第十四章 磨削

1、磨削磨削 磨削加工不仅广泛用于精加工，而且还磨削加工不仅广泛用于精加工，而且还 用于粗加工和毛坯去皮加工，并能获得较用于粗加工和毛坯去皮加工，并能获得较 高的生产率和良好的经济性。高的生产率和良好的经济性。 1) 主运动主运动 砂轮的旋转运动是主运动，砂轮外圆的线速度即主运动速度砂轮的旋转运动是主运动，砂轮外圆的线速度即主运动速度 m/s (5.1) 式中式中 d0 砂轮直径（砂轮直径（mm）；）； n0砂轮转速（砂轮转速（r/s）。）。 1000/ 00 ndv c 0 d0d 3) 工件的轴向进给运动工件的轴向进给运动 2) 砂轮的径向进给运动砂轮的径向进给运动 用径向进给量用径向进给量r

2、表示。表示。(亦称磨削深度亦称磨削深度ap) r指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮径指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮径 向移动的距离，单位为向移动的距离，单位为mm/dstr， 一般情况下，一般情况下， r =0.0050.02mm/dstr， 用轴向进给量用轴向进给量a表示。表示。 指工件每一转或工作台每一次行程，工件相对砂轮的指工件每一转或工作台每一次行程，工件相对砂轮的 轴向移动的距离。轴向移动的距离。 一般情况下一般情况下a =(0.20.8)B，B为砂轮宽度，单位为为砂轮宽度，单位为 mm； a的单位，圆磨为的单位，圆磨为mm/r，平磨为，平磨为mm/str。 4) 工件的

3、圆周进给运动工件的圆周进给运动 即工件外圆的线速度即工件外圆的线速度vw 1000/ www ndv 式中式中 dw 工件直径（工件直径（mm）; nw工件转速（工件转速（r/s）。）。 外圆磨削时外圆磨削时 m/s (5.2) 砂轮由磨料和结合剂经压坯、干燥、烧结而成，砂轮的性能取决于砂轮由磨料和结合剂经压坯、干燥、烧结而成，砂轮的性能取决于 磨料、粒度、结合剂、硬度和组织磨料、粒度、结合剂、硬度和组织5个参数。个参数。 一、砂轮的组成要素一、砂轮的组成要素 1.磨料磨料 承担切削任务，具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和韧性，并有较承担切削任务，具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和韧性，并有较 锋

4、利的棱角。锋利的棱角。 常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨科系三类。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氧化物系磨料的主要成分是A1203，由于它的纯度不同和加入金属，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。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。不同而分为不同品种。 第二节第二节 砂轮的特性要素与选择砂轮的特性要素与选择 高硬磨料系中主要有人造金刚石和立方氮化硼。立方氮化硼是一种很高硬磨料系中主要有人造金刚石

5、和立方氮化硼。立方氮化硼是一种很 有前途的磨料。有前途的磨料。 耐热性耐热性(1400)比金刚石比金刚石(800)高出许多，而且对铁元素的化学惰性高出许多，而且对铁元素的化学惰性 高，所以特别适合于磨削既硬又韧的钢材。高，所以特别适合于磨削既硬又韧的钢材。 磨粒切削刃锋利，在磨削时可减小加工表面材料的塑性变形，表面层磨粒切削刃锋利，在磨削时可减小加工表面材料的塑性变形，表面层 为残余压应力，所加工出的零件，其使用寿命要高。为残余压应力，所加工出的零件，其使用寿命要高。 2.粒度粒度 粒度表示磨粒的大小程度。以磨粒刚能通过的筛网的网号来表示磨粒粒度表示磨粒的大小程度。以磨粒刚能通过的筛网的网号来

6、表示磨粒 的粒度。以每英寸长度上筛孔的数目表示粒度号，粒度号越大，颗粒的粒度。以每英寸长度上筛孔的数目表示粒度号，粒度号越大，颗粒 越小；尺寸小于越小；尺寸小于40m的微粉，用其实际尺寸表示粒度号。的微粉，用其实际尺寸表示粒度号。 选择原则：选择原则： （1）精磨用颗粒较细的磨粒；（）精磨用颗粒较细的磨粒；（2）粗磨用颗粒较粗的磨粒）粗磨用颗粒较粗的磨粒 ；（；（3） 高速磨削用颗粒较粗的磨粒高速磨削用颗粒较粗的磨粒 ；（；（4）当工件材料软、塑性大和磨削面）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，精磨或磨硬脆性材积大时，为避免堵塞砂轮，也可采用较粗的磨粒，精

