磨削基础课件

磨削基础

磨削是常用的精加工方法精度：5－7级，甚至±1微米表面粗糙度：Ra0.8-Ra0.1,甚至Rz0.01硬材料的有效加工手段§7-1砂轮的特性与选择常用磨削工具：砂轮、砂布、砂带、油石等砂轮磨料和结合剂烧结而成的多孔体

砂轮的六因素：磨料，粒度，结合剂，组织，硬度，尺寸1.磨料磨料具备的条件硬度高、红硬性好；有一定的强度和韧性；有锋利的边刃

常用的磨料系列

成

分

显微硬度(HV)氧化物系

Al2O32000～2300碳化物系

SiCBC2800～4500超硬磨料

CBN8000～9000金刚石8000～100002.粒度粒度：磨料颗粒的大小，分12、14、16、20、24、30、36、46、60、70、80、100、120、150、180、240、280共17级。数字表示每英寸上的筛眼数，数字越大，表示粒度越细。比280号还细的磨料粒度用W表示，如W2.5表示微粉的尺寸在1.5～2.5微米。3.结合剂结合剂：将磨料粘结成各种形状和尺寸的砂轮，直接影响砂轮的强度、耐热性和耐用度。砂轮强度：砂轮在离心力作用下不被破坏的能力，用安全速度表示，一般取30m/s。结合剂的选择种类主要成分特点应用场合无机类陶瓷黏土、生长石、滑石、硼玻璃、硅石等

化学稳定性好、耐酸碱、耐高温，但脆性大、易碎裂

磨削厚度大、轴向力小、速度小于35m/s

金属青铜

强度高、韧性好，但自砺性差

金刚石砂轮

有机类树脂酚醛、环氧

弹性好，但化学稳定性差，不耐酸碱，温度不能超过200℃

磨狭窄的沟槽、切割磨片、热敏材料的磨具

橡胶人造橡胶

弹性好，但化学稳定性差，不耐酸碱，温度不能超过200℃

磨狭窄的沟槽、切割磨片、热敏材料的磨具、导轮、抛光轮。

4.硬度硬度：结合剂对磨料的粘结力。粘结力越大，磨料越不易脱落，砂轮的硬度越高。砂轮自砺性：砂轮上磨粒钝化后，磨削力增大，表层的磨粒自行脱落，里层有锋利边刃的磨料露出，代替磨钝的磨粒参加磨削。砂轮自砺性与砂轮硬度有关:硬度高，磨粒不易脱落，自砺性差；硬度低，磨粒易脱落，自砺性好。砂轮硬度的选择磨削条件

工件硬度

工件种类

加工接触面

磨削种类

砂轮粒度

高低有色金属、橡胶、树脂

淬火钢

大

小精磨、成形磨

粗磨

细粗砂轮硬度软硬软硬软硬硬软软硬5.组织磨料、结合剂、气孔三者比例关系。磨料的比例越大，则砂轮越紧密。砂轮组织选择组织组织号选用紧密类0、1、2、3重压力磨削、成形磨削、精密磨削

中等类

4、5、6、7一般情况下的磨削

疏松类

8、9、10、11、12接触面较大的磨削、热敏材料的磨削、薄壁件磨削、软质材料磨削

6.形状与尺寸

平形、薄片、筒形、碗形、碟形等。同一形状有多种规格的尺寸。§7-2磨削运动和磨削要素磨削运动磨削要素一.磨削运动磨削方法：外圆磨内圆磨平面磨无心磨外圆磨示意图1.砂轮的旋转运动V即磨削速度，主运动v↑,Ra↓，但受砂轮的强度限制，常用30－35m/s2.工件旋转运动Vw又称圆周进给运动，即工件速度vw↑，生产率↑，工件磨削烧伤↓；但vw过大，振动↑，工件Ra↑。3.轴向进给运动fa工件转动一圈，工件和砂轮在砂轮轴线方向的相对移动。根据砂轮宽度B选择。粗磨fa＝(0.3~0.85)B精磨fa＝(0.2~0.3)B4.径向进给运动fr工作台两个行程之间砂轮在半径方向上的相对位移。粗磨fr＝0.01~0.07mm/行程精磨fr＝0.005~0.02mm/行程二.磨削要素单个磨粒的切削厚度acgmax当量磨削厚度aceq

1.单个磨粒切削厚度的计算2.单个磨粒切削厚度公式l-相邻两磨料的圆周距离:l↓（砂轮组织密），acgmax↓Vw-工件转速:Vw↑，acgmax↑，但磨粒的负荷增加，砂轮磨损快。

