北信科机械制造技术基础课件第4章 磨削

第四章磨削目录第一节砂轮的特性与选择第二节磨削运动及磨削过程第三节磨削力、磨削功率及磨削温度第四节

先进的磨削方法

MS1080无心磨床M1080B卧轴矩台平面磨床数控端面外圆磨床MK1620A第四章磨削

经济加工精度达IT5－IT6加工表面粗糙度Ra值达0.8-0.2um，当采用镜面磨削时，Ra可达0.04um-0.01um。可以加工较硬的金属材料即非金属材料，如淬硬刚、硬质合金刀具、陶瓷等。磨削温度高。

第一节砂轮的特性与选择砂轮：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸主要起切削作用主要起容屑和冷却作用主要起粘接作用一、磨料磨料的形状是很不规则的，但大多呈菱形八面体。顶锥角在80°～145°范围内，但大多数为90°～120°。磨削时磨粒基本上都以很大的负前角进行切削。一般磨粒切削刃都有一定大小的圆弧，其刃口圆弧半径在几微米到几十微米之间。磨粒磨损后，其负前角和圆弧半径都将增大。具有高的硬度和耐热性以及一定的韧性。砂轮的磨料磨料氧化物碳化物超硬磨料棕刚玉白刚玉络刚玉黑色碳化硅绿色碳化硅碳化硼人造金刚石立方氮化硼磨削碳钢、合金钢、通用高速钢磨削硬铸铁、硬质合金、非铁金属磨削硬脆材料、硬质合金、宝石、高温合金取决于工件材料的硬度二、粒度粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。取决于加工表面的粗糙度。颗粒尺寸的大小，分为磨粒（>63um）和微粉两类。砂轮的粒度对磨削表面的粗糙度和磨削效率由很大影响。粒度号小则磨削深度大，故磨削效率高，但表面粗糙度大。粗磨时，一般选粗粒度，精磨时选细粒度。磨软金属时，多选用粗的磨粒，磨脆和硬的金属时，则选用较细的磨粒。三、硬度

磨料自砂轮脱落的难易程度由结合剂的强度和数量决定。加工硬度大的金属用软砂轮。加工软金属用硬砂轮。粗磨用软砂轮。精磨硬砂轮四、结合剂结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。取决于磨削速度结合剂陶瓷结合剂树脂结合剂橡胶结合剂价格便宜，耐酸、耐碱，用的最多，使用90%以上VC>35m/s五、组织砂轮的磨料、结合剂、空隙三部分的比例关系。

取决于容屑空间疏松不易堵塞。可把切削液和空气带入切削区，降低温度。

过少容易磨钝和失去正确的廓形。

粗采用疏松，精采用紧密。

一般选用中等组织号的砂轮六、形状和尺寸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、结合剂和允许的最高线速度。

例：P300×30×75WA60L6V35形状外径×厚度×内径粒度号组织号最高线速度结合剂硬度白刚玉砂轮1-300×30×75-A60S6V-35m/s平形砂轮外径300mm、厚度30mm、内径75mm，棕刚玉磨料，60#粒度，硬度为硬1等级，6号组织，陶瓷结合剂，最高线速度35m/s。六、形状和尺寸第二节磨削运动及磨削过程常用的磨削方法：外圆磨削平面磨削内圆磨削成型磨削无心外圆磨削（1）主运动（2）径向进给运动（3）轴向进给运动（4）工件运动一、磨削运动1.主运动一、磨削运动2.工件径向进给运动砂轮径向切入工件的运动。工作台每双（单）行程内工件相对砂轮径向移动的距离称为径向进给量，记为fr。单位为mm/d·str一、磨削运动3.轴向进给运动

工件相对于砂轮的轴向运动

famm/

r或mm/st一、磨削运动4.工件运动VWm

/

s或m/min一、磨削运动外圆磨削时：

式中d

w-工件直径(mm)；nw-工件转速(r/min)平面磨削时：

式中L-磨床工作台的行程长度(mm)；

nr-磨床工作台的每分钟的往复次数。一、磨削运动4.工件运动砂轮工作表面的形貌特征磨粒在砂轮工作表面上是随机分布的；每一颗磨粒的形状和大小都是不规则的。二、磨削过程砂轮工作表面的形貌特征二、磨削过程（一）磨屑形成过程(1)滑擦阶段磨粒切削刃开始与工件接触，由于磨粒有很大的负前角和较大的刃口半径，切削厚度非常小，只是在工件表面上产生滑擦，工件仅产生弹性变形。磨粒继续前进时，随着挤入深度增大而与工件间的压力逐步增大，表面金属由弹性变形逐步过度到塑性变形。⑵刻划阶段工件材料开始产生塑性变形，此时磨粒切入金属表面，因金属的塑性变形，磨粒的前方及两侧出现表面隆起现象，工件表面刻划出沟痕。该阶段磨粒与工件间挤压摩擦加剧，磨削热显著增加。表示磨削进入刻划阶段。⑶切削阶段随着切削厚度的增加，在达到临界值时，被磨粒推挤的金属明显地滑移而形成切屑。

1、单颗磨粒的切削过程滑擦—刻划—切削二、磨削过程二、磨削过程二、磨削过程（二）磨粒的切削厚度单个的磨粒平均最大切削厚度为：二、磨削过程vw、fa和fr增大时，acgmax相应增大，生产率提高。但磨削力和磨削热增加，砂轮磨损加剧，且工件表面质量较差。m值增大，则

acgmax减小，所以为了提高工件表面质量，宜选用粒度细的砂轮。

v、d0和B增大时，acgmax减小，工件表面质量将得到提高。二、磨削过程第三节磨削力、磨削功率及磨削温度一、磨削力和磨削功率Fx(轴向磨削力)Fy(径向磨削力)Fz(切向磨削力)径向磨削力Fy最大轴向磨削力Fx很小磨削力随不同的磨削阶段而变化图4-4磨削力在初磨阶段，磨削力由小至大变化较大；进入稳定阶段，工艺系统的弹性变形达到一定程度，此时磨削力较为稳定；光磨阶段实际磨削深度近趋于零，此时磨削力渐小。一、磨削力和磨削功率磨削力的计算公式

