轴承超精基础知识

掌握球轴承超精技术制造部12月1日第一页，共二十三页。砂轮的基础理论§１．砂轮的基础理论砂轮是由许多刀刃（砂粒）所组成的结合体。与利用单一车刀对工件进行加工的车削加工相比，用砂轮进行加工的方法被称为研磨加工，即用许多的刀刃对工件进行加工。对精度要求高的产品，比如汽车，轴承，光纤制品等领域的产品加工，均采用砂轮进行研磨加工。第二页，共二十三页。砂轮的组织结构

砂轮由砂粒・結合剂・气孔三部分组成。

砂粒是砂轮的刀刃，对工件进行研磨。结合剂是将砂粒固定，维持砂轮的形状。气孔的作用是排除切削碎屑及起到冷却作用以防止过热。砂粒砂粒气孔结合剂第三页，共二十三页。砂粒的种类(1)熔化铝金属系列砂粒A因含有氧化钛，故具有强韧的高強度、可适用的研磨加工范围较广｡ＡＬ2Ｏ3的纯度在99.6%以下WA为高純度的铝材质，具有良好的切削性能，为白色的砂粒。ＡＬ2Ｏ3的纯度在99.7%以上32A是由未经过机械性粉碎来制作的砂粒组成具有非常高的韧性。PW为含有氧化铬的砂粒、耐热冲击性能很好适用于加工不锈钢材料的工件。第四页，共二十三页。砂粒的种类(2)碳化硅系列砂粒GC具有高强度低韧性的特点、砂粒具有微小破碎的效果可以得到非常好的加工面。

混合砂粒

19A等为了最大限度地发挥各种材质的砂粒所具有的特性而混合加工成的、根据加工方法等不同进行不同的配方。第五页，共二十三页。结合剂（１）以天然的长石，陶石等为主要原料，利用高温烧结的方式将砂粒坚硬的结合在一起。砂粒以桥结构互相结合，具有非常高的硬度，基本上没有弹性。桥结构具有很高的研磨能力，可以得到很好的研磨面。最适用于对研磨工件进行精密加工，其结构的示意图如下熔化后的结合剂与砂粒的表面发生反应形成牢固的桥结构。气孔砂粒结合剂桥结构示意图第六页，共二十三页。结合剂（２）砂粒以桥结构结合，产生砂轮的三大组成部分之一的气孔，并且作为研磨刀刃的砂粒露出砂轮表面的量要比其他的结合剂来得多。桥结构的桥的粗细，长短会影响研磨的切削度及加工粗细。桥长的话，即表示砂粒间的距离长，切削得快。桥细的话，砂粒的突出量较多，结合剂与被研磨的工件之间的摩擦减少，可以有充分的研磨能量传递到被加工工件上。桥的强度，形状等物理特性是选择结合剂的重要因素之一，与砂粒的反应性（湿性）等化学特性也不能无视。另外，烧结过程中的热膨胀，伸缩等性能在选择结合剂也需要充分考虑。第七页，共二十三页。气孔对工件进行研磨的最重要部分是砂粒，固定砂粒的是结合剂。与砂粒，结合剂相比起到辅助作用的是气孔，因为气孔的存在使砂轮发挥更好的性能。气孔的作用是抑制工件研磨时的发热及除去研磨碎屑，气孔的大小及数量会对砂轮的性能造成很大的影响。

自然气孔指砂粒，结合剂在混合，搅拌，烧结的过程中自然生成的气孔。砂粒与结合剂进行混合搅拌及整形后，原料的砂粒与砂粒，砂粒与结合剂，结合剂与结合剂之间会产生空间，这就是气孔。第八页，共二十三页。研磨砂轮（１）研磨砂轮指的是用结合剂将作为刀刃的砂粒紧密的结合成固体，与加工工件接触用于研磨（除去金属）的物体。研磨量砂粒结合剂对金属进行研磨的过程中，砂粒起到刀刃的作用，砂粒不会发生脱落。随着研磨掉金属的量的增加，对刀刃的负担（负荷及热冲击）增多，引起刀刃的钝化。砂轮是由许许多多的砂粒（刀刃）所组成的，虽然少量的刀刃有些钝化，剩下的砂粒仍保持对工件的研磨能力。但是，在砂轮表面的砂粒均钝化后就会影响研磨效果，发生加工精度的恶化现象。砂粒的刀刃处于锋利状态，具有高的研磨能力为了改善砂粒的钝化引起的研磨效果下降现象，可以进行修整（使新的砂粒露出表面）。第九页，共二十三页。研磨砂轮（２）砂轮切削原理图结合剂研磨砂粒第十页，共二十三页。修整修整指的是整形，研磨工件等工序中所损耗的砂粒，利用钻石等将砂轮表面的砂粒重新恢复到可以正常研磨工件的状态的工序。残留着修整时所产生的碎屑磨损后的刀刃修整前的砂粒的刀刃处于钝化状态，其切削度不好。修整后虽然刀刃已经修理整齐，但是修整碎屑卡在刀刃之间，切削度仍然会感觉到未被改善。随着研磨使用的开始，卡在刀刃之间的碎屑被除去，切削度也会随之被改善。①修整之前

②修整之后③研磨加工开始后修整为正常状态的刀刃残留着修整时所产生的碎屑磨损后的刀刃砂轮修整过程第十一页，共二十三页。研磨液研磨液（冷却液）的作用是抑制研磨的发热（抑制工件的热变形，对砂粒刀刃进行冷却），除去研磨碎屑，提高研磨效率及加工精度。a)油性研磨液 抑制研磨热的效果良好，容易渗透入砂粒与工件之间（接触面），提高切削度及加工精度。b)水性研磨液抑制研磨热效果及渗透效果不如油性研磨液，但是没有着火的危险，研磨后的工件清洗也容易。（但是，必须注意浓度的管理）第十二页，共二十三页。一、超精加工的作用1、降低沟道表面粗糙度值；2、降低沟道的圆度、波纹度；3、提高沟道截面的几何精度；4、改善沟道表面的物理力学性能。第十三页，共二十三页。二、超精研的特点

