第3章 磨削加工技术

1、第三章第三章 磨削加工技术磨削加工技术 3.1 磨削原理磨削原理3.2 精密和超精密磨削精密和超精密磨削3.3 缓进给磨削缓进给磨削3.4 砂带磨削砂带磨削2021年年10月月27日日之徐之徐印锋印锋第三章第三章 磨削加工技术磨削加工技术 3.1 磨削原理磨削原理GrindingAbrasive Machining 3.1 3.1 磨削加工机理磨削加工机理磨削加工磨削加工 采用固结硬质磨料工具或游离的硬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质磨料对工件进行切除的加工方法l精度：精度：IT5IT7lRa1.250.08 ml精密磨削精密磨削RaFz，工艺系统变形大，工艺系统

2、变形大，实际，实际ap 去除率去除率，F，lNg: 砂轮圆周上每毫米的磨粒数砂轮圆周上每毫米的磨粒数, Ng= acgmaxlVw:工件速度，工件速度， Vw = acgmax lVs: 砂轮速度，砂轮速度， Vs = acgmax lfr : 径向进给，径向进给，fr = acgmax lds: 砂轮直径，砂轮直径， ds = acgmax srgswcgdfNvva2max3.1.4 磨削温度及磨削烧伤磨削温度及磨削烧伤1. 基本概念基本概念 磨粒磨削点温度磨粒磨削点温度 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

3、，是磨削中温度最高的部位，可达1000100014001400，也，也是磨削热的主要热源。是磨削热的主要热源。 砂轮磨削区温度砂轮磨削区温度 砂轮磨削区温度是砂轮与工件接触区的平均温度。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。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 工件平均温升是磨削热传入工件而引起的温升。工件平均温升是磨削热传入工件而引起的温升。2. 磨削烧伤及控制磨削烧伤及控制(1) 磨削烧伤磨削烧伤 定义：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

4、分类：根据烧伤形貌分类：l全面烧伤：零件的整个表面被烧伤全面烧伤：零件的整个表面被烧伤l斑状烧伤：表面上出现分散的烧伤斑点斑状烧伤：表面上出现分散的烧伤斑点l线条状烧伤：整个零件表面有线条形烧伤线条状烧伤：整个零件表面有线条形烧伤 根据显微组织分类：根据显微组织分类：l回火烧伤回火烧伤l淬火烧伤淬火烧伤l退火烧伤退火烧伤(2) 磨削烧伤及控制磨削烧伤及控制烧伤烧伤类型类型 产生原因产生原因硬度硬度防止措施防止措施淬火淬火烧伤烧伤温度超过相变温度（温度超过相变温度（720），急剧冷却，产生硬度更高，急剧冷却，产生硬度更高的二次淬火马氏体组织的二次淬火马氏体组织提高提高l 减少磨削热的减少磨削热的

5、产生加速磨削产生加速磨削热传散；热传散；l 选用正确的砂选用正确的砂轮轮l 选用合理磨削选用合理磨削用量合适的冷用量合适的冷却方式。却方式。 退火退火烧伤烧伤温度超过相变温度（温度超过相变温度（720），冷却缓慢，产生退火组织，冷却缓慢，产生退火组织 降低降低 回火回火烧伤烧伤温度未超过相变温度（温度未超过相变温度（720），但超过马氏体的转变温），但超过马氏体的转变温度（度（300），产生回火组织），产生回火组织 降低降低 第三章第三章 磨削加工技术磨削加工技术 3.2 精密和超精密磨削精密和超精密磨削Precision Grinding &Ultra-Precision Grind

6、ing 3.2.1 精密磨削加工精密磨削加工精密磨床精密磨床细粒度砂轮细粒度砂轮精修砂轮精修砂轮磨痕极其微细磨痕极其微细残留高度极小残留高度极小加工精度为加工精度为10.1 mRa为为0.20.025 m 磨粒微刃性磨粒微刃性磨粒等高性磨粒等高性普通砂轮精密磨削普通砂轮精密磨削1) 精密磨削机理精密磨削机理 微刃的微切削作用微刃的微切削作用 切削的刃口增多，深度减小，切削的刃口增多，深度减小，Ra 微刃的等高切削作用微刃的等高切削作用(a)(a)砂轮砂轮 (b)(b)磨粒磨粒 (c) (c) 微刃微刃 ( (锐利、半钝化、钝化锐利、半钝化、钝化) ) 磨粒具有微刃性和等高性磨粒具有微刃性和等高

7、性1) 精密磨削机理精密磨削机理 微刃的滑擦、挤微刃的滑擦、挤压、抛光作用压、抛光作用 弹性变形的作用弹性变形的作用l FyFzFx l 砂轮具有退让性，砂轮具有退让性，反复光磨提高精度反复光磨提高精度fr名名粗磨阶段粗磨阶段tm1光磨阶段光磨阶段tm3稳定阶段稳定阶段tm2frfr实实0fr名名0fr名名粗磨阶段粗磨阶段tm1光磨阶段光磨阶段tm3稳定阶段稳定阶段tm2frfr名名粗磨阶段粗磨阶段tm1光磨阶段光磨阶段tm3稳定阶段稳定阶段tm2粗磨阶段粗磨阶段tm1光磨阶段光磨阶段tm3稳定阶段稳定阶段tm2frfr实实0fr名名0(2) 精密磨削砂轮及砂轮的修整精密磨削砂轮及砂轮的修整

