精密磨削和超精密磨削

1、第三章第三章精密磨削和超精密磨削精密磨削和超精密磨削第一节第一节 概述概述所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒磨粒和和微粉微粉对黑对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。度值。一、一、精密和超精密磨料加工方法分类精密和超精密磨料加工方法分类固结磨料加工固结磨料加工：将磨料或微粉与结合剂粘合在一起，形成一定的形状将磨料或微粉与结合剂粘合在一起，形成一定的形状并具有一定强度，再采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂轮、砂条、并具有一定强度，再采用烧结、粘接、涂敷等方法形成

2、砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。油石、砂带等磨具。精密和超精密砂轮磨削精密和超精密砂轮磨削：1）精密砂轮磨削：砂轮的粒度）精密砂轮磨削：砂轮的粒度6080，加工精度加工精度1m，Ra0.025m；2）超精密砂轮磨削：砂轮的粒度）超精密砂轮磨削：砂轮的粒度W40W50，得加工精度，得加工精度0.1m， Ra0.0250.008m。精密和超精密砂带磨削精密和超精密砂带磨削：1）精密砂带磨削：砂带粒度）精密砂带磨削：砂带粒度W63W28，加工精度加工精度1m，Ra0.025；2）超精密砂带磨削：砂带粒度）超精密砂带磨削：砂带粒度W28W3，加工精度加工精度0.1m，Ra0.0250.008m。游离磨料

3、加工游离磨料加工：磨料或微粉不是固结在一起，而是成游离状态。传统：磨料或微粉不是固结在一起，而是成游离状态。传统方法：研磨和抛光新方法：磁性研磨、弹性发射加工、液体动力抛光、方法：研磨和抛光新方法：磁性研磨、弹性发射加工、液体动力抛光、液中研抛、磁流体抛光、挤压研抛、喷射加工等。液中研抛、磁流体抛光、挤压研抛、喷射加工等。二、精密和超精密砂轮磨料磨具二、精密和超精密砂轮磨料磨具1.1.磨料及其选择磨料及其选择: :1)普通磨料：包括碳化物系，如碳化硼、碳化硅、刚玉系；普通磨料：包括碳化物系，如碳化硼、碳化硅、刚玉系；2）超硬磨料系：包括金刚石，如天然金刚石和人造金刚石、立方氮化硼。）超硬磨料系

4、：包括金刚石，如天然金刚石和人造金刚石、立方氮化硼。超硬磨粒优越性：磨具在形状和尺寸上易于保持，使用寿命高，磨削精度高；超硬磨粒优越性：磨具在形状和尺寸上易于保持，使用寿命高，磨削精度高；磨料本身磨损少，可较长时间保持切削性，修整次数少，易于保持精度；磨削磨料本身磨损少，可较长时间保持切削性，修整次数少，易于保持精度；磨削时，一般工件温度较低，可减小内应力、裂纹和烧伤等缺陷；能加工各种高硬时，一般工件温度较低，可减小内应力、裂纹和烧伤等缺陷；能加工各种高硬的难加工材料，可磨削陶瓷、光学玻璃、宝石、硬质合金以及高硬度合金钢、的难加工材料，可磨削陶瓷、光学玻璃、宝石、硬质合金以及高硬度合金钢、耐热

5、钢、不锈钢等。耐热钢、不锈钢等。2.2.磨料粒度及其选择磨料粒度及其选择：多选用：多选用180180240240普通磨料、普通磨料、170/200170/200325/400325/400超超硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。3.3.结合剂及其选择结合剂及其选择：将磨料粘合在一起，形成一定的形状，并有一定的强度。将磨料粘合在一起，形成一定的形状，并有一定的强度。树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂。树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂。4.4.组织和浓度及其选择组织和浓度及其选择：普通磨具中磨料的含量用组织表示，超硬磨具中磨普通磨具中磨料的含量用组织表示，超硬磨具中磨料的

6、含量用浓度表示。成形磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削选用高质量浓料的含量用浓度表示。成形磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削选用高质量浓度；半精磨、精磨选用细粒度、中质量浓度；高精度、低表面粗糙度值的精密度；半精磨、精磨选用细粒度、中质量浓度；高精度、低表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削选用细粒度、低质量浓度。磨削和超精密磨削选用细粒度、低质量浓度。5.5.硬度及其选择：硬度及其选择：普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。超硬磨具无硬度项普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。超硬磨具无硬度项指标。指标。6.6.磨具的强度磨具的强度：高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。高速回转时，抵抗因离心力的作用而自