7、磨或磨硬脆性材 料选用细磨粒。料选用细磨粒。 3.结合剂结合剂 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。常用的砂轮结合剂有：度。常用的砂轮结合剂有： 1.陶瓷结合剂陶瓷结合剂(代号代号V) 是由粘土、长石、滑石、硼玻璃和硅石等陶瓷材料配制而成。特点是由粘土、长石、滑石、硼玻璃和硅石等陶瓷材料配制而成。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断砂轮外，大多数砂轮都是采用陶瓷结合剂

8、。它所制成的砂轮线速 度一般为度一般为35ms。 2.树脂结合剂树脂结合剂(代号代号B) 其成分主要为酚醛树脂，但也有采用环氧树脂的。树脂结合剂的强其成分主要为酚醛树脂，但也有采用环氧树脂的。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。但是树脂度高，弹性好，故多用于高速磨削、切断和开槽等工序。但是树脂 结合剂的耐热性差，当磨削温度达结合剂的耐热性差，当磨削温度达200300时，它的结合能力便时，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 (自砺自砺)的特点，在一些对磨削烧伤和磨削裂纹特别

9、敏感的工序的特点，在一些对磨削烧伤和磨削裂纹特别敏感的工序(如磨如磨 薄壁件、超精磨或刃磨硬质合金等薄壁件、超精磨或刃磨硬质合金等)都可采用树脂结合剂。都可采用树脂结合剂。 3.橡胶结合剂橡胶结合剂(代号代号R) 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。光砂轮。但不宜于用作粗加工砂轮。 4.金属结合剂金属结合剂(代号代号M) 常见的是青铜结合剂，主要用于制作金刚

10、石砂轮。青铜结合剂金刚石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 砂轮的特点是成型性好，强度高，有一定韧性，但自砺性较差。主要砂轮的特点是成型性好，强度高，有一定韧性，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。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。 4.硬度硬度 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 轮的软硬和磨粒的

11、软硬是两个不同的概念。轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念。 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。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，可参照以下几条原则：选择砂轮硬度时，可参照以下几条原则： 1.工件硬度工件硬度 工件材料越硬，砂轮硬度应选得软些，使磨钝了的磨粒快点脱落，工件材料越硬，砂轮硬度应选得软些，使磨钝了

12、的磨粒快点脱落， 以便砂轮经常保持有锐利的磨粒在工作，避免工件因磨削温度过高以便砂轮经常保持有锐利的磨粒在工作，避免工件因磨削温度过高 而烧伤。工件材料越软，砂轮的硬度应选得硬些，使磨粒脱落得慢而烧伤。工件材料越软，砂轮的硬度应选得硬些，使磨粒脱落得慢 些，以便充分发挥磨粒的切削作用。但磨削有色金属、橡胶、树脂些，以便充分发挥磨粒的切削作用。但磨削有色金属、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。等软材料，应选用较软的砂轮，以免砂轮表面被磨屑堵塞。 2.加工接触面加工接触面 砂轮与工件的接触面大时，应选用软砂轮，使磨粒脱落快些，以砂轮与工件的接触面大时，应选用软砂轮，使

13、磨粒脱落快些，以 免工件因磨屑堵塞砂轮表面而引起表面烧伤。内圆磨削和端面平磨免工件因磨屑堵塞砂轮表面而引起表面烧伤。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。差的工件时，砂轮硬度也应选得低些。 3.精磨和成形磨削精磨和成形磨削 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。状精度。 4.砂轮粒度大小砂轮粒度大小 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砂轮的粒度号越大，其硬度

14、应选低一些的，以免砂轮表面组织被 磨屑堵塞。磨屑堵塞。 5.结合剂结合剂 树脂结合剂的耐热性差，磨粒容易脱落，所以硬度要高一些。树脂结合剂的耐热性差，磨粒容易脱落，所以硬度要高一些。 5.组组 织织 砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。 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。孔越小；反之，磨粒的比例越小，则组织越疏松，气孔越大。 砂轮组织的级别可分为紧密、中等、疏松三大类别，细分可分为砂轮组织的

15、级别可分为紧密、中等、疏松三大类别，细分可分为 15级，组织号可理解为气孔率。级，组织号可理解为气孔率。 紧密组织的砂轮适用于重压力下的磨削。在成形磨削和精密磨削时，紧密组织的砂轮适用于重压力下的磨削。在成形磨削和精密磨削时， 紧密组织的砂轮能保持砂轮的成形性，并可获得较小的粗糙度。紧密组织的砂轮能保持砂轮的成形性，并可获得较小的粗糙度。 中等组织的砂轮适用于一般的磨削工作，如淬火钢的磨削及刀具刃中等组织的砂轮适用于一般的磨削工作，如淬火钢的磨削及刀具刃 磨等。磨等。 疏松组织的砂轮不易堵塞，适用于平面磨、内圆磨等磨削接触面积疏松组织的砂轮不易堵塞，适用于平面磨、内圆磨等磨削接触面积 较大的工

