 影响磨削力的因素影响磨削力的因素砂轮速度砂轮速度v砂砂 单位时间内参与切削的磨粒数量单位时间内参与切削的磨粒数量 每个磨每个磨粒的切削厚度粒的切削厚度 磨削力磨削力。工件速度工

14、件速度vw、fa 单位时间内磨去的金属量单位时间内磨去的金属量 每个磨粒每个磨粒的切削厚度的切削厚度磨削力磨削力；径向进给量径向进给量fr 每个磨粒的切削厚度每个磨粒的切削厚度、砂轮与工件的磨、砂轮与工件的磨削接触弧长削接触弧长 同时参与磨削的磨粒数同时参与磨削的磨粒数 磨削力磨削力；砂轮磨损砂轮磨损磨削力磨削力 。1.1.磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料 外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料。但对于外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料。但对于塑性很大、硬度很低的有色金属及其合金，一般不宜磨削，塑性很大、硬度很低的有色金属及其合金，一般不宜磨削，而多采用刀具切削精加工而多采用刀具切削精加工2.2.能获得很高的加工精度和低的表面粗糙度能获得很高的加