一、磨削力和磨削功率影响磨削力的因素⑴当砂轮速度增大时，单位时间内参加切削的磨粒数随之增多。因此每个磨粒的切削厚度减小，磨削力随之减小。⑵当工件速度和轴向进给量增大时，单位时间磨去的金属量增大，如果其他条件不变，则每个磨粒的切削厚度随之增大，从而使磨削力增大。⑶当径向进给量增大时，不仅每个磨粒的切削厚度将增大，而且使砂轮与工件的磨削接触弧长增大，同时参加磨削的磨粒数增多，因而使磨削力增大。⑷砂轮的磨损会使磨削力增大。一、磨削力和磨削功率主运动所消耗的功率定义为磨削功率。磨削功率：一、磨削力和磨削功率二、磨削温度

磨削时由于速度很高，且单位切削功率也大(约为车削的10～20倍)。因此磨削温度很高。

磨削温度：砂轮与工件接触面的平均温度

磨削温度区分为：砂轮磨削区温度θA和磨粒磨削点温度θdot。（一）磨削温度的概念磨粒磨削点温度θdot

磨粒切削刃与切屑接触部分的温度，是磨削中温度最高的部位，也是磨削热的热源。它不但影响工件表面质量，且与磨粒的磨损以及切屑的熔着现象有密切关系。v、vw——分别为砂轮及工件的线速度（m/s）；

fr——径向进给量（mm）。

二、磨削温度砂轮磨削区温度θA

砂轮与工件接触区的平均温度，它与磨削烧伤、磨削裂纹的产生有密切关系。fr对θA的影响最大，vw的影响次之，v对θA的影响最小

二、磨削温度工件温升

由于磨削热传入工件而引起的整个工件温度升高。磨粒磨削点的温度瞬时可达1000℃以上。砂轮磨削区的温度只有几百摄氏度。整个工件的温升却不到几十摄氏度。区分磨削区温度、磨粒磨削点温度和工件温升。二、磨削温度（二）磨削温度对工件表面质量的影响工件表面质量：表面粗糙度、表面烧伤、表面残余应力和裂纹。磨削烧伤：磨削加工时，磨粒的切削、刻划和滑擦作用，大多数磨粒的副前角切削以及高的磨削速度，使得工件表面层有很高的温度。因此对已淬火的钢件往往会使表面层的金相组织产生变化，从而使表面层的硬度下降，严重的影响了零件的使用性能，同时表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为磨削烧伤。

磨削烧伤的实质是材料表面层的金相组织发生变化。

二、磨削温度烧伤表面的硬度变化

二、磨削温度磨削烧伤的表现形式

磨削烧伤会破坏工件表面层组织，严重的会出现裂纹，从而影响工件的耐磨性和使用寿命。（1）退火烧伤（2）淬火烧伤（3）回火烧伤二、磨削温度（1）退火烧伤在磨削时，如工件表面层温度超过相变温度Ac3，则马氏体转变为奥氏体，如果此时无冷却液，则表面层硬度急剧下降，工件表面层被退火，故这种烧伤称退火烧伤。工件干磨时常发生这种情况。二、磨削温度（2）淬火烧伤磨削时，工件表面层温度超过相变温度Ac3，如果此时冷却充分，则表层将急冷形成二次淬火马氏体组织。工件表层硬度较原来的回火马氏体高，但很薄，其下层因冷却速度慢仍为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。这种情况称为淬火烧伤。二、磨削温度（3）回火烧伤磨削时，工件表面层温度未超过相变温度Ac3，但超过马氏体的转变温度，这时工件表层的组织将转变成硬度较低的回火屈氏体或索氏体。这种情况称为回火烧伤。

二、磨削温度3、影响烧伤的工艺因素磨削用量：影响最大的是砂轮的速度v和径向进给量fr。当v和fr较小时，不易出现烧伤。冷却方法：加大冷却剂流量和采用喷雾冷却、高压冷却等加速热量的传出，降低磨削区温度，可以有效避免烧伤现象。砂轮接触长度砂轮与工件的接触长度大，易堵塞而不易冷却，容易出现烧伤。二、磨削温度第四节

先进的磨削方法

一、高精度低表面粗糙度磨削

磨削工件的表面粗糙度Ra值应在0.4μm以下。

砂轮要精细修整，使砂轮表面上的磨粒形成等高的微小切削刃，既保持磨粒的微刃性和等高性。

磨削时采用很小的横向进给量（0.005-0.025mm/s以下）以及较低的磨削速度（15~30m/s）,并在磨削后期进行若干次的光磨行程。

二、高效磨削（一）、高速磨削砂轮的线速度在45m/s以上的磨削称为高速磨削砂轮线速度的提高，可使单个磨粒的磨削厚度acgmax变薄，工件表面的残留磨痕变浅，粗糙度变小；随着acgmax的减小，磨削力下降，工件不易变形，磨削精度提高，砂轮的耐用度也随之增大。高速磨削的动力消耗要比普通磨削高出１倍以上，因此砂轮的电机功率要大，并应具有足够的强度和可靠的安全防护措施；磨床的刚度也要好，并要保证供给充足的切削液。（二）、缓进给大切深磨削缓进给大切深磨削又称深磨或蠕动磨削，是一种大切深（一次磨削深度达