16、序，以及磨削热敏感性强的材料或薄工件。磨削软质材料较大的工序，以及磨削热敏感性强的材料或薄工件。磨削软质材料 最好采用组织号为最好采用组织号为10号以上的疏松组织，以免磨屑堵塞砂轮。大气号以上的疏松组织，以免磨屑堵塞砂轮。大气 孔砂轮的组织大约相当于孔砂轮的组织大约相当于1014号的组织。这种砂轮的气孔尺寸可号的组织。这种砂轮的气孔尺寸可 能要比磨粒尺寸大好几倍。适用于磨削热敏性材料能要比磨粒尺寸大好几倍。适用于磨削热敏性材料(如磁钢、钨银合如磁钢、钨银合 金等金等)、薄壁零件、软金属、薄壁零件、软金属(如铝如铝)等。也可用于磨削非金属软质材料。等。也可用于磨削非金属软质材料。 一般砂轮未标明

17、组织号，即为中等组织。一般砂轮未标明组织号，即为中等组织。 二、砂轮形状、尺寸和标志二、砂轮形状、尺寸和标志 常用砂轮的形状、常用砂轮的形状、 代号及其用途：代号及其用途： 标志：在砂轮的端面上标志：在砂轮的端面上 一般都印有标志，其次一般都印有标志，其次 序是：磨料、粒度、硬序是：磨料、粒度、硬 度、结合剂、组织、砂度、结合剂、组织、砂 轮形状、轮形状、 尺寸。例如：尺寸。例如： A60SV6P3003075， 即代表该砂轮的磨料是即代表该砂轮的磨料是 棕刚玉，棕刚玉，60号粒度，硬号粒度，硬 度为硬度为硬1，陶瓷结合剂，陶瓷结合剂， 6号组织，平型砂轮，外号组织，平型砂轮，外 径为径为30

18、0mm，厚度为，厚度为 30mm，内径为，内径为75mm。 第三节第三节 磨削过程磨削过程 磨削特点磨削特点 磨削是一种常用的半精加工和精加工方法，砂轮是磨削的切削工具，磨磨削是一种常用的半精加工和精加工方法，砂轮是磨削的切削工具，磨 削是由砂轮表面大量随机分布的磨粒在工件表面进行滑擦、刻划和切削削是由砂轮表面大量随机分布的磨粒在工件表面进行滑擦、刻划和切削 三种作用的综合结果。磨削的基本特点如下：三种作用的综合结果。磨削的基本特点如下： 1.磨削的切削速度高，导致磨削温度高。普通外圆磨削时磨削的切削速度高，导致磨削温度高。普通外圆磨削时v=35m/s，高，高 速磨削速磨削v50m/s。磨削产

19、生的切削热。磨削产生的切削热80%90%传入工件传入工件(10%15% 传入砂轮，传入砂轮，1%10%由磨屑带走由磨屑带走)，加上砂轮的导热性很差，易造成工，加上砂轮的导热性很差，易造成工 件表面烧伤和微裂纹。因此，磨削时应采用大量的切削液以降低磨削温件表面烧伤和微裂纹。因此，磨削时应采用大量的切削液以降低磨削温 度。度。 2.冷硬程度大，能量消耗大。磨料的形状很不规则，大多呈菱形八面体。冷硬程度大，能量消耗大。磨料的形状很不规则，大多呈菱形八面体。 顶角在顶角在80145范围内，但大多数为范围内，但大多数为90120。因此磨削时磨粒。因此磨削时磨粒 基本上都以很大的基本上都以很大的负前角进行

20、切削负前角进行切削。一般磨粒切削刃都有一定大小的圆。一般磨粒切削刃都有一定大小的圆 弧，切削刃钝圆半径弧，切削刃钝圆半径rn在几微米到几十微米之间。磨粒磨损后，其负前在几微米到几十微米之间。磨粒磨损后，其负前 角和圆弧半径角和圆弧半径rn都将增大。导致变形严重，冷硬程度大，能量消耗大。都将增大。导致变形严重，冷硬程度大，能量消耗大。 3.单粒磨粒切削厚度极小，单位磨削力大。每个磨刃只切下极细薄单粒磨粒切削厚度极小，单位磨削力大。每个磨刃只切下极细薄 的金属，单位磨削力大，但有利于形成粗糙度很低的表面。的金属，单位磨削力大，但有利于形成粗糙度很低的表面。 4.磨削的背向磨削力大。因磨粒负前角很大

