第7章_磨削加工

1、第第7 7章章 磨削加工磨削加工 教学目的教学目的: : 通过本节课的学习，掌握磨削的特点，通过本节课的学习，掌握磨削的特点， 了解磨床的主要类型及特点，能根据工件了解磨床的主要类型及特点，能根据工件 形状、材料、精度等方面的要求，合理地形状、材料、精度等方面的要求，合理地 选择磨削方法及磨具。选择磨削方法及磨具。 重点和难点：重点和难点： 磨具的选用、常见磨削加工的类型和特点。磨具的选用、常见磨削加工的类型和特点。 一、磨削加工特点一、磨削加工特点 （1 1）加工余量少，加工精度高加工余量少，加工精度高。一般磨削可获得。一般磨削可获得 IT5IT57 7级精度，表面粗糙度可达级精度，表面粗糙

2、度可达Ra0.2Ra0.21.6um1.6um。 各种表面：内外圆表面、圆锥面、平面、齿面、螺旋面各种表面：内外圆表面、圆锥面、平面、齿面、螺旋面 各种材料：普通塑性材料、铸件等脆材、淬硬钢、硬质各种材料：普通塑性材料、铸件等脆材、淬硬钢、硬质 合金、宝石等高硬度难切削材料。合金、宝石等高硬度难切削材料。 （2 2）磨削加工范围广磨削加工范围广 （3 3）磨削速度高、耗能多，切削效率低，磨削温度）磨削速度高、耗能多，切削效率低，磨削温度 高，工件表面高，工件表面易产生烧伤、残余应力等缺陷易产生烧伤、残余应力等缺陷。 （4 4）砂轮有一定的自锐性砂轮有一定的自锐性。 第第7章章 磨削加工磨削加工

3、 磨削是一种精加工方法。 可加工高硬度材料。 可加工各种表面。 磨削加工技能视频磨削加工技能视频 二、磨具的特性及其选用二、磨具的特性及其选用 1 1、磨具的类型、磨具的类型 普通磨具普通磨具：用刚玉类、碳化硅类、碳化硼类磨料用刚玉类、碳化硅类、碳化硼类磨料 制成的磨具。制成的磨具。 超硬磨具：超硬磨具：用金刚石、立方氮化硼等高硬度磨料用金刚石、立方氮化硼等高硬度磨料 制成的磨具。制成的磨具。 固结磨具：固结磨具：砂轮、油石、砂瓦、磨头、抛磨块砂轮、油石、砂瓦、磨头、抛磨块 涂附磨具：涂附磨具：砂布、砂纸、砂带砂布、砂纸、砂带 研磨膏：研磨膏：由磨料和研磨抛光液组成的抛光剂。由磨料和研磨抛光液

4、组成的抛光剂。 二、磨具的特性及其选用二、磨具的特性及其选用 2. 砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用 主要起切削作用主要起切削作用 主要起粘接作用主要起粘接作用 主要起容屑和冷却作用主要起容屑和冷却作用 砂轮由磨料、结合剂及气孔组成。砂轮由磨料、结合剂及气孔组成。 砂轮特性决定于砂轮特性决定于 磨料磨料, ,粒度粒度, ,结合结合 剂剂, ,硬度硬度, ,组织及形状尺寸组织及形状尺寸。 2. 砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用 1）砂轮的磨料）砂轮的磨料 磨磨 料料 氧化物氧化物 碳化物碳化物 超硬磨料超硬磨料 棕刚玉棕刚玉 白刚玉白刚玉 络刚玉络刚玉 黑色碳化硅黑色碳化硅 绿色碳化硅绿色碳化硅

5、 碳化硼碳化硼 人造金刚石人造金刚石 立方氮化硼立方氮化硼 磨削碳钢、合金钢、磨削碳钢、合金钢、 通用高速钢通用高速钢 磨削硬铸铁、硬质磨削硬铸铁、硬质 合金、非铁金属合金、非铁金属 磨削硬脆材料、硬磨削硬脆材料、硬 质合金、宝石、高质合金、宝石、高 温合金温合金 取决于工件材料的硬度取决于工件材料的硬度 磨料磨料应有锋利的形状、高硬度和热硬性、适当的坚韧性。应有锋利的形状、高硬度和热硬性、适当的坚韧性。 2. 砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用 2）砂轮硬度砂轮硬度 由结合剂的强度和数量决定由结合剂的强度和数量决定 工件材料软工件材料软硬砂轮硬砂轮 （磨有色金属除外磨有色金属除外） 工件材料硬