8、精密磨削砂轮精密磨削砂轮 磨料：易于产生和保持微刃及其等高性磨料：易于产生和保持微刃及其等高性 钢和铸铁：刚玉类磨料钢和铸铁：刚玉类磨料 有色金属：碳化硅有色金属：碳化硅 粒度：粒度：46#60# 结合剂：结合剂：金属类、陶瓷类结合剂金属类、陶瓷类结合剂 精密磨削砂轮的修整精密磨削砂轮的修整金刚石笔修整器金刚石笔修整器l修整导程：修整导程：1015mm/minl修整深度：修整深度：2.5m/str 初修初修l修整修整 精修精修 光修光修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精密磨削砂轮的修整金刚石滚轮修整金刚石滚轮修整l烧结或电镀金刚石滚轮烧结或电镀金刚

9、石滚轮l修整时间短修整时间短 精密磨削砂轮的修整精密磨削砂轮的修整金刚石滚轮修整金刚石滚轮修整l烧结或电镀金刚石滚轮烧结或电镀金刚石滚轮l修整时间短修整时间短 磨削用量磨削用量l砂轮速度：砂轮速度：1530m/s l工件速度：工件速度：612m/min l工件纵向进给：工件纵向进给：0.060.5mm/r l磨削深度：磨削深度：0.62.5m/str l走刀次数：走刀次数：23str2. 超硬磨料砂轮磨削超硬磨料砂轮磨削 超硬磨料砂轮超硬磨料砂轮 金刚石砂轮金刚石砂轮 立方氮化硼砂轮立方氮化硼砂轮 特点特点 适合高硬度，高脆性和非金属材料适合高硬度，高脆性和非金属材料 磨削能力强磨削能力强 磨

10、削力小，磨削温度低磨削力小，磨削温度低 磨削效率高磨削效率高 加工成本低加工成本低 磨削工艺磨削工艺 磨削用量磨削用量 磨削液磨削液 砂轮修整砂轮修整 磨削速度：磨削速度：1230m/s 磨削深度：磨削深度：0.0010.01 工件速度：工件速度：1020m/min 纵向进给速度：纵向进给速度：0.451.5m/min 整形：车削法，磨削法整形：车削法，磨削法修锐：挤压滚扎，喷射、电加工法修锐：挤压滚扎，喷射、电加工法v= 27 m/s6420-2-4-60204681012弹性区塑性区切削区工件切入角实际磨削轨迹理想磨削轨迹弹性区塑性区切削区塑性区弹性区接触终点2=6.8切入角/（）接触长度

11、/ mm3.2.2 超精密磨削加工超精密磨削加工1. 超精密加工的机理超精密加工的机理l加工精度达到加工精度达到0.1 m以下、以下、Ra0.025 m 2. ELID镜面磨削镜面磨削(1) 基本原理基本原理使用使用ELID磨削，冷却液为特殊电解液。通电后，砂轮结磨削，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连续进行，砂轮在整个磨削过程保持锋利状态进给电源金刚石砂轮（铁纤

12、维结合剂）冷却液冷却液电刷(2) ELID磨削的特点磨削的特点 l良好的稳定性良好的稳定性l提高了贵重磨料的利用率提高了贵重磨料的利用率l良好的可控性良好的可控性l镜面磨削，残留裂纹少镜面磨削，残留裂纹少(3) ELID磨削的必备装置磨削的必备装置 l具有较高主轴回转精度的磨床。具有较高主轴回转精度的磨床。l良好的导电性和电解性能的砂轮良好的导电性和电解性能的砂轮l电源装置电源装置l电解液电解液日本 KOGE (4) 适用范围适用范围l电子材料和磁性材料的镜面磨削电子材料和磁性材料的镜面磨削l光学材料的镜面磨削及难加工光学材料的研磨抛光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

13、前的镜面磨削等l陶瓷材料的镜面磨削陶瓷材料的镜面磨削l高硬度钢铁及其复合材料以及硬质合金的镜面磨削高硬度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超精密磨削的特点及应用金刚石砂轮磨削光学玻璃金刚石砂轮磨削光学玻璃树脂结合剂砂轮树脂结合剂砂轮磨粒粒度：磨粒粒度：6-12m磨削深度：磨削深度：4m进给速度：进给速度：6mm/min粗糙度粗糙度Ra：1.04nm3. 超精密磨削的特点及应用超精密磨削的特点及应用ELID镜面磨削镜面磨削实验室：实验室： Ra1-2 nm 工业应用：工业应用： Ra10 50 nm 玻璃表面玻璃表面SEM图像图像玻璃表面玻璃表面AFM图像图像4.

