11章磨削与砂轮哈工大版金属切削原理与刀具课件

1、第第1111章章 磨削与砂轮磨削与砂轮 磨平面 磨孔磨轴 磨螺纹花键齿轮 磨削砂轮的三要要素与五因素磨削砂轮的三要要素与五因素 砂轮：由坚硬矿物质制成的磨料经过结合剂粘合起来，并经压坯、干 燥、焙烧及车整而成的磨削工具。因此，砂轮由磨料、结合剂及气孔三 要素组成。 砂轮的性能由磨料、粒度、结合度、结合剂和组织这五个因素组成。 这些称为砂轮的五因素。 磨料是制造砂轮的主要原料， 磨料种类代号主要特点主要应用范围 棕刚玉A 棕褐色，抗破碎能力强，抗氧化、 抗腐蚀，韧性强 适于磨削抗张强度大的金属 材料，如普通碳素钢等 白刚玉WA 洁白的刚玉晶体，有微刃结构， 硬度比棕刚玉高，但脆性大，韧 性低，切

2、削能力强 主要用于淬火钢、合金钢的 细磨精磨，及磨螺纹及齿轮 铬刚玉PA 玫瑰红色，硬度与白刚玉接近， 但韧性高，加工效率高，且加工 表面精度、粗糙度高 适用于精密刃具、量具、仪 表零件。 微晶刚玉MA 灰色，呈微刃破碎状态，有较好 自锐性，韧性强度较高， 适于重负荷磨削，可以磨不 锈钢、碳素钢、轴承钢等， 也用于精密磨削 单晶刚玉SA 单晶体，浅玫瑰色或白色，硬度 韧性都比白刚玉高，抗破碎能力 切削能力强，但造价很高，有污 染。 适于加工韧性大硬度高的难 磨材料，如工具钢、合金钢 及高钒钢等 锆刚玉ZA 灰白色，韧性大、强度高，耐磨 性好 适于高速重负荷磨削，特别 适宜加工钛合金及耐热合金

3、镨钕刚玉NA 磨削性能优于白刚玉适于加工不锈钢、高速钢等耐热 合金 黑刚玉BA 黑色，自锐性好，磨削发热少， 加工表面粗糙度好 用于抛光因含铁高，不适宜做陶 瓷磨具 黑碳化硅C 兰黑色，硬度高，脆性大，韧 性低 适宜抗拉强度低的金属材料及非 金属合金如铸铁黄铜 绿碳化硅GC 绿色透明，纯度高、硬度高， 脆性大 适宜加工硬而脆的的材料如硬质 合金、玻璃等 立方碳化硅SC 黄绿色，等轴晶系，硬度高， 颗粒完整性好，切削能力强 微型轴承精密研磨及精密轴承钢 和不锈钢。 碳化硼BC 黑色，高温易氧化分解，不易 做磨具，单独使用 研磨或抛光硬材料 金刚石D 硬度高，磨削能力强，导热性 好，磨削力，磨削热

4、少，但 易发生化学磨损，耐热性差 根据不同牌号（主要有RVD、MBD、 SCD、SMD、DMD）加工不同材料 立方氮化硼CBN 硬度，韧性略低于金刚石，但 热稳定性好，化学惰性高，导 热性能好，磨削效率高 对各种材料都有十分优良的磨削 效果 磨料选择 磨料硬度：必须选则比工件硬度高，且热硬度要好；.磨料韧 性：主要影响磨具磨削时自锐性；.抗压强度：影响使用过程中 的切削性能；.线膨胀系数：磨料与结合剂线膨胀系数一定要一 致，否则将引起砂轮裂纹；.化学成份：直接影响磨料强度、韧 性、磨削性能及色泽。如碳化硅磨料其碳化硅含量越高，其磨削 性能越好，而棕刚玉中氧化铝含量不应超过97%，这样切削力增加

5、， 韧性降低。白刚玉中Al2O3含量高，切削力差。如碳化硅磨具磨 钢材时易与钢发生强烈的化学反应，所以磨削钢材时不易采用碳 化硅磨具；.磨粒形状：直接影响有效磨削粒数；.导热性： 影响整个磨具导热性；.亲水性：影响磨具成形能力 。 粒度：粒度：磨料颗粒的大小磨料颗粒的大小 GB/2481.1.2-2006规定规定 F粒度号磨料粒度号磨料 用于固结磨具、研磨抛光用的用于固结磨具、研磨抛光用的颗粒大于63m粗磨料粒度，用磨料粒度，用F+ 粒度号表示；粒度号表示；用筛分法区别，以能通过的筛网上1英寸（25.4mm） 长度上的筛孔数表示。粒度号越大，则磨粒越细。 用于涂附用的，用于涂附用的，颗粒小于6

