砂轮与磨削课件

项目十二砂轮与磨削电子课件目录任务1

砂轮概述任务2

磨削过程与磨削表面质量任务3

先进磨削方法任务1切削变形任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志砂轮是由磨料加结合剂压制成一定形状后再烧结的工艺方法制成的多孔体，如图12-1所示为砂轮的构造图。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。砂轮的特性由五个因素来决定：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮图12-1砂轮的构造任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志一、磨料常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨科系三类。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。常用磨料的特点及应用范围见表12-1所示。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志表12-1常用磨料的特点及应用类别磨料名称代号颜色硬度韧性应用范围刚玉类棕刚玉GZ(A)棕褐色低

高大

小磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁等白刚玉GB(WA)白色磨削淬火钢、高速钢、高碳钢等单晶刚玉GD(SA)浅黄或乳白磨削不锈钢、高钒高速钢及其它难加工材料铬刚玉GG(PA)紫红色磨削淬硬高速钢、高强度钢、特别适用于成形活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志磨削碳化硅类黑色碳化硅TH(C)黑色磨削铸铁、黄铜、耐火材料及非金属材料绿色碳化硅TL(GC)绿色磨削硬质合金、宝石、陶瓷、玻璃等高硬磨料立方氮化硼CBN黑色磨削各种高温合金，高钼、高钒、高钴钢、不锈钢等人造金刚石MBDRVD乳白色磨削硬质合金、光学玻璃、宝石、陶瓷等硬度材料活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志二、粒度粒度表示磨粒的大小程度。以磨粒刚能通过的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。当磨粒的直径小于40μm时，这些磨粒称为微粉。它的粒度以微粉的尺寸大小来表示。如尺寸为28μm的微粉，其粒度号标为W28。如表12-2所示为常用磨粒的粒度、尺寸及应用范围。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志磨粒粒度对磨削生产率和加工表面粗糙度有很大的影响。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。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志表12-2常用磨粒的粒度、尺寸及应用范围活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志三、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。结合剂的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性和耐热性，同时，其对磨削温度和磨削表面质量也有一定的影响。常用的砂轮结合剂有：活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志1、陶瓷结合剂(Vitrified，代号V)陶瓷结合剂的特点是化学性质稳定，耐水、耐酸、耐热和成本低，但较脆。所以除切断砂轮外，大多数砂轮都是采用陶瓷结合剂。它所制成的砂轮线速度一般为35m／s。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志2、树脂结合剂(Bakelite，代号B)树脂结合剂的强度高，弹性好，故多用于高速磨削、切断和开槽等工序，也用于制作荒磨砂轮、砂瓦等。但是，树脂结合剂的耐热性差，当磨削温度达200—300℃时，它的结合能力便大大降低。利用它强度降低时磨粒易于脱落而露出锋利的新磨粒(自砺)的特点，在一些对磨削烧伤和磨削裂纹特别敏感的工序(如磨薄壁件、超精磨或刃磨硬质合金等)都可采用树脂结合剂。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志3、橡胶结合剂(Rubber，代号R)橡胶结合剂多数采用人造橡胶。橡胶结合剂比树脂结合剂更富有弹性，可使砂轮具有良好的抛光作用。多用于制作无心磨床的导轮和切断、开槽及抛光砂轮。但不宜于用作粗加工砂轮活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志4、金属结合剂(Metal，代号M)常见的是青铜结合剂，主要用于制作金刚石砂轮。青铜结合剂金刚石砂轮的特点是型面的成型性好，强度高，有—定韧性，但自砺性较差。主要用于粗磨、半精磨硬质合金以及切断光学玻璃、陶瓷、半导体等活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志四、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。砂轮硬度等级及代号如表12-3所示。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。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志选用砂轮时，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，应注意参照以下原则：活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志1、工件硬度工件材料越硬，砂轮硬度应选得软些；工件材料越软，砂轮的硬度应选得硬些。2、加工接触面砂轮与工件的接触面大时，应选用软砂轮；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。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志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，其硬度应选低一些的，以免砂轮表面组织被磨屑堵塞。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志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。在机械加工中，常用的砂轮硬度是软2（H）至中2（N）。荒磨钢锭及铸件时可用中硬（2Q）的砂轮。