6、工件材料硬软砂轮软砂轮 选择原则：选择原则： 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易程度。 取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬 度无关。硬度高，磨料不易脱落；硬度低，自锐性好。度无关。硬度高，磨料不易脱落；硬度低，自锐性好。 硬度分硬度分7 7大级大级( (超软、软、中软、中、中硬、硬、超软、软、中软、中、中硬、硬、 超硬超硬) )，1616小级。小级。 砂轮硬度选择原则砂轮硬度选择原则： 磨削磨削硬硬材，选材，选软软砂轮；磨削砂轮；磨削软软材，选材，选硬硬砂轮；砂轮； 磨磨导热性差导热性差的材料

7、，不易散热，选的材料，不易散热，选软软砂轮以免工砂轮以免工 件烧伤；磨件烧伤；磨有色金属有色金属，选较，选较软软的砂轮；的砂轮； 砂轮与工件接触面积大时，选较砂轮与工件接触面积大时，选较软软的砂轮；的砂轮； 成形磨成形磨精精磨时，选磨时，选硬硬砂轮；砂轮；粗粗磨时选较磨时选较软软的砂轮的砂轮。 2. 砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用 2）砂轮硬度砂轮硬度 2. 砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用 3）磨料粒度）磨料粒度 取决于加工表面的粗糙度取决于加工表面的粗糙度 磨粒磨粒 微粉微粉35m/s 高速磨削或磨槽高速磨削或磨槽 2. 砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用 5）砂轮的组织）砂轮的组织 取决

8、于容屑空间取决于容屑空间 选择原则：选择原则： 一般选用中等组织号的砂轮。一般选用中等组织号的砂轮。 砂轮组织号砂轮组织号用来表示砂轮结构紧密程度，是磨用来表示砂轮结构紧密程度，是磨 粒在磨料中占有体积的百分数。粒在磨料中占有体积的百分数。 组织组织反映砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的反映砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的 比例关系，即砂轮结构的疏密程度，分紧密、中等、比例关系，即砂轮结构的疏密程度，分紧密、中等、 疏松三类疏松三类13级。级。 紧密组织紧密组织 成形性好，加工质量高，适于成形磨、成形性好，加工质量高，适于成形磨、 精密磨削和强力磨削。精密磨削和强力磨削。 中等组织中等组织

9、适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃 磨等。磨等。 疏松组织疏松组织 不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨 平面、内圆等接触面积较大时，磨削热敏感性强的材平面、内圆等接触面积较大时，磨削热敏感性强的材 料或薄件。料或薄件。 2. 砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用 5）砂轮的组织）砂轮的组织 取决于容屑空间取决于容屑空间 3. 砂轮的型号、代号、标记和尺寸砂轮的型号、代号、标记和尺寸 形状形状尺寸尺寸磨料磨料粒度号粒度号硬度硬度组织号组织号结合结合 剂剂最高线速度最高线速度 形状 例：例： P3003075WA60L6V35 外径厚

10、度内径 白刚玉 粒度号 硬度 组织号 结合剂 最高 线速度 砂轮的标志方法砂轮的标志方法 按按GB2484GB24848484规定，标志顺序如下：磨具形状、尺规定，标志顺序如下：磨具形状、尺 寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速 度。砂轮标志方法见示例：度。砂轮标志方法见示例： P PB B 4 40 00 0 4 40 0 6 60 0 A A 6 60 0 L L 5 5 B B 3 35 5 5号号 组组 织织 内内 径径d60m m 60号号 粒粒 度度 树树 脂脂 结结 合合 剂剂 厚厚 度度H40m m 磨磨 料料 （ 棕棕 刚刚

11、 玉玉 ） 外外 径径D400m m 最最 高高 工工 作作 线线 速速 度度 （m / s） 硬硬 度度 中中 软软2 形形 状状 代代 号号 薄薄 片片 砂轮的修整砂轮的修整 磨损表现为磨耗磨损和破碎磨损。自锐性有限，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，否则引起应及时修整，保证砂轮有合理使用寿命，否则引起 振动、振动、RaRa值增大、表面烧伤或裂纹等。值增大、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