6、3m磨料粒度，磨料粒度， 磨料粒度号是用水选法生产：称为微粉 分粗磨料，微粉。分粗磨料，微粉。 磨具粒度选择与工件性质及磨削条件的关系表磨具粒度选择与工件性质及磨削条件的关系表 粒度选择趋向细磨具粒度粗 大粒度号小 工件性质 高工件硬脆低 小工件材料塑性大 大工件导热性小 磨削条件 小接触面积大 精加工加工方式粗加工 小加工效率大 小砂轮速度大 结合剂：结合剂：将磨料粘结成各种形状和尺寸的砂轮材料将磨料粘结成各种形状和尺寸的砂轮材料 直接影响砂轮的强度、耐热性和耐用度。直接影响砂轮的强度、耐热性和耐用度。 砂轮强度：砂轮强度：砂轮在离心力作用下不被破坏的能力，用安全砂轮在离心力作用下不被破坏的

7、能力，用安全 速度表示，一般取速度表示，一般取30m/s 。 陶 瓷 V(A) 黏土、生长石、黏土、生长石、 滑石、硼玻璃、滑石、硼玻璃、 硅石等硅石等 化学稳定性好、耐酸碱、化学稳定性好、耐酸碱、 耐高温，但脆性大、易耐高温，但脆性大、易 碎裂碎裂 适宜各类磨削，速适宜各类磨削，速 度小于度小于35m/s 金 属 M(J) 青铜青铜 强度高、韧性好，但自强度高、韧性好，但自 砺性差砺性差 金刚石砂轮金刚石砂轮 树 脂 B(S) 酚醛、环氧酚醛、环氧 弹性好，但化学稳定性弹性好，但化学稳定性 差，不耐酸碱，温度不差，不耐酸碱，温度不 能超过能超过200 磨狭窄的沟槽、切磨狭窄的沟槽、切 割磨片

8、、高速磨具割磨片、高速磨具 橡 胶 R(X) 人造橡胶人造橡胶 弹性好，但化学稳定性弹性好，但化学稳定性 差，不耐酸碱，温度不差，不耐酸碱，温度不 能超过能超过200 磨狭窄的沟槽、切磨狭窄的沟槽、切 割磨片、无心磨导割磨片、无心磨导 轮。轮。 金刚石砂轮 金刚石砂轮一般由基体、非金刚石层、金刚石层 组成 金刚石层内每13体积内金刚石含量称为浓度。 100%浓度是指金刚石层内每13体积内金刚石含 量为4.39克拉（1克拉=0.2克）。 50%浓度是指金刚石层内每13体积内金刚石含 量为2.2克拉。 硬度：硬度：指砂轮工作时在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。指砂轮工作时在磨削力作用下磨粒脱落的难

9、易程度。 取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬度无关。取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬度无关。 砂轮自砺性：砂轮自砺性：砂轮上磨粒钝化后，磨削力增大，表层的磨砂轮上磨粒钝化后，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。参加磨削。 砂轮自砺（锐）性与砂轮硬度有关砂轮自砺（锐）性与砂轮硬度有关:硬度高，磨粒不易脱落，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。自砺性差；硬度低，磨粒易脱落，自砺性好。 精磨、精磨、 成形磨成形磨 粗粗 磨磨 软软 特别难磨特别难磨 材料

10、，选材料，选 用超硬砂用超硬砂 轮。轮。 硬硬 有色金属有色金属 韧性大，韧性大， 砂轮孔隙砂轮孔隙 易被磨屑易被磨屑 堵塞，一堵塞，一 般不宜磨般不宜磨 削。削。 软软 磨料、结合剂、气孔磨料、结合剂、气孔三者比例关系。磨料的三者比例关系。磨料的 比例越大，则砂轮越紧密比例越大，则砂轮越紧密 砂轮组织选择砂轮组织选择 组织号组织号01234567891011121314 磨粒率磨粒率 (%) 626058565452504846444240383634 分类分类紧密类紧密类中等中等疏松类疏松类 用途用途 成型磨削成型磨削, 精密精密 磨削磨削 磨削淬火钢磨削淬火钢, 刀具刀具 刃磨刃磨 磨削