21、，且切削刃钝圆半径磨削的背向磨削力大。因磨粒负前角很大，且切削刃钝圆半径rn 较大，导致背向磨削力大于切向磨削力，造成砂轮与工件的接触宽较大，导致背向磨削力大于切向磨削力，造成砂轮与工件的接触宽 度较大。会引起工件、夹具及机床产生弹性变形，影响加工精度。度较大。会引起工件、夹具及机床产生弹性变形，影响加工精度。 因此，在加工刚性较差的工件时因此，在加工刚性较差的工件时(如磨削细长轴如磨削细长轴)，应采取相应的措，应采取相应的措 施，防止因工件变形而影响加工精度。施，防止因工件变形而影响加工精度。 5.砂轮有自砺作用。在磨削过程中，磨粒有破碎产生较锋利的新棱砂轮有自砺作用。在磨削过程中，磨粒有破

22、碎产生较锋利的新棱 角，及磨粒的脱落而露出一层新的锋利磨粒，能够部分地恢复砂轮角，及磨粒的脱落而露出一层新的锋利磨粒，能够部分地恢复砂轮 的切削能力，这种现象叫做砂轮的自砺作用。有利于磨削加工的切削能力，这种现象叫做砂轮的自砺作用。有利于磨削加工 。 6.磨粒在工件表面随机分布。磨粒在工件表面随机分布。 磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还能加工磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还能加工 一般刀具难以切削的高硬度材料，如淬火钢、硬质合金、陶瓷和玻一般刀具难以切削的高硬度材料，如淬火钢、硬质合金、陶瓷和玻 璃等。但不宜精加工塑性较大的有色金属工件。璃等。但不宜精加

23、工塑性较大的有色金属工件。 二、磨削过程分析二、磨削过程分析 1.单个磨粒的磨削过程单个磨粒的磨削过程 磨削加工是靠砂轮表面随机排列的大量磨粒完成的。每一个磨粒均磨削加工是靠砂轮表面随机排列的大量磨粒完成的。每一个磨粒均 可近似地看做是一把微小的切刀，砂轮则可以看做是极大量微观切可近似地看做是一把微小的切刀，砂轮则可以看做是极大量微观切 刀构成的铣刀。刀构成的铣刀。 （1）磨粒的形状）磨粒的形状 由于磨粒是天然的或人造矿物结晶块的碎粒，其形状具有随机性质。由于磨粒是天然的或人造矿物结晶块的碎粒，其形状具有随机性质。 两种磨粒模型：通常情况下简化成顶角为两种磨粒模型：通常情况下简化成顶角为120

24、的圆锥（菱形八面的圆锥（菱形八面 体）；钝化情况下简化为半球形。体）；钝化情况下简化为半球形。 （2）磨屑形成过程）磨屑形成过程 1）滑擦阶段）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 前角和较大的钝圆半径，切削厚度非常小，只是在工件表面上产前角和较大的钝圆半径，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。生滑擦，工件仅产生弹性变形。 2）刻划阶段）刻划阶段 磨粒继续前进时，随着挤入深度增大而与工件间的磨粒继续前进时，随着挤入深度增大而与工件间的 压力逐步增大，工件材料开始产生塑性变形。此时磨粒切入金属压力逐步增大，

25、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，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， 但切削厚度较小，没有达到临界值，没有形成切屑，工件表面刻但切削厚度较小，没有达到临界值，没有形成切屑，工件表面刻 划出沟痕。该阶段磨粒与工件间挤压摩擦加剧，切削力大，磨削划出沟痕。该阶段磨粒与工件间挤压摩擦加剧，切削力大，磨削 热显著增加。磨削热使表面金属软化，更易于塑性变形。热显著增加。磨削热使表面金属软化，更易于塑性变形。 3）切削阶段）切削阶段 随着切削厚度的增加，比较锋利且凸出的磨粒切削随着切削厚度的增加，比较锋利且凸出的磨粒切削