12、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。 常用修整工具是单颗粒金刚石。常用修整工具是单颗粒金刚石。 三、磨削过程三、磨削过程 1.砂轮工作表面的形貌特征砂轮工作表面的形貌特征 1）磨粒在砂轮工作表面上是）磨粒在砂轮工作表面上是 随机分布的；随机分布的； 2）每一颗磨粒的形状和大小）每一颗磨粒的形状和大小 都是不规则的。都是不规则的。 三、磨削过程三、磨削过程 1.砂轮工作表面的形貌特征砂轮工作表面的形貌特征 三、磨削过程三、磨削过程 2. 磨屑的形成过程磨屑的形成过程 单个磨粒的磨削过程分为三个单个磨粒的磨削过程分为三个 阶段：阶段： 1）滑擦阶段滑擦阶段 磨粒只

13、是在工件表面滑擦而过，磨粒只是在工件表面滑擦而过， 并未切削工件，工件仅产生弹并未切削工件，工件仅产生弹 性变形。这一阶段由于摩擦作性变形。这一阶段由于摩擦作 用产生大量的热能使工件温度用产生大量的热能使工件温度 升高。升高。 三、磨削过程三、磨削过程 2）耕犁阶段（刻划阶段）耕犁阶段（刻划阶段） 磨粒切入工件，在工件上耕犁出沟槽，工件产生塑磨粒切入工件，在工件上耕犁出沟槽，工件产生塑 性变形，表层产生变形强化。性变形，表层产生变形强化。 3）切削阶段切削阶段 磨粒切入工件磨粒切入工件 ，使被挤压金属产生剪切滑移形成切，使被挤压金属产生剪切滑移形成切 屑。这一阶段以切削为主，也有表层变形强化。

14、屑。这一阶段以切削为主，也有表层变形强化。 3、磨削的三个阶段：、磨削的三个阶段： 光磨阶段：光磨阶段： 进给停止，由于工艺进给停止，由于工艺 系统弹性恢复，实际系统弹性恢复，实际 磨削深度并不为零，磨削深度并不为零， 增加磨削次数，磨削增加磨削次数，磨削 深度逐渐趋于零，工深度逐渐趋于零，工 件的精度和表面质量件的精度和表面质量 逐渐提高。逐渐提高。 稳磨阶段：稳磨阶段：实际磨削深度等于进给量。实际磨削深度等于进给量。 初磨阶段初磨阶段:由于工艺系统弹性变形，实际磨削深度小由于工艺系统弹性变形，实际磨削深度小 于进给量。于进给量。 磨削规律的应用磨削规律的应用 在开始磨削时，采用较大的径向进

15、在开始磨削时，采用较大的径向进 给量，压缩初磨和稳定阶段，以提高给量，压缩初磨和稳定阶段，以提高 生产效率；适当增长光磨时间，可更生产效率；适当增长光磨时间，可更 好地提高工件的表面质量。好地提高工件的表面质量。 4. 磨削力和磨削温度磨削力和磨削温度 1）磨削力的主要特征）磨削力的主要特征 切向力切向力Fc 径向力径向力Fp 轴向力轴向力Fa 其中径向力最大，直其中径向力最大，直 接影响工艺系统变形接影响工艺系统变形 和加工精度。和加工精度。 4. 磨削力和磨削温度磨削力和磨削温度 2 2）磨削热磨削热 磨削产生的高温是产生磨削表面烧伤、残余应力磨削产生的高温是产生磨削表面烧伤、残余应力 和

16、表面裂纹的原因。和表面裂纹的原因。 表面烧伤表面烧伤：指磨削过程中磨削表面层金属在高温下产指磨削过程中磨削表面层金属在高温下产 生相变，从而其硬度与塑性发生变化的现象。生相变，从而其硬度与塑性发生变化的现象。 避免烧伤的措施：避免烧伤的措施： 合理选用砂轮（合理选用砂轮（可选硬度较软，组织疏松的砂轮可选硬度较软，组织疏松的砂轮） 合理选择磨削用量（合理选择磨削用量（提高圆周进给速度和轴向进给提高圆周进给速度和轴向进给 量，减少工件与砂轮接触时间。量，减少工件与砂轮接触时间。） 采用良好的冷却措施（采用良好的冷却措施（加大冷却液流量加大冷却液流量） 四、磨削加工类型与运动四、磨削加工类型与运动