11、韧性大而硬度不磨削韧性大而硬度不 高材料高材料 磨削热磨削热 敏性大敏性大 的材料的材料 （六）砂轮的标志方法（六）砂轮的标志方法 按按GB248484规定，标志顺序如下：磨具形状、尺寸、磨规定，标志顺序如下：磨具形状、尺寸、磨 料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速度。料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速度。 砂轮标志方法示例如下：砂轮标志方法示例如下： 41 4004060 A 60 L 5 B 35 形状代号薄片形状代号薄片 外经外经D400mm 厚度厚度H40mm 内径内径d60mm 磨料（棕刚玉）磨料（棕刚玉） 60号粒度号粒度 硬度中软硬度中软2 5号组织号组织 树脂结合剂树脂结

12、合剂 最高工作线速度（最高工作线速度（m / s） 磨削方法：磨削方法： 外圆磨外圆磨 内圆磨内圆磨 平面磨平面磨 无心磨无心磨 磨削运动：磨削运动： 主运动，主运动， 即磨削速度，即磨削速度， vc, Ra，但受砂轮，但受砂轮 的强度限制，常用的强度限制，常用30 35m/s ()sm nd v ss c / 1000 = 又又速度速度 sm nd v ww w / 1000 机床名称机床名称立式铣床立式铣床 车床车床 平面磨床平面磨床 外圆磨床外圆磨床 精密外圆磨精密外圆磨 床床 内圆磨内圆磨 床床 刻度值刻度值0.050.020.010.0050.0020.002 不同机床控制切深机构的

13、刻度值（不同机床控制切深机构的刻度值（mm） 一般一般3050m/s,是车铣的是车铣的1020倍倍 2. 2.冷硬程度与能量消耗大温度高冷硬程度与能量消耗大温度高 磨粒不规则多边形，前角很大的负值，后角很小，塑性变形大，磨粒不规则多边形，前角很大的负值，后角很小，塑性变形大， 冷硬严重，能量消耗大，是一般加工的冷硬严重，能量消耗大，是一般加工的10301030倍，温度高，瞬时倍，温度高，瞬时 可达可达10001000，引起烧伤和裂纹。，引起烧伤和裂纹。 3.3.单颗磨粒切削厚度小，单位磨削力大单颗磨粒切削厚度小，单位磨削力大 4.4.径向分力径向分力 较大较大 5.5.砂轮有自锐作用砂轮有自锐

14、作用 使得磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。使得磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。 6.6.磨粒分布随机磨粒分布随机 磨削过程复杂磨削过程复杂 工件材料工件材料普通钢普通钢淬硬钢淬硬钢铸钢铸钢 Fp/Fc1.61.81.92.62.73.2 一、砂轮的形貌 砂轮上磨粒的形状 a）外形 b）典型磨粒断面 端面磨削时每个磨粒的最大切削厚度为端面磨削时每个磨粒的最大切削厚度为 11.4磨削概念 磨粒磨削点温度 磨粒切削刃与切屑接触点的温度，1000 - 1400 磨削区域温度 砂轮与工件接触区的平均温度 工件平均温升 磨削热传人工件而引起的温升，影响工件精度 11.4.2 砂轮使用寿命、磨削

15、比及磨耗比 砂轮使用寿命T 砂轮两次相邻修整间的纯磨削时间，也可用可磨削工件 件数表达。 寿命验算经验公式11.8 磨削比及磨耗比 磨削比:单位时间内磨除金属体积与砂轮损耗体积之比 G=QW/QS 磨耗比:GS=1/G 砂轮的磨损与修整 一一 砂轮的磨损砂轮的磨损 磨损表现为磨耗磨损和破碎磨损。自锐性有限，应及时磨损表现为磨耗磨损和破碎磨损。自锐性有限，应及时 修整，保证砂轮有合理使用寿命，否则引起振动、修整，保证砂轮有合理使用寿命，否则引起振动、Ra值值 增增 大、表面烧伤或裂纹等。大、表面烧伤或裂纹等。 砂轮修整除用于磨损砂轮外，还用于以下场合：砂轮修整除用于磨损砂轮外，还用于以下场合： 砂轮被切屑堵塞；砂轮被切屑堵塞； 部分工材粘结在磨粒上；部分工材粘结在磨粒上； 砂轮廓形失真；砂轮廓形失真； 精密磨中的精细修整等。精密磨中的精细修整等。 常用修整工具是大颗粒金刚石、多粒细碎金刚石笔、金常用修整工具是大颗粒金刚石、多粒细碎金刚石笔、金 刚石滚轮。多粒金刚石笔修整效率高，砂轮加工精度好，刚石滚轮。多粒金刚石笔修整效率高，砂轮加工精度好， 金刚石滚轮修整效率更高，适用与成形砂轮。金刚石滚轮修整效率更高，适用与成形砂轮。 大粒金刚石笔修整，修整深度大粒金刚石笔修整