26、 工件，在切削厚度达到临界值时，被磨粒推挤的金属明显地滑移工件，在切削厚度达到临界值时，被磨粒推挤的金属明显地滑移 而形成切屑。而形成切屑。 磨削塑性材料时，形成带状切屑；磨削脆性材料时，形成挤裂切磨削塑性材料时，形成带状切屑；磨削脆性材料时，形成挤裂切 屑。在磨削过程中产生的高温作用下，切屑熔化可成为球状或灰屑。在磨削过程中产生的高温作用下，切屑熔化可成为球状或灰 烬形态。烬形态。 磨削时，工件表面被砂轮滑擦、刻划以及砂轮表面比较磨削时，工件表面被砂轮滑擦、刻划以及砂轮表面比较 锋利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削过程大致可分为三锋利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削过程大致可分为三 个环节。

27、个环节。 结论：砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻划结论：砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻划 和滑擦三种作用的综合。和滑擦三种作用的综合。 磨屑尺寸细小而形状各异。有带状切屑、节状切屑和一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。些熔化后烧尽了的切屑灰烬，还有金属微尘等。 砂轮表面的磨粒的形状，大小和分布不同，在磨削过程中，有些砂轮表面的磨粒的形状，大小和分布不同，在磨削过程中，有些 磨粒切削工件形成切屑，有些磨粒仅在工件表面上刻划出痕迹，磨粒切削工件形成切屑，有些磨粒仅在工件表面上刻划出痕迹， 还有一些磨粒只是与工件表面产生滑擦还有一些磨粒

28、只是与工件表面产生滑擦(滑动和摩擦滑动和摩擦)。 因为磨削速度很高，滑擦会产生很高的温度，会引起被磨表面烧因为磨削速度很高，滑擦会产生很高的温度，会引起被磨表面烧 伤、裂纹等缺陷。因此磨粒与工件之间的滑擦作用对磨削表面质伤、裂纹等缺陷。因此磨粒与工件之间的滑擦作用对磨削表面质 量影响较大。量影响较大。 隆起现象对磨削表面粗糙度有较大的影响。金属隆起高度可达磨隆起现象对磨削表面粗糙度有较大的影响。金属隆起高度可达磨 粒切入工件深度的粒切入工件深度的3050。工件材料的硬度和强度越高，金。工件材料的硬度和强度越高，金 属隆起高度越小。隆起残留量是随着磨削速度属隆起高度越小。隆起残留量是随着磨削速度

29、Vc的增加而成线性的增加而成线性 下降的，当下降的，当Vc进一步增加时，隆起残留量可趋于零。这是由于在进一步增加时，隆起残留量可趋于零。这是由于在 高速度下，塑性变形的传播速度远小于磨削速度而使磨粒侧面的高速度下，塑性变形的传播速度远小于磨削速度而使磨粒侧面的 材料来不及变形。当磨削速度超过塑性变形的传播速度后，隆起材料来不及变形。当磨削速度超过塑性变形的传播速度后，隆起 现象就消失了。这是高速磨削能减小磨削表面祖糙度的原因之一。现象就消失了。这是高速磨削能减小磨削表面祖糙度的原因之一。 2.单个磨粒的切削厚度单个磨粒的切削厚度 由于磨粒在砂轮表面上是高低不一的，在前后位置上，有的磨粒对由于磨

30、粒在砂轮表面上是高低不一的，在前后位置上，有的磨粒对 着前面的磨粒，有的磨粒则对着前面的空隙，因此，各个磨粒的切着前面的磨粒，有的磨粒则对着前面的空隙，因此，各个磨粒的切 削层形状是不同的。假设磨粒前后对齐，并均匀地分布在砂轮的外削层形状是不同的。假设磨粒前后对齐，并均匀地分布在砂轮的外 圆表面上。圆表面上。 当砂轮上当砂轮上A点转到点转到B点时，工件上的点时，工件上的C点就移到点就移到B点，点，ABC这层材料这层材料 就被磨掉。此时磨去的最大就被磨掉。此时磨去的最大 厚度为厚度为BD，参加切削的，参加切削的 磨粒数为磨粒数为 m (m为砂轮每毫米圆周长为砂轮每毫米圆周长 上的磨粒数上的磨粒数

31、)。则单个磨。则单个磨 粒的最大切削厚度粒的最大切削厚度hDgmax为：为： hDgmax=BD/ m 将将BCD近似看成直角三角形，近似看成直角三角形， 则则 BDBCsin AB AB 砂轮以速度砂轮以速度Vs运动，当从运动，当从A点转到点转到B点时，如需要时间为点时，如需要时间为t，在同样的，在同样的 时间内工件以时间内工件以Vw的速度移动了的速度移动了BC，则，则 BC/ =Vw t/ Vst= Vw/Vs 而而 cos0EOB(ds/2一一fr)(ds/2)(ds一一2fr)ds 通常通常dsfr故可略去故可略去 一项，得：一项，得： 代入得，代入得， 式中式中 hDgmax:单个磨