V-砂轮转速:Vw↑，acgmax↓，可使工件表面质量得到改善。B-砂轮宽度:砂轮宽度↑，同时参与磨削的磨粒个数成比例↑，acgmax↓。

fr-径向进给量:acgmax与fr成正比，fr提高一倍，acgmax只提高41.4%，所有在刚度允许的情况下，采用fr↑，fa↓，可以提高生产率（深磨法）。

fa-轴向进给量:fa↑，同一时间磨去的金属量成比例↑，acgmax↑。do-砂轮直径;do↑，acgmax↓，磨粒的负荷降低，工件表面质量改善。dw-工件直径:dw↓，acgmax↑。3.当量磨削厚度磨粒分布和切削的随机性使得很难以“切削厚度”的概念为基础来研究磨削过程CIRP提出以当量磨削厚度的概念作为研究磨削过程的基本参数当量磨削厚度的概念单位宽度的砂轮切除的金属量，沿着砂轮速度方向铺成一条宽度相同，长度为l的假想金属带，金属带的厚度就是aceq。单位时间砂轮切除的金属体积Zw当量磨削厚度的意义aceq与磨削力，表面粗糙度和金属去除率有着良好的线性关系Aceq不能反应与砂轮有关的参数，与磨削温度没有明显的线性关系§7-3磨削原理砂轮的几何特性切屑的形成过程磨削力与磨削过程

磨削热与磨削温度一.砂轮的几何特性1.砂轮的几何特征磨粒在砂轮的圆周方向、半径方向均随机分布；实际参与磨削的有效切削刃数量随磨削工艺变化磨粒形状不规则，以八面菱形为最多2.磨粒的特点刀尖角为90～120°，负前角；切削刃为空间曲线，前刀面为空间曲面，且形状不规则；磨粒的切削刃有几个到几十个微米的圆角；经过修整，磨粒上会出现微刃。二.切屑的形成过程磨削的切削厚度很薄，为0.005-0.05mm过程分为滑擦，刻划，切削三个阶段1.切屑形成过程的三个阶段划擦阶段磨粒挤压工件，产生弹性变形刻划阶段磨粒前方和两侧金属产生塑性变形而隆起，切削阶段磨粒前方金属层的厚度达到临界值，金属滑移成为切屑。2.磨屑的形状三.磨削力与磨削过程的三个阶段1.磨削力的特征产生：工件弹性变形和塑性变形的阻力；磨粒与切屑、磨粒与工件之间的摩擦力特点：摩擦力所占比例大；径向分力Fy大于切向分力Fz，Fz大于轴向分力Fx。材料的塑性越小，Fy/Fz就越大。2.磨削的三个阶段由于磨削时径向分力Fy很大，在磨削过程中工件在半径方向的变形很大，同时磨削的深度fr很小，在磨削过程中fr会发生变化：fr实<fr名；fr实≈fr名；fr实>0，fr名＝0三种情况。fr实实际磨削深度；fr名名义径向进给量

fr名粗磨阶段tm1

光磨阶段tm3稳定阶段tm2

frfr实<fr名

fr实≈fr名

fr实>0fr名＝0

粗磨阶段tm1：fr实<fr名，原因是工艺系统由于磨削力产生让刀。随着进给次数↑，工艺系统弹性变形↑，变形抗力↑，实际磨削深度fr实↑。稳定阶段tm2：fr实≈fr名，当变形抗力和径向磨削分力Fy相等时，工艺系统的弹性变形量稳定，fr实≈fr名。光磨阶段tm3：fr实>0，fr名＝0。机床的径向进给停止，fr名＝0，仍然有火花，因为工艺系统弹性恢复，实际磨削深度逐渐减小，工件的精度↑，表面粗糙度↓。四.磨削热与磨削温度划擦阶段、刻划阶段、切削阶段消耗的能量。这些能量绝大部分转化为热量，产生磨削热1.磨削热的传递由于砂轮的导热性差，和工件接触时间短，磨屑的热容小，磨削液不易进入磨削区，大部分（80％～90％）的热量通过工件传递。磨削热工件砂轮磨屑磨削液2.磨削温度的特点传入工件热量多。磨削温度高，磨削区温度达到1000～1400℃；加热速度快，磨粒通过磨削区的时间极短，加热速度达到1×105℃/s§7-4磨削表面质量磨削表面粗糙度

