第3章磨削加工技术...ppt

1、第三章 磨削加工技术,3.1 磨削原理 3.2 精密和超精密磨削 3.3 缓进给磨削 3.4 砂带磨削 2020年8月5日,之徐印锋,第三章 磨削加工技术,3.1 磨削原理 Grinding Abrasive Machining,3.1 磨削加工机理,磨削加工 采用固结硬质磨料工具或游离的硬质磨料对工件进行切除的加工方法 精度：IT5IT7 Ra1.250.08m 精密磨削Ra0.01m,3.1.1 磨削加工特点及其分类1. 磨削加工的特点, 砂轮表面磨粒、刃口形状均随机状态 磨削速度很高。 磨粒的切削刃和前（后）刀面的形状极不规则。,1. 磨削加工的特点, 磨粒有自砺性。 单个磨粒切削厚度小

2、，可获得高加工精度和小Ra 大负0 和大 rn，使FyFz，工艺系统变形大，实际ap名义ap 。,2. 磨削加工的分类,2. 磨削加工的分类,2. 磨削加工的分类,2. 磨削加工的分类,2. 磨削加工的分类,2. 磨削加工的分类, 工件回转表面的磨削 外圆磨削 内圆磨削 工件平型表面的磨削 成形面磨削,3.1.2 固结磨料磨具,固结磨具 磨具： 涂附磨具 研磨剂 固结磨具：通过某种方式将磨料固定住，具有固定形状的磨具。 砂轮是使用较广的固结磨具,由磨粒、结合剂和气孔组成。,砂轮的结构 1磨粒；2结合剂；3气孔,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

3、,2.粒度,粒度：磨料颗粒的大小， 37个粒度号 F4F220称为粗磨粒， F230F1200称为微粉。,3. 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,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。,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。,(a)紧密 (b) 中等 (c) 疏松 砂

4、轮的组织,6. 砂轮磨损和修整 砂轮磨损,磨粒损耗 磨粒的钝化 C-C 磨粒的破碎 B-B 磨粒的脱落 A-A,C C,砂轮失效 砂轮工作表面变钝 砂轮工作表面堵塞 砂轮轮廓畸变, 砂轮耐用度及磨削比,砂轮耐用度T: 砂轮相邻两次修整间的磨削时间 磨削比Gr: 单位时间内磨除工件材料的体积与砂轮磨耗体积比 磨耗比Gs: 为磨削比Gr的倒数，切除单位体积材料所消耗的砂轮体积, 砂轮修整技术,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 整形:使砂轮具有一定精度的几何形状 修锐:去除磨粒间的结合剂，使磨粒具有一定突出高度，形成良好的切削刃和容屑空

5、间,3.1.3 磨削加工过程1.磨削运动,外圆磨 平面磨, 砂轮的旋转运动Vs,即磨削速度，主运动 v, Ra，但受砂轮的强度限制，常用3035m/s, 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。, 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(0.30.85)B 精磨fa(0.20.3)B, 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 fr0.010.07mm/行程 精磨 fr0.0050.02mm/行程,2. 磨削过程 单个磨粒磨削过程,磨粒的形状

6、刀尖角为90120，负前角 切削刃为空间曲线，前刀面为空间曲面，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,(2) 磨屑形成过程,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。, 单个磨粒切削厚度,acgmax为单个磨粒最大切削厚度 acgmax= 去除率，F， Ng: 砂轮圆周上每毫米的磨粒数, Ng= acgmax Vw:工件速度， Vw = acgmax Vs: 砂轮速度， Vs = acgmax fr : 径向进给，fr = acgmax ds: 砂轮直径，

7、ds = acgmax ,3.1.4 磨削温度及磨削烧伤1. 基本概念, 磨粒磨削点温度 磨粒磨削点温度是磨粒切削刃与切屑接触点的温度，是磨削中温度最高的部位，可达10001400，也是磨削热的主要热源。 砂轮磨削区温度 砂轮磨削区温度是砂轮与工件接触区的平均温度。它影响工件表面的烧伤、裂纹和加工硬化。 工件平均温升 工件平均温升是磨削热传入工件而引起的温升。,2. 磨削烧伤及控制(1) 磨削烧伤, 定义： 由磨削热引起的、在加工表层瞬间发生的氧化变色现象 根据烧伤形貌分类： 全面烧伤：零件的整个表面被烧伤 斑状烧伤：表面上出现分散的烧伤斑点 线条状烧伤：整个零件表面有线条形烧伤 根据显微组织

8、分类： 回火烧伤 淬火烧伤 退火烧伤,(2) 磨削烧伤及控制,第三章 磨削加工技术,3.2 精密和超精密磨削 Precision Grinding & Ultra-Precision Grinding,3.2.1 精密磨削加工,精密磨床 细粒度砂轮 精修砂轮,磨痕极其微细 残留高度极小 加工精度为10.1m Ra为0.20.025m,磨粒微刃性 磨粒等高性,普通砂轮精密磨削1) 精密磨削机理, 微刃的微切削作用 切削的刃口增多，深度减小，Ra 微刃的等高切削作用,(a)砂轮 (b)磨粒 (c) 微刃 (锐利、半钝化、钝化) 磨粒具有微刃性和等高性,1) 精密磨削机理, 微刃的滑擦、挤压、抛光作