7、身破碎的能力。7.7.磨具的形状和尺寸及其基体材料磨具的形状和尺寸及其基体材料：根据机床规格和加工情况选择磨具根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。的形状和尺寸。基体材料与结合剂有关，金属结合剂磨具多采用铁或铜合金；树脂结合基体材料与结合剂有关，金属结合剂磨具多采用铁或铜合金；树脂结合剂磨具采用铝及合金或电木；陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。剂磨具采用铝及合金或电木；陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。三、精密和超精密涂覆磨具三、精密和超精密涂覆磨具1.1.涂覆磨具分类涂覆磨具分类：2.2.涂覆磨料及粒度涂覆磨料及粒度: :棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉、黑色碳棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉、黑色碳化硅

8、、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石等。涂覆磨料的粒度无化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石等。涂覆磨料的粒度无论磨粒还是微粉，都用论磨粒还是微粉，都用P P字粒度号表示。字粒度号表示。3.3.粘接剂粘接剂: :又称胶，作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。又称胶，作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。动物胶动物胶：皮胶、明胶、骨胶等。用于轻切削的干磨和油磨。（溶：皮胶、明胶、骨胶等。用于轻切削的干磨和油磨。（溶于水）于水）树脂树脂：醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂等。用于难磨：醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂等。用于难磨材料或复杂形面的磨削或抛光。（易溶于有机溶剂）材料或复杂形面的磨削或抛光。（

9、易溶于有机溶剂）高分子化合物高分子化合物：聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。（粘接性能好、：聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。（粘接性能好、耐湿、有弹性，成本高）耐湿、有弹性，成本高）a)a)重力落砂法重力落砂法:一般砂纸、纱布均用此法一般砂纸、纱布均用此法b)b)涂覆法涂覆法:一般塑料膜材料的一般塑料膜材料的基底砂带都用此法。精密和基底砂带都用此法。精密和超精密加工中所用的涂覆磨超精密加工中所用的涂覆磨具多用涂覆法制作。具多用涂覆法制作。4.4.涂覆方法涂覆方法: :c)c)静电植砂法静电植砂法:沙粒尖端朝上，沙粒尖端朝上，砂带切削性强，等高性好，加砂带切削性强，等高性好，加工质量好。工质量好。第第2

10、2节节 精密磨削精密磨削一、精密磨削机理一、精密磨削机理精密磨削主要靠砂轮的精细修整，使磨粒具有精密磨削主要靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性微刃性和等高性，磨削后，被加工表面，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精度和小表面粗糙度表面。磨削机理归纳为如下几点：度和小表面粗糙度表面。磨削机理归纳为如下几点：1. 微刃的微切削作用微刃的微切削作用用较小的修整速度和修整深度精细修整砂轮，使磨粒微细破碎而产生微刃用较小的修整速度和修整深度精细修整砂轮，使磨粒微细破碎

11、而产生微刃2. 微刃的等高切削作用微刃的等高切削作用分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多、等高性好，使加工表面的残分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多、等高性好，使加工表面的残留高度极小。留高度极小。3. 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用微刃的滑挤、摩擦、抛光作用锋利的微刃随时间钝化，等高性得到改善。磨削区的高温使金属软化，锋利的微刃随时间钝化，等高性得到改善。磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑擦和挤压将工件表面凸峰辗平，表面粗糙度数值减小。钝化微刃的滑擦和挤压将工件表面凸峰辗平，表面粗糙度数值减小。二、精密磨削砂轮选择二、精密磨削砂轮选择精密磨削时所用砂轮的选择以易产生和保持精密磨削时所用砂

12、轮的选择以易产生和保持微刃及其等高性微刃及其等高性为原则。为原则。 磨削钢件及铸铁件时，采用磨削钢件及铸铁件时，采用刚玉磨料刚玉磨料（韧性较高、能保持微刃性和（韧性较高、能保持微刃性和等高性）较好等高性）较好，单晶刚玉最好，白刚玉、铬刚玉应用最普遍。，单晶刚玉最好，白刚玉、铬刚玉应用最普遍。碳化硅磨碳化硅磨料料韧性差，颗粒呈针片状，修整时难以形成等高性好的微刃，磨削时，韧性差，颗粒呈针片状，修整时难以形成等高性好的微刃，磨削时，微刃易产生微细破裂，不易保持微刃性和等高性。微刃易产生微细破裂，不易保持微刃性和等高性。 砂轮的粒度砂轮的粒度可选择粗粒度和细粒度两类可选择粗粒度和细粒度两类。粗粒度经