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志表12-3砂轮硬度等级及代号活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志五、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，通常以磨粒所占砂轮的百分比来分级。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。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志砂轮组织的级别可分为紧密、中等、疏松三大类别，如图12-2所示。细分可分为15级，如表12-4所示。组织号越小，磨粒所占的比例越大，砂轮越致密。砂轮疏松则不易堵塞，并可把切削液或空气带入切削区，降低磨削温度，但过分疏松则磨粒含量小，容易磨钝和失去正确的廓形。故粗磨时应采用疏松砂轮，精磨时应采用组织教紧密的砂轮。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志表12-4砂轮组织号活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志一、砂轮形状根据机床结构与磨削加工的需要，砂轮制成各种形状与尺寸，常用砂轮名称、形状简图、代号和主要用途如表12-5所示。砂轮的形状和尺寸是根据磨床类型、加工方法及工件的加工要求来确定的。砂轮的外径应尽可能选得大些，以提高砂轮的圆周速度，这样对提高磨削加工生产率与表面粗糙度有利。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志此外，在机床刚度及功率许可的条件下，如选用宽度较大的砂轮，同样能收到提高生产率和降低粗糙度的效果，但是在磨削热敏性高的材料时，为避免工件表面的烧伤和产生裂纹，砂轮宽度应适当减小。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志由于更换一次砂轮很麻烦，因此，除了重要的工件和生产批量较大时，需要按照以上所述的原则选用砂轮外，一般只要机床上现有的砂轮大致符合磨削要求，就不必重新选择，而是通过适当地修整砂轮，选用合适的磨削用量来满足加工要求活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志由于更换一次砂轮很麻烦，因此，除了重要的工件和生产批量较大时，需要按照以上所述的原则选用砂轮外，一般只要机床上现有的砂轮大致符合磨削要求，就不必重新选择，而是通过适当地修整砂轮，选用合适的磨削用量来满足加工要求活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志表12-5常用砂轮形状、代号及主要用途活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志二、尺寸和标志砂轮的特性均标记在砂轮的侧面上，其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。例如：外径300mm，厚度50mm，孔径75mm，棕刚玉，粒度60，硬度L，5号组织，陶瓷结合剂，最高工作线速度35m/s的平行砂轮，其标记为：砂轮1-300×50×75-A60L5V-35m/s。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志一、人造金刚石砂轮人造金刚石砂轮是以人造金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制成的中央有通孔的圆形固结磨具称作人造金刚石砂轮(合金砂轮），生产中一般直接称为金刚石砂轮。1、金刚石砂轮的结构金刚石砂轮结构一般由工作层、基体、过渡层三部分组成，如图12-3所示。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志工作层又称金刚石层，由磨料、结合剂和填料组成，是砂轮的工作部分。过渡层又称非金刚石层，由结合剂、金属粉和填料组成，是将金刚石层牢固地连接在基体上的部分。基体用于承接磨料层，并在使用时用法兰盘牢固地夹持在磨床主轴上。一般金属结合剂制品选用钢材、合金钢粉作基体；树脂结合剂选用铝合金、电木作基体。砂轮成型质量的好坏和使用精度的高低都与基体有很大关系。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮图12-3金刚石砂轮的结构任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志2、金刚石砂轮的用途由于金刚石磨料所具有的特性（硬度高、抗压强度高、耐磨性好），使金刚石磨具在磨削加工中成为磨削硬脆材料及硬质合金的理想工具，不但效率高、精度高，而且粗糙度好、磨具消耗少、使用寿命长，同时还可改善劳动条件。因此广泛用于普通磨具难于加工的低铁含量的金属及非金属硬脆材料，如硬质合金、高铝瓷、光学玻璃、玛瑙宝石、半导体材料、石材等。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志3、金刚石砂轮的分类金刚石砂轮按结合剂可分为：树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮（青铜结合剂金刚石砂轮）金刚石砂轮按生产工艺可分为：烧结式金刚石砂轮（树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮）；电镀金刚石砂轮；钎焊金刚石砂轮。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志金刚石砂轮按磨削方式可分为：磨钻石用金刚石砂轮；磨硬质合金用金刚石砂轮（金刚石刀磨砂轮）;磨金刚石复合片用金刚石砂轮；无芯磨床用无心磨金刚石砂轮；磨陶瓷制品用金刚石砂轮；切割用金刚石砂轮（也被称为金刚石切割片）；金刚石锯片。金刚石砂轮按外观或形状可分为：平行砂轮；筒形砂轮；杯形砂轮；碗形砂轮；碟形砂轮；磨边砂轮；磨盘等。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志4、金刚石砂轮的新发展金刚石砂轮是磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料特效工具。近几年来，随着高速磨削超精密磨削技术迅速发展，对砂轮提出了更高要求，陶瓷树脂结合剂砂轮已不能满足生产需要。金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而生产得到了广泛应用。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志金属结合剂金刚石砂轮按制造方式不同主要有有烧结、电镀两种类型。为了充分发挥超硬磨料作用，国外从20世纪90年代初开始用高温钎焊工艺开发一种新型砂轮，即单层高温钎焊超硬磨料砂轮，目前国内这种砂轮还处于研制开发阶段。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志二、立方氮化硼砂轮1、概述立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的，是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。