17、常用的磨削方法：常用的磨削方法： 外圆磨削外圆磨削 平面磨削平面磨削 内圆磨削内圆磨削 成型磨削成型磨削 无心外圆磨削无心外圆磨削 四、磨削加工类型与运动四、磨削加工类型与运动 纵磨法磨外圆纵磨法磨外圆周边磨削平面周边磨削平面 磨削的主运动磨削的主运动 1000 oond v c m/s 工件的切向进给运动工件的切向进给运动 VWm/s或m/min 工件轴向进给运动工件轴向进给运动 famm/r或mm/st 径向进给量径向进给量 frmm 1、外圆磨削 主运动主运动砂轮旋转砂轮旋转 进给运动进给运动工件旋转、移动工件旋转、移动 吃刀运动吃刀运动砂轮、工件的相对径向移动砂轮、工件的相对径向移动

18、工艺范围工艺范围：圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面、特殊形状回转面圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面、特殊形状回转面 磨外圆视频磨外圆视频 1、外圆磨削 外圆磨削按不同的进给方向分为纵磨海参和横磨法。外圆磨削按不同的进给方向分为纵磨海参和横磨法。 纵磨法：纵磨法：磨外圆时，工件同时作圆周进给和沿轴向作纵磨外圆时，工件同时作圆周进给和沿轴向作纵 向进给，每单行程或往复行程终了，砂轮作周期的横向向进给，每单行程或往复行程终了，砂轮作周期的横向 进给。（磨削力小，散热条件好，运用广泛）进给。（磨削力小，散热条件好，运用广泛） 横磨法：横磨法：磨外圆时，工件不作纵向进给，砂轮以缓慢的磨外圆时，工件不作纵向进

19、给，砂轮以缓慢的 速度连续或断续地沿工件径向作横向进给。速度连续或断续地沿工件径向作横向进给。 （砂轮宽度大于磨削宽度，适于成形磨削，一次行程完（砂轮宽度大于磨削宽度，适于成形磨削，一次行程完 成磨削加工全过程，效率高。磨削力大，磨削热集中。）成磨削加工全过程，效率高。磨削力大，磨削热集中。） 2、内圆磨削 主运动主运动砂轮旋转砂轮旋转 进给运动进给运动工件旋转作圆周进给，工件或砂轮纵向工件旋转作圆周进给，工件或砂轮纵向 往复移动和横向进给运动。往复移动和横向进给运动。 工艺范围：通孔、盲孔、孔口端面工艺范围：通孔、盲孔、孔口端面 磨内孔视频磨内孔视频 内圆磨削内圆磨削特点特点： 1、砂轮直径

20、小，容易磨钝，需经常修整和更换。、砂轮直径小，容易磨钝，需经常修整和更换。 2、为保证磨削速度，砂轮转速要求高。、为保证磨削速度，砂轮转速要求高。 3、砂轮轴细小，悬伸长度大，刚性差，磨削时易、砂轮轴细小，悬伸长度大，刚性差，磨削时易 弯曲和振动，加工精度弯曲和振动，加工精度 和表面粗糙度难于控制。和表面粗糙度难于控制。 2、内圆磨削 3、平面磨削 周边磨削：周边磨削： 砂轮周边为磨削工作面，砂轮周边为磨削工作面， 接触面小，发热小，排屑及接触面小，发热小，排屑及 冷却条件好，工件受热变形冷却条件好，工件受热变形 小，砂轮磨损均匀，加工精小，砂轮磨损均匀，加工精 度高，生产效率低。度高，生产效

21、率低。 端面磨削：端面磨削： 砂轮端面为磨削工作面，砂轮端面为磨削工作面， 接触面大，发热多，排屑及接触面大，发热多，排屑及 冷却条件差，工件受热变形冷却条件差，工件受热变形 大，砂轮磨损不均匀，加工大，砂轮磨损不均匀，加工 精度差，生产效率高。精度差，生产效率高。 磨平面视频 4、无心磨削、无心磨削 无心磨削是工件不定中心的磨削，有无心外圆磨无心磨削是工件不定中心的磨削，有无心外圆磨 削和无心内圆磨削两种。削和无心内圆磨削两种。 （1）工作原理）工作原理 工件放在砂轮和导轮之间，以被磨削表面为基准，工件放在砂轮和导轮之间，以被磨削表面为基准， 支承在托板上。砂轮通过摩擦力带动工件转动，导支承