32、粒的最大切削厚度，单个磨粒的最大切削厚度，mm； Vs、Vw:分别为砂轮、工件的速度，分别为砂轮、工件的速度，ms； m:砂轮每砂轮每mm圆周长上的磨粒数，圆周长上的磨粒数，mm-1； fr:径向进给量，径向进给量，mm； ds:砂轮直径，砂轮直径，mm。 AB 222 /2cos1sin srsr dfdf 22 / sr df sr df /2sin sr s w Dg df mv v h/ 2 max 考虑砂轮宽度考虑砂轮宽度B和轴向进给量和轴向进给量fa，由于有了，由于有了fa的运动后，使投入磨的运动后，使投入磨 削的金属量增加，故削的金属量增加，故hDgmax与与fa成正比；同时，成

33、正比；同时，B大时，同时参加大时，同时参加 工作的磨粒数目增加，分担在每个磨粒上的磨削量减少，故工作的磨粒数目增加，分担在每个磨粒上的磨削量减少，故hDgmax 与与B成反比。成反比。 上述的公式是假定磨粒均匀分布的前提下得到的。实际上因磨粒上述的公式是假定磨粒均匀分布的前提下得到的。实际上因磨粒 在砂轮表面上分布极不规则，各个磨粒的切削厚度相差很大。但在砂轮表面上分布极不规则，各个磨粒的切削厚度相差很大。但 从上式可定性地分析各因素对磨粒切削厚度的影响：从上式可定性地分析各因素对磨粒切削厚度的影响： (1)砂轮速度砂轮速度Vs越高越高,工件速度工件速度Vw越低、越低、hDgmax将越小；将越

34、小； (2)粒度号数大的粒度号数大的(细粒细粒)砂轮，砂轮，m加大加大,ds,B越大，越大，hDgmax减小。减小。 (3)轴向进给量轴向进给量fa和径向进给量和径向进给量fr增加时，增加时，hDgmax将增大；将增大； 单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，将单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，将 影响砂轮磨损、磨削温度及已加工表面质量。影响砂轮磨损、磨削温度及已加工表面质量。 wrsr s aw Dg dfdf mBv fv h/ 2 max 七、磨削温度七、磨削温度 1.磨削点温度磨削点温度dot 磨粒和工件接触点的温度磨粒和工件接触点的温度 。是磨削中

35、温度最高的部位，也是磨削热。是磨削中温度最高的部位，也是磨削热 的热源。不但影响表面质量，而且与磨粒的磨损以及切屑熔着现象的热源。不但影响表面质量，而且与磨粒的磨损以及切屑熔着现象 有密切关系。有密切关系。 2.磨削区温度磨削区温度A 砂轮与工件接触面平均温度砂轮与工件接触面平均温度 。与磨削烧伤、磨削裂纹的产生有密切。与磨削烧伤、磨削裂纹的产生有密切 关系。关系。 3.工件的平均温升工件的平均温升 磨削热传入工件而引起的温升。使工件的形状、尺寸精度均受影响。磨削热传入工件而引起的温升。使工件的形状、尺寸精度均受影响。 11.4.2、磨削比及磨耗比、磨削比及磨耗比 1.砂轮的使用寿命砂轮的使用

36、寿命 T 砂轮使用寿命砂轮使用寿命T是指砂轮相邻两次修整间的加工时间。是指砂轮相邻两次修整间的加工时间。 各种因素是通过平均切削厚度来影响砂轮使用寿命的。各种因素是通过平均切削厚度来影响砂轮使用寿命的。Vs、ds、dw 增加或增加或Vw、fa、fr的减小都会使平均切削厚度减小，因而使作用在的减小都会使平均切削厚度减小，因而使作用在 砂轮磨粒上的磨削力减小，则砂轮使用寿命可相应提高。砂轮磨粒上的磨削力减小，则砂轮使用寿命可相应提高。 外圆纵磨时砂轮使用寿命与各因素之间关系的经验公式为：外圆纵磨时砂轮使用寿命与各因素之间关系的经验公式为： T：砂轮使用寿命，：砂轮使用寿命，s； dw：工件直径，：