9、用 弹性变形的作用 FyFzFx 砂轮具有退让性，反复光磨提高精度,(2) 精密磨削砂轮及砂轮的修整 精密磨削砂轮,磨料：易于产生和保持微刃及其等高性 钢和铸铁：刚玉类磨料 有色金属：碳化硅 粒度：46#60# 结合剂：金属类、陶瓷类结合剂, 精密磨削砂轮的修整,金刚石笔修整器 修整导程：1015mm/min 修整深度：2.5m/str 初修 修整 精修 光修,7080,(a)金刚石笔修整器 (b)修整器与砂轮的相对位置, 精密磨削砂轮的修整,金刚石滚轮修整 烧结或电镀金刚石滚轮 修整时间短, 精密磨削砂轮的修整,金刚石滚轮修整 烧结或电镀金刚石滚轮 修整时间短, 磨削用量,砂轮速度：1530

10、m/s 工件速度：612m/min 工件纵向进给：0.060.5mm/r 磨削深度：0.62.5m/str 走刀次数：23str,2. 超硬磨料砂轮磨削, 超硬磨料砂轮 金刚石砂轮 立方氮化硼砂轮 特点 适合高硬度，高脆性和非金属材料 磨削能力强 磨削力小，磨削温度低 磨削效率高 加工成本低, 磨削工艺 磨削用量 磨削液 砂轮修整,磨削速度：1230m/s 磨削深度：0.0010.01 工件速度：1020m/min 纵向进给速度：0.451.5m/min,整形：车削法，磨削法 修锐：挤压滚扎，喷射、电加工法,3.2.2 超精密磨削加工1. 超精密加工的机理,加工精度达到0.1m以下、Ra0.0

11、25m,2. ELID镜面磨削(1) 基本原理,使用ELID磨削，冷却液为特殊电解液。通电后，砂轮结合剂发生氧化，氧化层阻止电解进一步进行。在切削力作用下，氧化层脱落，露出了新的锋利磨粒。电解修锐连续进行，砂轮在整个磨削过程保持锋利状态,(2) ELID磨削的特点,良好的稳定性 提高了贵重磨料的利用率 良好的可控性 镜面磨削，残留裂纹少,(3) ELID磨削的必备装置,具有较高主轴回转精度的磨床。 良好的导电性和电解性能的砂轮 电源装置 电解液,日本 KOGE,(4) 适用范围,电子材料和磁性材料的镜面磨削 光学材料的镜面磨削及难加工光学材料的研磨抛光前的镜面磨削等 陶瓷材料的镜面磨削 高硬度

12、钢铁及其复合材料以及硬质合金的镜面磨削,3. 超精密磨削的特点及应用,金刚石砂轮磨削光学玻璃,树脂结合剂砂轮 磨粒粒度：6-12m 磨削深度：4m 进给速度：6mm/min 粗糙度Ra：1.04nm,3. 超精密磨削的特点及应用,ELID镜面磨削 实验室： Ra1-2 nm 工业应用： Ra10 50 nm,玻璃表面SEM图像,玻璃表面AFM图像,4. 超精密磨削对机床环境的要求,高精度 高刚度 稳定性 微量进给装置 计算机数控 有良好过滤的磨削液 超稳定加工环境条件和超净化空间 防振系统,第三章 磨削加工技术,3.3 缓进给磨削 Creep feed grinding,3.3 缓进给磨削,缓

13、进给深切磨削 （强力磨削，重负荷磨削，蠕动磨削） 缓进给：普通磨削的10-2 10-3 大切深：普通磨削的102 103 磨削效率是普通磨削的35倍 Ra0.20.4m；精度 25 m,3.3.1缓进给磨削加工的特点,1. 缓进给磨削存在的问题,正常磨削时温度较低而容易突发烧伤 (1) 烧伤程度往往比较严重； (2) 烧伤存在某种程度的突然性。,2. 缓进给磨烧伤的沸腾换热理论,0 qlim， 成膜沸腾阶段 突发烧伤,始终保持磨削过程中磨粒的锋利，可以避免烧伤,3. 缓进给磨削加工的特点,磨削深度大，砂轮与工件接触弧较长。 缓进给磨削是大切深、一次进给，进给速度比较低。 产生大量磨削热，易烧伤

14、，应配有强冷却。 生产效率高。 可以直径磨削难加工的材料至尺寸要求。 磨削精度高和表面质量好。 参加切削磨粒数多，总磨削力及功率大。,3.3.2 缓进给磨削工艺1. 连续修正,边磨削边再成形和修锐砂轮 省去了砂轮修整，提高了磨削效率； 最长磨削长度取决于磨床可利用的磨削长度； 比磨削能降低，磨削力及磨削热均降低,2. 强化换热,冷却液应以一定压力和流量送入磨削区而起到强冷却作用，冲掉附着砂轮表面的部分丝状磨屑。,磨削弧区采用径向射流冲击强化换热,3. 大气孔砂轮,容屑空间 接触面积 摩擦力 磨削力，功率 冷却效果,第三章 磨削加工技术,3.4 砂带磨削加工 Belt Grinding,用于磨削管件的砂带磨床（带有行星系统）,3.4.1 砂带的特点及制备1. 砂带的构成及特点,构成：基体 结合剂 磨料 砂带在一定工作压力下与工件接触并作相对运动，进行磨削或抛光。,2. 砂带的制备,静电植砂是利用高压静电场使磨粒成为带电体而被吸附到已涂有粘结剂的基体上 特点 具有很好的等高性 使砂带更锋利 切削效率更高,1基材；2底胶 （结合剂）；3磨料；4复胶（结合剂）；5基材剂（结合剂 ）,1上极板；2下极板；3砂箱；4基体；5传送带,3. 砂带磨削的机理,滑