14、 超精密磨削对机床环境的要求超精密磨削对机床环境的要求l高精度高精度 l高刚度高刚度 l稳定性稳定性l微量进给装置微量进给装置l计算机数控计算机数控 l有良好过滤的磨削液有良好过滤的磨削液l超稳定加工环境条件超稳定加工环境条件和超净化空间和超净化空间 l防振系统防振系统第三章第三章 磨削加工技术磨削加工技术 3.3 缓进给磨削缓进给磨削Creep feed grinding3.3 缓进给磨削缓进给磨削l缓进给深切磨削缓进给深切磨削（强力磨削，重负荷磨削，蠕动磨削）（强力磨削，重负荷磨削，蠕动磨削）l 缓进给：普通磨削的缓进给：普通磨削的10-2 10-3l 大切深：普通磨削的大切深：普通磨削的

15、102 103l 磨削效率是普通磨削的磨削效率是普通磨削的35倍倍l Ra0.20.4m；精度；精度 25 m3.3.1缓进给磨削加工的特点缓进给磨削加工的特点磨削方式 深切缓进给磨削 普通往复式磨削 纵向进给速度 vf /(mmmin-1) 粗磨:300 精磨:1200 15000 切削距离 ls /mm 125 575 切入与超出距离(ls+lb)/mm 60 330 工作台移动距离L(=ls+ls+lb)/mm 185 905 径向进给量 fr/mm 粗磨:3.4 精磨:0.6 粗磨:0.03 精磨:0.015 每走刀一次切削时间/s 粗磨:37 精磨:10 3.6 走刀次数 粗磨 1

16、精磨 1 粗磨 120 精磨 26 12 件总切削时间/s 188 40 每件切削时间/s 16 45 砂轮修整总量/mm 0.32 0.64 025. 0010 025.001005.004 05.00425 25材料：W6Mo5Cr4V2Al 6668HRC 材料：W6Mo5Cr4V2Al 6668HRC 简 图 简 图 1.25 1.25 0.63 一次加工 3 件 l b l a l s 一次加工 12 件 l b l a l s 1. 缓进给磨削存在的问题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；烧伤程度往往比较

17、严重；(2) 烧伤存在某种程度的突然性。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缓进给磨烧伤的沸腾换热理论l0qqa，l对流换热阶段对流换热阶段 lqa q qlim，l成膜沸腾阶段成膜沸腾阶段l突发烧伤突发烧伤 0 lim qlim d c a /() 热流密度 q/ (Wmm-2) 成膜温度 qa b qc 始终保持磨削过程中磨粒始终保持磨削过程中磨粒的锋利，可以避免烧伤的锋利，可以避免烧伤3. 缓进给磨削加工的特点缓进给磨削加工的特点l磨削深度大，砂轮与工件接触弧较长。磨削深度大，砂轮与工件接触弧较长。l缓进给磨削是大切深、一次进给，进给速度比较低。缓进给磨削是大切深

18、、一次进给，进给速度比较低。l产生大量磨削热，易烧伤，应配有强冷却。产生大量磨削热，易烧伤，应配有强冷却。l生产效率高。生产效率高。l可以直径磨削难加工的材料至尺寸要求。可以直径磨削难加工的材料至尺寸要求。l磨削精度高和表面质量好。磨削精度高和表面质量好。l参加切削磨粒数多，总磨削力及功率大。参加切削磨粒数多，总磨削力及功率大。3.3.2 缓进给磨削工艺缓进给磨削工艺1. 连续修正连续修正l边磨削边再成形和修锐砂轮边磨削边再成形和修锐砂轮l省去了砂轮修整，提高省去了砂轮修整，提高了磨削效率；了磨削效率；l最长磨削长度取决于磨最长磨削长度取决于磨床可利用的磨削长度；床可利用的磨削长度；l比磨削能

19、降低，磨削力比磨削能降低，磨削力及磨削热均降低及磨削热均降低 d r n r v1(t)=2vfrd+vfr v2(t)= vfrd+vfr ys1 yr1 n w d w1 d s1 v f r ns1 f r 2. 强化换热强化换热l冷却液应以一定压力和流量送入磨削区而起到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强冷却作用，冲掉附着砂轮表面的部分丝状磨屑。屑。磨削磨削弧区采用径向射流射流冲击强化换热3. 大气孔砂轮大气孔砂轮l容屑空间容屑空间l接触面积接触面积l摩擦力摩擦力l磨削力，功率磨削力，功率l冷却效果冷却效果第三章第三章 磨削加工技术磨削加工技术 3.4 砂带磨削加工砂带磨削加工Belt Grinding用于磨削管件的砂带磨床（带有行星系统）用于磨削管件的砂带磨床（带有行星系统）3.4.1 砂带的特点及制备砂带的特点及制备1. 砂带的构成及特点砂带的构成及特点l构成：构成：基体基体 结合剂结合剂 磨料磨料l砂带在一定工作压力下与工件接触并作相对运砂带在一定工作压力下与工件接触并作相对运动，进行磨削或抛光动，进行磨削或抛光磨粒规格涂层粘接剂基带砂带结构2. 砂带的制备砂带的制备l静电植砂是利用高压静电植砂是利用高压静电场使磨粒成为带静电场使磨粒成为带电