37、工件直径，mm； Vw：工件速度，：工件速度，ms； fa、fr：分别为轴向进给量和径向进结量，：分别为轴向进给量和径向进结量，mmr； Ks：砂轮直径的修正系数；：砂轮直径的修正系数； Km：工件材料的修正系数。：工件材料的修正系数。 粗磨时，应保证砂轮使用寿命为合理值。精磨时，使用寿命应当粗磨时，应保证砂轮使用寿命为合理值。精磨时，使用寿命应当 按精度要求来选择，以免砂轮磨损太大而达不到精度要求。按精度要求来选择，以免砂轮磨损太大而达不到精度要求。 sm raw w KK ffv d T 2 6 . 04 )( 1067. 6 2.磨削比磨削比G与磨耗比与磨耗比Gs 磨削比：单位时间内磨除

38、金属的体积同砂轮消耗体积之磨削比：单位时间内磨除金属的体积同砂轮消耗体积之 比比 。 在粗磨时常不按使用寿命来选择砂轮或衡量砂轮的切削在粗磨时常不按使用寿命来选择砂轮或衡量砂轮的切削 性能，而是用磨削比性能，而是用磨削比G来选择或评价砂轮。来选择或评价砂轮。 Qw：每秒钟金属切除体积，：每秒钟金属切除体积，mm3/s； Qs：每秒钟砂轮消耗体积，：每秒钟砂轮消耗体积，mm3/s； 磨耗比磨耗比Gs：为磨削比：为磨削比G的倒数，是磨除单位体积的金属的倒数，是磨除单位体积的金属 所消耗的砂轮体积。所消耗的砂轮体积。 Gs1/ 1.磨削表面粗糙度磨削表面粗糙度 磨削表面粗糙度可在沿与磨削速度垂直方向

39、测量。假定磨粒的切削磨削表面粗糙度可在沿与磨削速度垂直方向测量。假定磨粒的切削 刃在砂轮表面是均匀分布的，而且高度完全一致，则垂直于磨削方刃在砂轮表面是均匀分布的，而且高度完全一致，则垂直于磨削方 向的理论微观最大粗糙度向的理论微观最大粗糙度Rmax： Rs、Rw：分别为砂轮和工件的半径；：分别为砂轮和工件的半径； m：单位面积上的磨粒数；：单位面积上的磨粒数； e：切屑宽度与切屑平均厚度的比值。：切屑宽度与切屑平均厚度的比值。 降低降低Vw，增加，增加Vs、Rw、Rs及采用粒度号数大的砂轮，都可使及采用粒度号数大的砂轮，都可使Rmax 减小。减小。 上述分析结论是在理想情况下得出的。实际上，

40、磨削表面粗糙度比上述分析结论是在理想情况下得出的。实际上，磨削表面粗糙度比 理论计算值要大得多，因此，这一类理论公式没有定量分析的意义，理论计算值要大得多，因此，这一类理论公式没有定量分析的意义， 只能够帮助我们定性地认识磨削表面不平度变化的趋势。只能够帮助我们定性地认识磨削表面不平度变化的趋势。 3 1 3 2 max ) 2 () 2 ( sw sw s w RR RR mev v R 第四节磨削表面质量第四节磨削表面质量 2.磨削表面层的残余应力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

41、裂纹，降低零件的疲劳强度。原因，并会因此而产生磨削裂纹，降低零件的疲劳强度。 产生磨削表面残余应力的主要原因是：产生磨削表面残余应力的主要原因是： (1)相变引起金相组织的体积变化；相变引起金相组织的体积变化； (2)温度引起的热胀冷缩和塑性变形的综合结果。温度引起的热胀冷缩和塑性变形的综合结果。 在精磨时，减少进给量和适当的光磨，对减少残余应力在精磨时，减少进给量和适当的光磨，对减少残余应力 是行之有效的。是行之有效的。 3.磨削烧伤磨削烧伤 磨削表面层金相组织的变化。磨削烧伤表面所呈现的颜磨削表面层金相组织的变化。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是

42、由于磨削热使工件表面产生氧化膜所反映的干涉颜 色。是在瞬时高温加热中产生的。色。是在瞬时高温加热中产生的。 不同工件材料的烧伤敏感程度各不相同。材料的碳或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。磨削温度高，故也容易烧伤。 磨削烧伤会破坏工件表层组织，严重时也会产生裂纹，磨削烧伤会破坏

43、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。和使用寿命。 4.磨削裂纹磨削裂纹 在磨削过程中，常常在表面上发生微小龟裂，在严重在磨削过程中，常常在表面上发生微小龟裂，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出现部瞬时高温和随即又急剧冷却造成的热应力导致出现 裂纹。裂纹。 第五节第五节 先进磨削方法简介先进磨削方法简介 一、高效磨削一、高效磨削 采用高效磨削可提高生产效率，扩大磨削加工范围。采用高