立方氮化硼(CBN)磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提高工件的磨削质量。立方氮化硼(CBN)的使用是对金属加工的一大贡献，导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次飞跃。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志2、立方氮化硼砂轮主要特点（1）热稳定性好：虽然它的硬度比金刚石略低，但其耐热性(1400℃)比金刚石(800℃)高出许多，当磨削出现火花时，仍能保持其优良的磨削性能。（2）化学惰性强：立方氮化硼砂轮不易和铁族元素产生化学反应，特别适合于磨削既硬又韧的钢材，故适于磨削各种高速钢、工具钢、高合金淬硬钢、铬钢、镍合金、粉末冶金钢和高温合金等高温硬度高、热传导率低的材料。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志（3）立方氮化硼砂轮寿命长，在整个切削过程中能保持其较好的切削性能，因此有利于实现加工自动化。（4）磨削效率高：立方氮化硼砂轮线速度可达到30m/s～50m/s及以上速度，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5～10倍。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志（5）加工表面质量好，工件耐用度提高：由于立方氮化硼砂轮磨削时切削锋利，磨削力小，磨削能获得较高的尺寸精度与较低的表面粗糙度，加工表面不易产生裂纹和烧伤，残余应力小，提高了工件的抗压抗疲劳强度，工件的耐用度因此提高10%～30%。砂轮的弹性模量大，热膨胀小，韧性好，砂轮变形小，形状保持性好，可获得精确尺寸和表面光洁度好的加工件。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务1切削变形活动一砂轮特性要素活动二砂轮的形状、尺寸和标志（6）加工成本低：虽然立方氮化硼砂轮比普通材质砂轮价格较高，但具有加工效率高、表面质量好、寿命长、容易控制尺寸精度、辅助工时少、废品率低等优点，所以综合成本十分低廉。（7）立方氮化硼砂轮不宜磨削硬质合金及非金属硬材料，在磨削高温下，CBN磨粒遇碱性水溶液会发生化学反应，反应结果将使磨粒晶形破坏。所以立方氮化硼砂轮磨削时，只能选用油性冷却液，而不能用水基冷却液。活动三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮任务2磨削过程与磨削表面质量任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量一、磨削特点磨削加工的本质也是切削加工，但与切削加工相比，具有如下特点：1、磨削速度高，一般在30m/s～50m/s。磨削层变形大，温度高达1000℃，易产生烧伤和微裂纹。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量2、冷硬程度及能量消耗大磨粒切削刃和前后面极不规则，前角为很大的负值，后角较小，切削刃钝圆半径很大，如图12-4所示。磨削层材料会产生强烈的挤压变形。尤其当磨粒磨钝后且进给量很小时，金属变形更为严重，因此，磨削时金属单位体积消耗的能量比切削加工大的多，大约是切削加工的10～30倍。并且加工硬化也严重。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量3、单颗磨粒切削厚度极小而单位磨削力很大单颗磨粒切削厚度可达几个微米，单位磨削力很大，易于获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度。4、背向磨削力大背向磨削力远大于切向力，使工艺系统变形加剧，造成实际磨削深度小于名义磨削深度，严重影响加工精度和磨削过程的稳定性。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量尽管砂轮单个磨粒切除的材料很少，但因砂轮表层有大量的磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，因此总的磨削力仍相当大。5、磨粒有自励性磨粒在磨削力的作用下会自己开裂和脱落，从而形成新的切削刃，此现象称为磨粒的自励性或自锐性，自励性或自锐性对磨削加工有利。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量6、砂轮表面磨粒的分布是随机的砂轮表面磨粒的分布是随机的，有的磨粒高，有的磨粒低。高的称为有效磨粒，低的称为无效磨粒。各磨粒在磨削过程中的作用差别很大，使磨削过程复杂化。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量二、磨削过程概述任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量磨粒的形状如图12-5所示。磨粒形状各异，通过研究发现磨粒顶角通常90︒～120︒，负前角切削，尖部均有钝圆，基本上是以菱形八面体为最多。单个磨粒的切削过程大致可分为滑擦、耕犁、和切削三个阶段，如图12-6所示。砂轮的磨削过程，实际上就是滑擦、耕犁和切削三种作用的综合。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量磨削时，工件表面被砂轮滑擦、耕犁以及砂轮表面比较锋利且凸出的磨粒切削形成磨屑，磨屑尺寸细小而形状各异。有带状切屑、节状切屑和一些熔化后烧尽了的切屑灰烬，还有金属微尘等。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量图12-6磨粒切削过程任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量1、滑擦阶段磨粒仅在工件表面滑擦而过，只产生弹性变形没有切下切屑。2、耕犁阶段随着切削厚度的增大，磨粒切入工件表层，并且磨粒在工件表面滑移使得工件表面被划出沟痕，而且沟痕两侧产生隆起，这时工件表面已经产生塑性变形，但还没有切屑出现。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量3、切削阶段当磨粒挤入工件表层的深度达到某一临界值时，被切削的金属层在磨粒的挤压下明显的沿剪切面滑移，形成切屑沿前刀面流出，这个阶段称为切削阶段。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量其实，对于某些磨粒来说只经历以上三个阶段的一个或者两个阶段。可以说一些磨粒划擦而过，一些磨粒滑擦、耕犁造成隆起，还有一些磨粒能够切下切屑。高速滑擦、高速耕犁、高速切下切屑使温度很高，引起烧伤、裂纹。隆起使表面粗糙度变差，工件材料的硬度强度越高，隆起凸出量将越小。磨削速度对隆起有重要影响，速度越快隆起量越小。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量三、磨削过程的三个阶段

