第十四章 磨削与砂轮

1、本章要求 （1）掌握磨削运动及砂轮的组成要素；（2）掌握磨削的过程；（3）掌握磨削表面质量、影响因素及其改善措施。1、工件旋转进给运动2、工件相对砂轮的轴向进给运动3、砂轮径向进给运动 应用范围很广，目前，磨削主要用于精加工和超精加工。按加工精度不同可分为： 1）普通磨削：Ra 0.80.2m； 2）精密磨削：Ra 0.80.2m； 3）超精密磨削：Ra 0.80.2m。一、砂轮的组成要素1-砂轮 2-结合剂 3-磨粒4-磨屑 5-气孔 6-工件 砂轮是用结合剂将磨粒固结成一定形状的多孔体。1、磨料担负磨削时的主要切削工作。磨料有天然磨料和人造磨料两大类。磨削硬材料时，选硬度高的磨料。2、粒度

2、磨粒的大小。 粗磨料（筛分发区别）：粒度号是以能通过的筛网上1英寸长度上的筛孔数。粒度号越大，则磨粒越细。如：60 # 的磨粒表示其大小刚好能通过每英寸长超硬磨具度上有60孔眼的筛网。 微粉（沉降法区别）：粒度号是以磨粒的实际尺寸表示。粒度号越大，微粉颗粒越粗。如W20表示微粉的实际尺寸为20m。3、结合剂 砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力主要决定于结合剂的性能。 一般来说磨削硬材料时，选用软砂轮；磨削软材料时，选用硬砂轮。这是因为：硬材料，易使磨粒磨钝，需用较软的砂轮以使磨钝的磨粒及时脱落，使砂轮保持有锋利的磨粒。磨软材料时，为了充分发挥磨粒的切削作用，应选硬一些的砂轮。4、硬度5、

3、组织 砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在磨削力作用下脱落的难易程度。砂轮的硬度软，表示砂轮的磨粒容易脱落，砂轮的硬度硬，表示磨粒较难脱落。砂轮的硬度和磨料的硬度是两个不同的概念。同一种磨料可以做成不同硬度的砂轮，它主要决定于结合剂的性能、数量以及砂轮制造的工艺。砂轮的组织是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。通常以磨粒所占砂轮体积的百分比来分级。砂轮有三种组织状态：紧密、中等、疏松；细分成0-14号间，共15级。组织号越小，磨粒所占比例越大，砂轮越紧密；反之，组织号越大，磨粒比例越小，砂轮越疏松。二、砂轮的形状、尺寸和标志表14-2常用砂轮的形状、代号及主要用途代号名称断面形状形

4、状尺寸标记主要用途1平面砂轮1DTH磨外圆、内孔、平面及刃磨刀具2筒形砂轮2DTW端磨平面4双斜边砂轮4DT/UH磨齿轮及螺纹6杯形砂轮 6DTH-W，E端磨平面，刃磨刀具后刀 面表14-2 常用砂轮的形状、代号及主要用途（续）代号名称断面形状形状尺寸标记主要用途11碗形砂轮11D/JTHW，E，K 端磨平面，刃磨刀具后刀面12a碟形一号砂轮12aD/JT/UHW，E，K刃磨刀具前刀面41薄偏砂轮41DTH切断及磨槽 注：所指表示基本工作页面。 三、SG砂轮与TG砂轮四、人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮1、人造金刚石砂轮2、立方氮化硼砂轮金刚石砂轮的构造1-磨料层 2-过渡层 3-基体一、砂轮的

5、形貌砂轮上磨粒的形状a）外形 b）典型磨粒断面二、磨削过程分析1）砂轮开始接触工件时：由于工艺系统的弹性变形，实际背吃刀量比磨床刻度盘显示的径向进给量小。2）初磨阶段：工艺系统弹性变形达到一定程度，继续径向进给，实际背吃刀量基本等于径向进给量。3）稳定阶段： 磨去主要加工余量后，可以减少径向进给量或完全不进给再磨一段时间。实际背吃刀量大于径向进给量。4）清磨（光磨）阶段： 为了提高磨削精度和表面质量。二、磨削过程分析磨粒的切削过程：二、磨削过程分析磨削时磨粒的切削层和工件表面的微观形状1-某次磨削所得的表面 2-后一次磨削所得表面3-某磨粒所切削的材料断面积 工件表面粗糙度由砂轮的形貌和磨削用