磨削表面烧伤

磨削残余应力

磨削裂纹一.磨削表面粗糙度

K视磨削条件而异的常数a,b,c,指数，根据日本渡边的研究a=0.25,b=0.5,c=038磨削表面粗糙度公式的讨论fr↓

Ra↓；vw/v↓

Ra↓；fa/B↓

Ra↓；磨料越细

Ra↓；砂轮半径↑

Ra↓；磨粒等高性好

Ra↓；磨削振动小

Ra↓。二.磨削表面的烧伤在较高的磨削温度影响下，工件表层金属产生一层氧化膜。表面烧伤使表面金属的组织破坏，产生表面裂纹，影响工件寿命。对于钢材，颜色越深，表明磨削温度越高，烧伤深度越深。表面烧伤的产生与防止烧伤类型产生原因硬度防止措施淬火烧伤温度超过相变温度（720℃），急剧冷却，产生硬度更高的二次淬火马氏体组织提高减少磨削热的产生；加速磨削热传散；选用正确的砂轮；选用合理磨削用量；合适的冷却方式。退火烧伤温度超过相变温度（720℃），冷却缓慢，产生退火组织降低回火烧伤温度未超过相变温度（720℃），但超过马氏体的转变温度（300℃），产生回火组织降低三.磨削残余应力的产生温度不均匀产生的热应力——拉应力组织变化产生的相变应力（比容增大的相变为压应力，比容减小的相变为拉应力）塑性变形产生的塑变应力——压应力。磨削残余应力的分布干磨淬火钢快冷磨淬火钢理想条件磨削拉应力压应力距表面深度降低磨削残余应力的措施降低磨削温度及工件表面温度梯度选用合理磨削用量适当增加光磨次数四.磨削裂纹产生原因：工件表面残余拉应力超过材料的极限强度。微裂纹特点：深度极浅；呈网状或垂直于磨削方向；存在于表层或表层之下；在交变载荷下，裂纹会迅速扩展。避免微裂纹的措施：减小径向进给量；选用较软的砂轮；及时修正砂轮；减小工件与砂轮的接触面；有效的冷却。§7-5砂轮的钝化钝化的基本形态和机理砂轮磨损的参数砂轮耐用度砂轮的修整钝化的基本形态和机理钝化的基本形态砂轮磨损砂轮堵塞砂轮失真1.砂轮磨损磨粒的磨耗磨损、磨粒的破碎磨损、磨粒的脱落磨损。2.砂轮的堵塞边界层切屑与工作磨粒之间的化学反应磨粒机械的聚集在工作磨粒的相邻空间原有的切屑与被堵塞磨粒形成的切屑之间发生压焊3.砂轮的失真砂轮失去精度，砂轮仍有切削能力，但也应列为钝化砂轮磨损三阶段砂轮磨损三阶段：初期磨损阶段，突出的磨粒迅速破碎；正常磨损阶段，砂轮的磨耗磨损；剧烈磨损阶段，粘结剂破碎二.表示砂轮磨损的参数磨粒棱面百分比GA砂轮径向磨损量磨削比G磨削分力比Fy/Fz

1.磨粒棱面百分比GA磨粒棱面百分比GA：磨粒磨损棱面占总工作面积的百分比磨损棱面越多，GA越高。钝化型砂轮的硬度高，磨粒不易脱落，GA高，自砺性较差；脱落型砂轮的硬度低，磨粒容易脱落，GA低，自砺性过分2.砂轮径向磨损量NB砂轮径向磨损量NB：砂轮每转的径向磨损量3.磨削比G磨削比G：单位时间切除金属体积与砂轮磨耗体积之比。G越大，经济效益越好。Vw/V↓，G↑；fr↑，G↑。4.磨削分力比Fy/Fz磨削分力比Fy/Fz：砂轮正常磨损时，Fy/Fz基本保持不变，砂轮磨钝时，Fy迅速增大，而Fz基本保持不变，Fy/Fz迅速增大。测量Fy和Fz的大小，当Fy/Fz达到一定数值时，砂轮就应该修整了。三.砂轮的修整砂轮耐用度：砂轮相邻两次修整间的磨削时间，单位min修整目的：去除钝化和堵塞的磨粒，产生新的锋利的磨粒；获得足够的切削刃，降低粗糙度；达到所需的轮廓。修整工具：金刚石修整工具、磨料修整工具、硬质合金修整工具、金属修整工具。修整方法：车削法、滚轧法、磨削法。

金刚石滚轮修整金刚石修正笔修整四.几种高效的磨削技术高速磨削缓进给大