22、在托板上。砂轮通过摩擦力带动工件转动，导 轮靠摩擦力旋转，砂轮与工件间有很大的速度差而轮靠摩擦力旋转，砂轮与工件间有很大的速度差而 产生磨削作用。工件中心须高出砂轮与导轮中心连产生磨削作用。工件中心须高出砂轮与导轮中心连 线，这样工件与砂轮和导轮的接触点不对称，从而线，这样工件与砂轮和导轮的接触点不对称，从而 使工件上的凸点在多次转动中逐渐磨圆。使工件上的凸点在多次转动中逐渐磨圆。 无心外圆磨削无心外圆磨削 1、砂轮；、砂轮；2、托板；、托板；3、导轮；、导轮；4、工件；、工件；5、挡块、挡块 （2 2）磨削方式）磨削方式 无心外圆磨有两种方式无心外圆磨有两种方式：贯穿磨削法（纵磨法）：贯穿磨

23、削法（纵磨法） 和切入磨削法（横磨法）。和切入磨削法（横磨法）。 贯穿磨削：贯穿磨削：导轮轴线在垂直平面内倾斜一个角度，导轮轴线在垂直平面内倾斜一个角度， 工件从前面推入两砂轮之间，在导轮与工件间的水工件从前面推入两砂轮之间，在导轮与工件间的水 平摩擦力的作用下，沿轴向移动，完成纵向进给。平摩擦力的作用下，沿轴向移动，完成纵向进给。 （适用于不带凸台的圆柱形工件，磨削长可大于或适用于不带凸台的圆柱形工件，磨削长可大于或 小于磨轮宽度，效率高。小于磨轮宽度，效率高。） 切入磨削：切入磨削：将工件放在托板和导轮之间，使磨削砂将工件放在托板和导轮之间，使磨削砂 轮横向切入进给，来磨削工件表面。导轮中

24、心线需轮横向切入进给，来磨削工件表面。导轮中心线需 偏转一个很小的角度（约定偏转一个很小的角度（约定3030）使工件在微小轴）使工件在微小轴 向摩擦力的作用下紧靠挡块，得到可靠的轴向定位。向摩擦力的作用下紧靠挡块，得到可靠的轴向定位。 外圆无心磨削方法特点：外圆无心磨削方法特点： 1 1）工件不需打中心孔，支承刚性好，磨削余量小而均）工件不需打中心孔，支承刚性好，磨削余量小而均 匀，匀，生产率高生产率高，易实现自动化，适合成批生产；，易实现自动化，适合成批生产； 2 2）加工精度高加工精度高，其中尺寸精度可达，其中尺寸精度可达IT5-IT6IT5-IT6，形状精形状精 度也比较好，表面粗糙度度

25、也比较好，表面粗糙度Ra1.25-0.16m Ra1.25-0.16m ； 3 3）不能加工断续表面不能加工断续表面，如花键、单键槽表面。，如花键、单键槽表面。 4 4）只能加工）只能加工尺寸较小形状简单的零件尺寸较小形状简单的零件。 五、磨床五、磨床 磨床是用磨料磨具磨床是用磨料磨具( (砂轮砂轮, ,砂带砂带, ,油石和油石和 研磨料研磨料) )为工具进行切削加工的机床。广为工具进行切削加工的机床。广 泛用于零件的精加工泛用于零件的精加工, ,尤其是淬硬钢件尤其是淬硬钢件, ,高高 硬度特殊材料及非金属材料硬度特殊材料及非金属材料( (如陶瓷如陶瓷) )的精的精 加工。加工。 磨床种类很多磨床种类很多, ,其主要类型有其主要类型有: :外圆外圆磨磨 床床, ,内圆内圆磨床磨床, ,平面平面磨床磨床, ,工具工具磨床，磨床，刀具刀具 和刃具和刃具磨床及各种专门化磨床磨床及各种专门化磨床. .如如曲轴曲轴磨磨 床、床、凸轮凸轮磨床、磨床、齿轮齿轮磨床、磨床、螺纹螺纹磨床等。磨床等。 此外还有珩磨机此外还有珩磨机, ,研磨机和超精加工机床研磨机和超精加工机床 等。等。 1、外圆磨床、外圆磨床 主要