超精研是指在良好的润滑条件下，工件以一定的速度旋转，同时用细粒度的油石以一定的压力压向工件加工表面，并且在垂直于工件旋转方向作往复振荡运动的一种加工方法。具有以下特点：1）能有效地减少波纹度2）改善沟道的沟形误差3）能使被超精表面产生压应力4）降低沟道表面粗糙度5）能使沟道工作表面的接触面积增加第十四页，共二十三页。三、超精加工过程分析超精加工一般可分为三个阶段：1、切削阶段2、半切削阶段3、光整阶段第十五页，共二十三页。四、超精加工工艺参数的分析与选择1）切削角切削角指加工表面上某点的切削速度方向和该点的实际运动方向之间的夹角经验：

粗超加工时以去除磨削变质层和加工余量为主，切削角应该选择大，一般取20°~40°精超加工时以降低表面粗糙度值为主，切削角应该选择小，通常在5°~10°之间较为合适第十六页，共二十三页。四、超精加工工艺参数的分析与选择2）油石的振动频率油石振动频率的高低是决定超精加工效果的关键因素。振动频率高，磨粒对工件的切削次数增加，切削作用强，反之就弱。第十七页，共二十三页。四、超精加工工艺参数的分析与选择3）油石的振幅油石的振幅越大，切削作用越强，生产效率越高，但表面质量不好，不利于降低表面粗糙度值。经验：

在粗超时，切削作用要强，应选择较大的振幅，一般为3~5㎜；在精超时，为降低表面粗糙度，振幅应小一些，一般为1~3㎜。第十八页，共二十三页。四、超精加工工艺参数的分析与选择4）工件速度工件的圆周速度对超精加工也较大的影响，工件速度大时，切削角小，切削作用弱，有利于降低表面粗糙度。经验：

通常在切削阶段工件速度取15~20米/秒在精超加工时，为降低表面粗糙度，工件速度一般取25~35米/秒。第十九页，共二十三页。四、超精加工工艺参数的分析与选择5）油石压力

油石作用于工件表面上的压力越大，切削量就越大，加工效率就越高，但不利于降低工件的表面粗糙度，适合于粗超阶段；油石压力低，钝化的磨粒不易脱落，切削作用降低，磨粒的切削深度小，有利于降低工件表面的粗糙度，加工后工件表面质量较好，适合于精超阶段。经验：

一般粗超时，油石压力为0.2~0.6MPa，精超加工时，油石压力为0.15~0.2MPa.第二十页，共二十三页。五、超精加工质量分析常见表面质量问题产生原因表面粗糙度不好超精加工时间不够；油石压力过高；油石振动频率过高；加工工件转速过低。超精瘤：超精加工后在表面形成的大小形状不同的凸起颗粒，这主要是由于磨削微粒在瞬间高温高压的作用下烧结在被加工表面，它的存在增大了轴承的振动值，降低了使用寿命油石压力过高；超精加工前表面粗糙度过大；工件转速过高；切削润滑液冷却不充分；套圈磨削加工的剩磁过大丝子：超精加工后被加工表面产生的网状划痕油石杂质太多，粒度不均匀；切削液有杂质，冲洗不足彗星痕：超精加工过程中，由于个别较大金刚石颗粒脱落或堵塞于工件表面的低凹处，随着超精加工压力及工件的旋转形成彗星痕正确选择油石；降低油石压力砂轮花加工表面磨加工时砂轮花太粗；粗超精加工时工件转速太高，粗超精加工时间太短；粗超精加工时油石压力太小；油石摆角过小第二十一页，共二十三页。六、超精常见几何精度问题及产生原因常见几何精度问题产生原因Vdip、Vdep、Ki、Ke、Si、Se过大工件偏心量过小，导致工件旋转不稳定，径向跳动过大；油石摆动中心与套圈沟道曲率中心不重合；工件定位时端面支承面上有杂物，导致端面轴向窜动量过大；磨削工序几何精度不好；工件经过多次返修圆度、波纹度不好工件偏心量过小；精超加工工件转速过大，引起机床振动；油石宽度不够，包角过小；磨削工序圆度、波纹度过大超精加工后沟道曲率不好摆动中心与沟道曲率中心不重合；油石宽度过大，包角过大第二十二页，共二十三页。内容梗概掌握球轴承超精技术。气孔的作用是排除切削碎屑及起到冷却作用以防止过热。A因含有氧化钛，故具有强韧的高強度、可适用的研磨加工范围较广｡ＡＬ2Ｏ3的纯度在99.6%以下。32A是由未经过机械性粉碎来制作的砂粒组成具有非常高的韧性。PW为含有氧化铬的砂粒、耐热冲击性能很好适用于加工不锈钢材料的工件。砂粒以桥结构互相结合，具有非常高的硬度，基本上没有弹性。桥结构具有很高的研磨能力，可以得到很好的研磨面。熔化后的结合剂与砂粒的。桥结构的桥的粗细，长短会影响研磨的切削度及加工粗细。桥长的话，即表示砂粒间的距离长，切削得快。另外，烧结过程中的热膨胀，伸缩等性能在选择结合剂也需要充分考虑。但是，在砂轮表面的砂粒均钝化后就会影响研磨效果，发生加工精度的恶化现象。砂粒的刀刃处于锋利状