砂轮磨削过程可分为三个阶段，如图12-7所示。图12-7磨削过程的三个阶段任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量在磨削过程的初磨阶段，当砂轮开始接触工件时，由于工艺系统的弹性变形，实际磨削深度比磨床刻度盘显示的径向进给量小。工件、夹具、砂轮和磨床的刚性越差，初磨阶段就越长。当工艺系统弹性变形达到一定程度后，继续径向进给时，实际磨削深度基本等于径向进给量，那么磨削进入稳定阶段。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量当磨削掉主要加工余量后，由于工艺系统的弹性变形逐渐恢复，使实际磨削深度大于零。随着工件被磨削一层又一层，实际磨削深度趋近于零，磨削火花逐渐消失，这个阶段为清磨阶段，主要为了提高磨削精度和表面质量。因此，根据磨削过程的三个阶段，要提高生产率，应缩短初磨阶段和稳定阶段。要提高表面质量必须保持适当的清磨进给次数和清磨时间。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量一、磨削表面的微观不平度磨削表面的微观不平度一般都比普通切削为小，比较容易获得粗糙度小于Ra2μm～4μm的表面。由于砂轮及其轴承结构的改进、磨削技术的提高，故能进行粗糙度Rz0.1μm～0.2μm的镜面加工。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量工件磨削后的表面质量问题，关系到工件的耐磨性和使用寿命。而表面的粗糙度是影响耐磨性的重要因素。磨削表面粗糙度可在沿磨削速度方向及与它成90º的方向上来测量。在一般情况下，沿磨削速度方向测得的粗糙度很小，几乎可以忽略不计。但在砂轮组织较松或工件速度大时，该值就不可忽略了。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量在生产实际中，磨削表面微观不平度大的主要原因，往往是由于磨床主轴振动和磨粒切削刃的高度不一致。改进了磨床主轴轴承的结构、提高砂轮修整质量以及做好砂轮的动平衡之后，加工表面的微观不平度可能逐渐接近于理论值(如镜面磨削)任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量减小磨削表面粗糙度的主要措施：