44、效磨削可提高生产效率，扩大磨削加工范围。 1.高速磨削高速磨削 普通磨床的砂轮速度为普通磨床的砂轮速度为3035ms。当砂轮速度高于。当砂轮速度高于45或或50m/s以上时，以上时， 称为高速磨削。称为高速磨削。 （1）高速磨削机理：砂轮速度提高后，使单位时间内通过磨削区的磨粒）高速磨削机理：砂轮速度提高后，使单位时间内通过磨削区的磨粒 数增加。若进给量保持与普通磨削时相同，则高速磨削时每颗磨粒切削厚数增加。若进给量保持与普通磨削时相同，则高速磨削时每颗磨粒切削厚 度变薄，同时使每颗磨粒的负荷减小。度变薄，同时使每颗磨粒的负荷减小。 （2）高速磨削有如下特点：）高速磨削有如下特点： 生产率高。

45、生产率比普通磨削高生产率高。生产率比普通磨削高30100。 砂轮使用寿命可提高。由于每颗磨粒上所承受的切削负荷减小，则每颗砂轮使用寿命可提高。由于每颗磨粒上所承受的切削负荷减小，则每颗 磨粒的磨削时间可相对延长，因此可提高砂轮的使用寿命。磨粒的磨削时间可相对延长，因此可提高砂轮的使用寿命。 可提高精度和减小磨削表面的粗糙度。由于每颗磨粒切削厚度变可提高精度和减小磨削表面的粗糙度。由于每颗磨粒切削厚度变 薄，每颗磨粒在通过磨削区时，在工件表面上留下的磨痕深度减小。薄，每颗磨粒在通过磨削区时，在工件表面上留下的磨痕深度减小。 同时，由于速度提高，使磨削表面由于塑性变形而形成的隆起高度同时，由于速度

46、提高，使磨削表面由于塑性变形而形成的隆起高度 也减小，因此可减小磨削表面粗糙度。有利于保证工件也减小，因此可减小磨削表面粗糙度。有利于保证工件(特别是刚性特别是刚性 差的工件差的工件)的加工精度。的加工精度。 改善磨削表面质量。在高速磨削时，需要相应提高工件转速，使改善磨削表面质量。在高速磨削时，需要相应提高工件转速，使 砂轮与工件的接触时间缩短，这样使传至工件的磨削热减少，从而砂轮与工件的接触时间缩短，这样使传至工件的磨削热减少，从而 减少或避免产生烧伤和裂纹的现象。减少或避免产生烧伤和裂纹的现象。 2.强力磨削强力磨削 强力磨削就是以大的径向进给量强力磨削就是以大的径向进给量(可达十几毫米

47、可达十几毫米)和缓慢的纵向进给量和缓慢的纵向进给量 进行磨削。进行磨削。 (1)强力磨削的机理：普通磨削的纵向进给速度通常为强力磨削的机理：普通磨削的纵向进给速度通常为0.0330.042m s(22.5mmin)，而强力磨削的纵向进给速度则为，而强力磨削的纵向进给速度则为0.000166 0.005m/s(0.0l一一0.3mmin)。这样就使单个磨粒的切削厚度大为减小，。这样就使单个磨粒的切削厚度大为减小， 因而作用在每个磨粒上的力也减小。因而作用在每个磨粒上的力也减小。 (2)强力磨削的特点：强力磨削的特点： 生产效率高：由于采用缓速纵向进给和大的径向进给，这样就可生产效率高：由于采用缓

48、速纵向进给和大的径向进给，这样就可 在铸、锻毛坯上直接磨出零件所要求的表面形状及尺寸。同时由于在铸、锻毛坯上直接磨出零件所要求的表面形状及尺寸。同时由于 径向进给大，砂轮与工件的接触弧长要比普通磨削时的接触孤长大径向进给大，砂轮与工件的接触弧长要比普通磨削时的接触孤长大 得多，单位时间内同时参加磨削工作的磨粒数目随着径向进给量的得多，单位时间内同时参加磨削工作的磨粒数目随着径向进给量的 增大而增加。因此，能充分发挥机床和砂轮的潜力，使生产效率得增大而增加。因此，能充分发挥机床和砂轮的潜力，使生产效率得 以提高。以提高。 扩大磨削工艺范围：由于径向进给量很大，对毛坯加工能一次成扩大磨削工艺范围：由于径向进给量很大，对毛坯加工能一次成 形，所以能有效地解决一些难加工材料的成型表面的加工问题。形，所以能有效地解决一些难加工材料的成型表面的加工问题。