第6次课 第三章精密磨削加工(2)

1、江苏省惠山中等专业学校 教 案执教者科 目特种加工班 级课 题第三章 精密磨削加工（2）课 型讲授时 间地 点本班教室教学目标1.掌握磨削加工的加工机理；2.会根据加工情况合理选择砂轮、冷却液及磨削参数等；教学重点根据加工情况合理选择砂轮、冷却液及磨削参数等教学难点掌握磨削加工的加工机理学情分析对于磨削加工比较陌生，尤其对于磨削加工机床结构更陌生，但因参加过车工实习，对于砂轮还不陌生，对于材料的加工特性不陌生，对于磨削加工有定的感性认识。教学环节教 学 内 容师生双边活动导 入新 授3.2磨削加工机理精密磨削是指加工精度为l0.1m、表面租糙度Ra值达到0.20.025m，又称低粗糙度值磨削。

2、它是用微小的多刃刀具削除细微切屑的一种加工方法。一般是通过氧化铝和胶化硅砂轮来实现的。3.2.1磨削过程及磨削力1.磨削过程砂轮中的磨料磨粒是不规则的菱形多面体，顶锥角在80°145°范围内，但大多数为90°120°。磨粒在砂轮表面的分布是随机的。一般磨削时只有10%的磨粒参加切削，切削深度分布在某一范围内，使各个磨粒承受的压力不同，磨粒表现出四种切削形态。一带而过的摩擦，工作表面仅留下一条痕迹；发生塑性变形，擦出一条两边隆起的沟纹；或者犁出一条沟，两边翻边；或者切下切屑，其形状随磨粒切削刃形状、工件材料、切削深度、切削速度而变化。钝化的磨粒受力增大，超

3、过自身强度则被挤碎，裸露出新的锋利刃口，高磨粒掉落使低磨粒得以参加切削。2.精密磨削机理1）磨粒的微刃性在精密磨削中，通过较小的修整导程和修整深度来精细地修整砂轮，使磨粒具有较好的微刃性（即磨粒产生微细的破碎，而且形成细而多的切削刃）。这种砂轮磨削时，同时参加切削的刃口增多，深度减小，微刃的微切削作用形成了小粗糙度值的表面。2）磨粒的等高性微刃是由砂轮的精细修整形成的，分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多，等高性好（即细而多的切削刃具有平坦的表面）。3）微刃的滑擦、挤压、抛光作用砂轮修整后出现的微刃切削开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加微刃逐渐钝化、同时等高性得到改善。这时切削作用

4、减弱，滑擦、挤压、抛光作用增强。磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑擦和挤压将工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度值。在同样的磨削压力下，单个微刃受的挤压小，刻划深度小。4）弹性变形的作用在磨削加工中，砂轮的切削深度虽只有l20m，但由于单位磨削力比较大，所以总磨削力是很大的。3.磨削力单个磨粒切除的材料虽然很少，但一个砂轮表面层有大量磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，绝大多数为负前角切削，因此总的磨削力相当大。4.单个磨粒的切削厚度为便于分析，可以将砂轮看成是一把多齿铣刀，现以平面磨削为例说明磨削中单个磨粒的切削厚度。3.2.2磨削温度与磨削液1.磨削温度1）磨削温度的基本概念磨削时由

5、于磨削速度很高，而且切除单位体积金属所消耗的能量也高（约为车削时的1020倍）。2）影响磨削温度的主要因素（1）砂轮速度v。砂轮速度增大，单位时间内的工作磨粒数将增多，单个磨粒的切削厚度变小，挤压和摩擦作用加剧，滑擦显著增多。此外还会使磨粒在工件表面的滑擦次数增多,所有这些都将促使磨削温度升高。（2）工件速度vw。工件速度增大就是热源移动速度增大，工件表面温度可能有所降低，但不明显。这是由于工件速度增大后，增大了金属切除量，从而增加了发热量。（3）径向进给量fr。径向进给量的增大，将导致磨削过程中磨削变形力和摩擦力的增大量的增多和磨削温度的升高。（4）工件材料。金属的导热性越差，则磨削区的温度

6、越高。对钢来说，含碳量高则导热性差。铬、镍、铝、硅、锰等元素的加入会使导热性显著变差。合金的金相组织不同，导热性也不同，按奥氏体、淬火和回火马氏体、珠光体的顺序变化。磨削冲击韧度和强度高的材料，磨削区温度也比较高。（5）砂轮硬度与粒度。用软砂轮磨削时的磨削温度低；反之则磨削温度高。2.磨削液在磨削过程中，合理使用磨削液可降低磨削温度并减少磨削力，减少工件的热变形，减小已加工表面的粗糙度值，改善磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。3.2.3磨削质量和裂纹控制为了获得在尺寸精度、形状精度及表面质量等方面都十分满意的机械零件，从毛坯开始起就进行一系列复杂的机械加工过程。1.磨削加工后的表面粗糙度1