1、采用粒度号数大的砂轮，可减小磨削表面粗糙度。

2、提高砂轮转速，降低工件转速使砂轮转速与工件转速的比值增大，也可显著减小磨削表面粗糙度。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量

3、采用直径较大的砂轮，有利于减小磨削表面粗糙度；同理，在磨削直径大的工件时表面粗糙度较小。

4、磨粒切削刃高度的等高性越好，则垂直于磨削方向所测量的不平度越小。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量二、磨削表面层金相组织的变化——磨削烧伤磨削烧伤表面所呈现的颜色是由于磨削热使工件表面产生氧化膜所反映的干涉颜色，即相当于所谓回火颜色。但回火是在较低温度、长时间加热的条件下进行的，而磨削烧伤则是在瞬时高温加热中产生的。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量淬火高速钢磨削后表面层硬度变化的情况：在离加工表面0.05mm的深度上，硬度很高，这是回火马氏体转变成奥氏体后，由于急冷的作用又转变为白色马氏体的缘故。再往深处，白色马氏体只在晶界上发展，其他都转为过回火组织，硬度逐渐下降。这种现象在0.1mm左右的深度最为严重。再往深处，过回火组织逐渐减少，硬度上升。到了0.175mm以后，因这部分金属末受磨削热的影响，金相组织没有变化，保持了原来工件基体的硬度。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量其他钢件磨削烧伤后表层硬度和组织变化情况，与高速钢的硬度变化大体相似，仅仅是它们的表层受磨削热的影响深度不同而已。不同工件材料的烧伤敏感程度各不相同。材料的碳或合金含量越高，则导热性越差，因此，即使磨削条件相同，但其磨削温度相对要高，容易烧伤；耐高温材料的高温强度高，磨削功率大，产生的磨削热多，则磨削温度高，故也容易烧伤。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量含碳量相同的材料，淬火硬度越高的，其马氏件—屈氏体越不稳定，磨削时，表面易变为珠光体。淬火后回火的材料，组织较稳定，故较不易烧伤(不易产生相变)。磨削烧伤会破坏工件表层组织，严重时也会产生裂纹，而使工件表面的质量恶化，严重地影响工件的耐磨性和使用寿命。因此，必须避免磨削烧伤任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量三、磨削表面层的残余应力残余张应力是零件在磨削后发生挠曲和形状时效变化的原因，并会因此而产生磨削裂纹，降低零件的疲劳度，应引起重视。产生磨削表面残余应力的主要原因是：相变引起金相组织的体积变化；温度引起的热胀冷缩和塑性变形的综合结果。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量磨削高碳钢时，容易出现残余张应力。减小轴向进给量，一般可以减少残余张应力。精磨时，轴向进给量小于0.025～0.03mm的情况下，径向进给量越小，则残余张应力越小。在精磨时，减少进给量和适当的光磨，对减少残余应力是行之有效的。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量对淬火45钢所进行的磨削残余应力的研究表明：淬火45钢若进行低温回火，并在磨削时注意使用切削液，则可获得残余压应力，故回火温度不宜太高，以免降低零件的耐磨性。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量四、磨削裂纹在磨削淬火钢、渗碳钢、硬质合金等工件时，常常在与磨削速度垂直的方向上发生微小龟裂，在严重的情况下发展成为龟壳状的裂纹。原因是磨削表面局部瞬时高温和随即又急剧冷却造成的热应力导致裂纹出现。工件表面裂纹尖端应力的奇异性和缺口的锐度效应，将降低零件的疲劳强度，甚至早期出现低应力脆性断裂。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量因此，一方面要设法避免裂纹产生，另一方面也应有适宜的检验方法(如采用铁粉法、荧光物质法等无损检测技术）来检查工件已加工表面质量。五、改善磨削表面层机械物理性能变化的途径由以上的分析可知：磨削时影响磨削表面质量的因素是多方面的，但影响磨削表面质量的主要因素是：磨削过程中的塑性变形和磨削热。因此，要提高磨削表面质量，就必须采取措施解决上述两个问题。任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量主要应采取两方面的措施：一是减少磨削热的产生，二是加速磨削热的传出。减少磨削热的办法是：减小径向进给量(生产中常常是一开始采用较大的径向进给量，最后几次进给量减小，并进行光磨)；选取较软的砂轮；减少工件和砂轮的接触面积(例如在端面磨时，将砂轮轴略微倾斜，使砂轮端面只有一部分与工件接触)；任务2磨削过程与磨削表面质量活动一磨削过程活动二磨削表面质量根据磨削要求合理选择砂轮的粒度；经常保持砂轮在锋利条件下磨削，并选择适宜的润滑性能较好的切削液，以减小磨粒与工件间摩擦等。加速磨削热传出的措施是：除了适当提高工件速度和轴向进给量外，主要是采用有效的冷却方法。为了提高冷却效果，可采用喷雾冷却、高压冷却和内冷却等。如果用内冷却方法，切削液应仔细过滤，以免堵塞砂轮。任务3先进磨削方法任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削一、深切缓进磨削概述深切缓进磨削又称深磨或蠕动磨削，是一种大切深（一次磨削深度达30mm）、缓进给（工件的横向进给速度为5～300mm/min）的高效磨削方法，可以代替车削或铣削，直接把铸件或锻件磨成合格的零件，具有生产率高、加工成本低等优点。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削缓进给磨削时，砂轮与工件边缘的接触次数少，受冲击机会较一般往复磨削少，可以延长砂轮的耐用度并保持其廓形精度。它特别适合于成型表面及各种沟槽的磨削，也适合于耐热合金等难加工材料。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削二、深切缓进磨削的特点