13、过精细修整，微。粗粒度经过精细修整，微刃切削作用是主要的；细粒度经过精细修整，半钝态微刃在适当压力下刃切削作用是主要的；细粒度经过精细修整，半钝态微刃在适当压力下与工件表面的摩擦抛光作用比较显著，可以得到质量更高的加工表面和与工件表面的摩擦抛光作用比较显著，可以得到质量更高的加工表面和砂轮使用寿命。砂轮使用寿命。 结合剂结合剂选择树脂类较好，加入石墨填料可加强摩擦抛光作用选择树脂类较好，加入石墨填料可加强摩擦抛光作用。对粗。对粗粒度砂轮也可用陶瓷结合剂，加工效果也不错。粒度砂轮也可用陶瓷结合剂，加工效果也不错。三、精密磨削时的砂轮修整三、精密磨削时的砂轮修整砂轮修整是精密磨削的关键，有砂轮修整

14、是精密磨削的关键，有单粒金刚石修整、单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结型修整器修整金刚石粉末烧结型修整器修整和和金刚石超声波修金刚石超声波修整整等。等。砂轮的修整用量有修整速度、修整深度、修整次砂轮的修整用量有修整速度、修整深度、修整次数和光修次数数和光修次数。修整速度越小工件表面粗糙度。修整速度越小工件表面粗糙度值越小，但太小工件易烧伤，一般为值越小，但太小工件易烧伤，一般为1015mm/min，修整深度为，修整深度为2.5m/单行程，精修次单行程，精修次数数23次，光修次数次，光修次数1次单行程（光修是无修整次单行程（光修是无修整深度修整，是为了去除砂轮表面个别突出微刃）。深度修整，是为了去除

15、砂轮表面个别突出微刃）。修整器低于砂轮中心修整器低于砂轮中心0.5-0.5-1.5mm1.5mm，向上倾斜，向上倾斜1010- -1515（此时金刚石受力小，（此时金刚石受力小，使用寿命长）使用寿命长）四、精密磨床四、精密磨床 精密磨削要在精密磨床上进行。精密磨床应满足的要求：精密磨削要在精密磨床上进行。精密磨床应满足的要求： 1 1、高几何精度、高几何精度：主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度，以保证：主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度，以保证工件的几何形状精度要求，主轴轴承一般采用动压和动静压组合轴承。工件的几何形状精度要求，主轴轴承一般采用动压和动静压组合轴承。 2 2、低速进给运动的稳定

16、性、低速进给运动的稳定性：要求无爬行和冲击现象，能平稳工作。：要求无爬行和冲击现象，能平稳工作。特殊设计液压系统，采取排除空气、低流量节流阀、工作台导轨压力特殊设计液压系统，采取排除空气、低流量节流阀、工作台导轨压力润滑。润滑。 3 3、减少振动：、减少振动： 1）电动机的转子应进行动平衡，电动机与砂轮架之）电动机的转子应进行动平衡，电动机与砂轮架之间进行隔振；间进行隔振；2）砂轮要进行动平衡；）砂轮要进行动平衡； 3）精密磨床最好安装在防振）精密磨床最好安装在防振地基上。地基上。五、精密磨削用量五、精密磨削用量1.1.砂轮速度砂轮速度: :一般在一般在151530m/s30m/s，速度提高，切削作用增强，对粗糙，速度提高，切削作用增强，对粗糙度不利。度不利。2.2.工作速度工作速度: :一般在一般在6 612m/min12m/min。速度较高，易产生振动；较低易产。速度较高，易产生振动；较低易产生烧伤和螺旋形等缺陷。生烧伤和螺旋形等缺陷。3.3.工件纵向进给量工件纵向进给量: :一般为一般为5050100mm/min100mm/min或或0.06-0.5mm/r0.06-0.5mm/r。不易过。不易过大，过大会产生烧伤、螺旋形、多角形等缺陷。大，过大会产生烧伤、螺旋形