7、）几何因素的影响磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的大量极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可以认为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面的粗糙度值越小。2）物理因素的影响表面层金属的塑性变形砂轮的磨削速度远比一般切削加工的速度高得多，且磨粒大多为负前角、磨削比压大，磨削区温度很高，工件表层温度有时可达900，工件表层金属容易产生相变而烧伤。（1）磨削用量。砂轮速度越高，就有可能使表层金属塑性变形的传播速度大于切削速度，工件材料来不及变形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面的粗糙度值将明显减小；工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大；磨削深度

8、对表层金属塑性变形的影响很大。增大磨削深度，塑性变形将随之增大，被磨的表面粗糙度值会增大。（2）砂轮的选择。砂轮的粒度、硬度、组织和材料的选择不同，都会对被磨工件表层金属的塑性变形产生影响，进而影响表面粗糙度。砂轮的组织是指磨粒结合剂和气孔的比例关系。紧密组织中的磨粒比气孔小，在成形磨削和精密磨削时，能获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软材料和热敏材料（磁钢、不锈钢、耐热钢等），可获得较小的表面粗糙度值。一般情况下，应选用中等组织的砂轮。砂轮材料的选择也很重要。砂轮材料选择适当，可获得满意的表面粗糙度值。氧化物（刚玉）砂轮适用于磨削钢类零件；炭化物（

9、炭化硅、炭化硼）砂轮适于磨削铸铁、硬质合金等材料；用高硬磨料（人造金刚石、立方氮化硼等）砂轮磨削可获得极小的表面粗糙度值，但加工成本很高。此外，磨削液的作用十分重要。对于磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因素的影响往往占主导地位。因此，必须采取切实可行的措施，将磨削液送入磨削区。2.磨削加工后的表面层金属力学物理性能由于受到磨削力和磨削热的作用，表面金属层的力学物理性能会产生很大变化，最主要的变化是表层金属显微硬度的变化，金相组织的变化和在表层金属中产生残余应力。1）加工表面层的冷作硬化机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度增加，

10、统称为冷作硬化或强化。表层金属冷作硬化的结果会增大金属变形的阻力，减小金属的塑性，金属的物理性质（如密度、导电性、导热性等）也有所变化。金属冷作硬化的结果，使金属处于高能位不稳定状态，只要一有条件，金属的冷硬结构本能地向比较稳定的结构转化，这些现象统称为弱化。机械加工过程中产生的切削热将使金属在塑性变形中产生的冷硬现象得到恢复。由于金属在机械加工过程中同时受到力因素和热因素的作用，机械加工后表面层金属的最后性质取决于强化和弱化两个过程的综合。评定冷作硬化的指标有下列三项。表层金属的显微硬度HV。硬化层深度h（m）。硬化程度N：N=（HVHV0）/HV0×100%式中， HV0为工件内

11、部金属原来的硬度。影响磨削加工表面冷作硬化的因素有下列几项。（1）工件材料性能的影响。分析工件材料对磨削表面冷作硬化的影响，可以从材料的塑性和导热性两个方面着手进行。（2）磨削用量的选择。加大磨削深度，磨削力随之增大，磨削过程的塑性变形加剧，表面冷硬倾向增大。（3）砂轮粒度的影响。砂轮的粒度越大，每颗磨粒的载荷越小，冷硬程度也越小。冷作硬化的测量主要是指表面层的显微硬度HV和硬化层深度h的测量，硬化程度N可由表面层的显微硬度HV和工件内部金属原来的显微硬度HV0通过公式计算求得。磨削淬火钢时，在工件表面层形成的瞬时高温将使表层金属产生以下三种金相组织变化。（1）如果磨削区的温度未超过淬火钢的相

12、变温度（碳钢的相变温度为720）。但已超过马氏体的转变温度（中碳钢为300），工件表层金属的马氏体将转化为硬度较低的回火组织（索氏体或马氏体），称为回火烧伤。（2）如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属会出现二次淬火马氏体组织。硬度比原来的回火马氏体高；在它的下层因冷却较慢出现了硬度比原来的回火马氏体低的回火组织（索氏体或马氏体），这称为淬火烧伤。（3）如果磨削区温度超过了相变温度而磨削过程又没有冷却液，表层金属将产生退火组织，表层金属的硬度将急剧下降，这称为退火烧伤。改善磨削烧伤的工艺途径有以下三种。正确选择砂轮。合理选择磨削用量。改善冷却条件。3）表面金属的残余应力机械加工时，在加工表面的金属层内有塑性变形产生，使表层金属的比热容增大，不同的金相组织具有不同的密度，也就会具有不同的比热容。在磨削淬火钢时，因磨削热有可能使表层金属产生回火烧伤，工件表层金属组织将由马氏体转变为接近珠光体的托氏体或索氏体，表层金属密度增大。比热容减小，表面层金属由于相变而产生的收缩受到基体金属的阻碍，因而在表层金属产生拉伸残余应力，里层金属则产生与之相平衡的压缩残余应力。如果磨削时表层金属的温度超过相变温度且冷却又很充分，表层金属将因急冷形成淬火马氏体，密度减小比热容增大，因此使表面金属产生压缩残余应力，而里层金属则产生拉伸残余应力。磨削加工中，塑性变形严重且热量大，工