1、生产效率高它的磨削效率是普通磨削的几百倍到上千倍。磨削深度大、砂轮与接触的弧长很大，因此单位时间通过磨削区的磨粒数量是普通磨削的几百倍以上，从而可充分发挥机床和砂轮的潜力。它的加工效率可以和车削、铣削相比，单位小时的金属去除率，可达几百公斤。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削2、砂轮耐用度高深切缓进磨削时，砂轮以缓慢的速度切入工件，避免了磨粒与工件边缘的撞击，改善了磨削条件，使磨削过程平稳、不振动，因而提高了砂轮的耐用度。这种磨削时，是利用砂轮的周边磨削，当砂轮磨钝后，只需对砂轮的外周进行少量的修整，可以使砂轮得到充分利用。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削3、冷却条件好，磨削表面粗糙度低，加工精度好这种磨削，一般采用高压大流量冷却系统，加之在磨削时采用顺磨，冷却液易进入磨削区，对砂轮和工件表面进行冲洗，防止磨粒挤入工件表面和磨屑嵌入砂轮表面。磨削后的工件表面粗糙度可达Ra0.4～0.2μm。由于砂轮的耐用度高，砂轮外圆轮廓形状保持性长，所以加工出来的工件不但加工精度高，而且质量稳定。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削4、适于磨削难切削材料对于难切削材料，可采用深切缓进给强力磨削加工型面精度要求高的工件。采用多次成形修整砂轮，对工件型面进行粗磨、半精磨和精磨，来保证工件的形状和尺寸精度。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削5、被精磨表面不易产生烧伤，工件表面质量好这是由于深切缓进给强力磨削采用的是组织疏松的大气孔砂轮，而且粒度较粗、硬度较软。还配有高压冲洗和高压冷却装置，能将大部分热带走，一般的情况下，不易产生烧伤。这种磨削加工后的工件表面残余应力比普通磨削小30％～50％。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削三、深切缓进磨削注意事项采用深切缓进磨削时，选择砂轮应选用软级或超软级、粗颗粒、大气孔砂轮并应选用冷却效果好的冷却液，采用高压大流量的方式，将冷却液注入磨削区域。深切缓进磨削用磨床应有足够大的功率，砂轮轴的刚性应足够强，机床进给系统还应采用滚珠丝杠螺母机构，以有效地实施缓进给。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削一、超精密磨削超精密磨削是近年来发展起来的最高加工精度、最低表面粗糙度的砂轮磨削方法。一般是指加工精度达到或高于0.1μm，表面粗糙度低于Ra0.025μm，是一种亚微米级、纳米级的砂轮磨削加工方法。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削1、超精密磨削的产生金刚石刀具超精密切削技术比较成熟，目前主要是用于加工铜、铝及其合金等软金属，但不宜切削钢、铁，淬火件和陶瓷、玻璃、半导体等硬脆材料。对硬脆材料，超精密磨削是一种重要的有前途的超精密加工方法，特别是超硬磨料微粉砂轮超精密磨削更显示了它的生命力。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削2、超精密磨削的机理超微量切除－超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的剪切应力就急速地增加，并变得非常大，可能接近被磨材料的剪切强度极限。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削同时，磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高温硬度。对于普通磨料，在这种高温高压和高剪切应力的作用下，磨粒将会很快磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然使连续磨损成为可能，但得不到高精度低表面粗糙度的磨削质量。因此，在超精密磨削时，一般多采用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削3、超精密磨削加工过程超精密磨削加工过程如图12-8所示，磨粒切削刃的切入深度是从零开始逐渐增加，到达最大值再逐渐减少，最后到零。磨粒磨削时在与工件的接触过程中，开始是弹性区，继而塑性区、切削区、塑性区最后是弹性区，与切屑形成形状相符合。超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削当刀刃锋利，有一定磨削深度时，微切削作用较强；如果刀刃不够锋利，或磨削深度太小，磨粒切削刃不能切入工件，则产生塑性流动、弹性破坏和滑擦。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削活动三砂带磨削图12-8超精密磨削加工过程任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削

4、超精密磨削的应用（1）磨削钢铁及其合金等金属材料，如耐热钢、钛合金、不锈钢等合金钢，特别是经过淬火等处理的淬硬钢，也可用于磨削铜、铝及其合金等有色金属。（2）可用于磨削非金属的硬脆材料，如陶瓷、玻璃、石英、半导体、石材等，这些材料都比较难加工，超硬磨料砂轮超精密磨削是其主要的超精密加工方法。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削（3）超精密磨削具有外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削、坐标磨削(行星磨削)、成形磨削等多种形式，用途广泛。（4）超精密磨削和超精密游离磨料加工是相辅相成的。超精密磨削具有精度、表面质量、效率等多方面的优势，可替代部分超精密游离磨料加工活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削二、细粒度含石墨弹性结合剂砂轮镜面磨削镜面磨削一般是指加工表面粗糙度达到Rz0.05μm，表面光泽如镜的磨削方法，它在加工精度的含义上不够明确，比较强调表面粗糙度的要求。细粒度含石墨弹性结合剂砂轮镜面磨削就是镜面磨削技术之一。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削1、细粒度含石墨弹性结合剂砂轮具有如下特点：

（1）细粒度600#～800#，或Ｗ10～Ｗ14；

（2）含石墨填充剂；

（3）采用弹性结合剂，如树脂结合剂，PVA（聚乙烯醇）结合剂；

（4）砂轮需要精细修整，使砂轮工作面形成等高性好的切削微刃，经过充分光磨。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削2、镜面磨削机理细粒度含石墨弹性结合剂砂轮与陶瓷砂轮相比，弹性好，在磨削力的作用下，微刃有伸缩的余地，使微刃等高性更好，也可减少微刃破碎的机会，如图12-9所示为PVA（聚乙烯醇）砂轮加工机理。微刃磨损后变得平坦和半钝化，在润滑液的作用下产生摩擦抛光作用。摩擦抛光产生的磨削热使凸出点软化，被磨钝的微刃碾平。同时石墨具有好的润滑性能，使磨削过程更平稳，工件表面质量更好。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削活动三砂带磨削图12-9PVA（聚乙烯醇）砂轮加工机理任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削一、砂带磨削概述砂带磨削示意图如图12-10所示，它是利用砂带这一特殊形式的磨削工具，借助于张紧机构使之张紧，和驱动轮使之高速运动，并在一定压力作用下，使砂带与工件表面接触以实现磨削加工的整个过程。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削砂带磨削是一种新的高效磨削方法，自60年代以来，它的发展极为迅速，应用范围也越来越广泛。估计工业发达国家的磨削加工，目前，约有1/3左右由砂带取代砂轮。而原联邦德国尤为突出，早在1963年，砂带磨削已占磨削加工量的50％～60％。活动三砂带磨削任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削二、砂带磨削的主要特点1、设备简单活动三砂带磨削图12-10砂带磨削示意图任务3先进磨削方法活动一深切缓进磨削活动二超精密磨削与镜面磨削砂带磨削设备的组成一般都比较简单，如图12-10所示，砂带安装在压轮(接触轮)和张紧轮上，由回转运动实现切削