6、量决定。磨削优点： 精度高，表面粗糙度小。磨削缺点： 切除单位体积切屑所消耗的功率大；磨削表面变形、烧伤、应力比较大。磨削过程的特点概括起来主要有以下几点：1.磨削速度高，因此被磨削的金属变形速度很快，在磨削区内短时间大量地发热，温度很高，易使工件加工表面层发生变化。2.磨削过程复杂。磨削所用刀具为砂轮，砂轮可以看作为许多刀齿随机分布的多齿刀具，使磨削过程复杂化。3.冷作硬化严重。磨粒多数是在负前角情况下切削，且带有较大的钝圆半径，使工件表层金属经强烈的挤压变形，冷作硬化严重。4.单个磨粒的切削厚度很小，可以得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度。磨粒的自砺作用。磨钝的磨粒在磨削力作用下会产生开

7、裂和脱落，使新的锐利刀刃参加切削，有利于磨削加工。 三、磨削厚度分析1、理想平均磨削厚度)/1/1 (60wrcwDDDfmvvhav2、当量平均磨削厚度BvffvhcarwDav60四、磨削力五、磨削阶段1、初磨阶段（）2、稳定阶段（）3、清磨阶段（） 开始磨削时采用较大径向进给量以提高生产率；最后阶段采用无径向进给磨削以提高工件质量。六、恒压力磨削与恒功率磨削1、恒压力磨削2、恒功率磨削 影响因素磨削速度、进给量等。七、磨削温度磨削区域的平均温度。八、砂轮的磨损与修整1、磨粒的磨损2、磨粒的破碎3、砂轮表面阻塞4、砂轮轮廓失真 发现砂轮失去磨削能力时：修整砂轮！磨粒的磨损、破碎和脱落一、表

8、面粗糙度1、影响因素2、磨削振动磨削时磨粒的切削层和工件表面的微观形状1-某次磨削所得的表面 2-后一次磨削所得表面3-某磨粒所切削的材料断面积二、表面烧伤a）磨削温度与烧伤颜色 b）烧伤颜色与表面变形层深度 烧伤的程度：轻重其颜色依次分为“浅黄-黄-褐-紫-青”深色者为严重烧伤，肉眼可分辨，浅色者为轻度烧伤，须经酸洗后才能显现。二、表面烧伤磨削淬硬钢时表面烧伤层硬度变化避免烧伤措施：避免烧伤措施： 1）合理选用砂轮； 2）合理选用磨削量； 3）充分冷却； 4）改进磨床结构，精确控制砂轮的切入量。三、表面残余应力 表面残余应力的原因：表面残余应力的原因：（1）金属组织相变引起的体积变化 磨削时

9、，磨削温度使表层组织，体积膨胀，于是里层产生残余拉应力，表层产生残余压应力。（2）不均匀的热胀冷缩 磨削时，表层与里层温度相差较多。（3）残留的塑性变形 磨粒切削、刻划磨削表面后，在磨削速度方向，使工件表面上存在着残余拉应力；在垂直于磨削速度方向，由于磨粒挤压金属所引起的变形受两侧材料的约束，工件表面上存在着残余压应力。三、表面残余应力因磨削表面塑性变形二产生的残余应力比较有效的措施：采用立方氮化硼砂轮、减小砂轮切入量，采用切削液，增加清磨次数等。一、深切缓进给磨削（蠕动磨削）深切缓进给磨削实例a）燃气轮机叶片 b）三爪自定心卡盘的卡爪1、特点： 1）磨削弧面大，切削磨粒多，生产率比普遍磨削高

10、35倍。 2）不需要无数次撞入工件端部锐边，较长时间保持砂轮的轮廓清晰度。 3）磨削力很大，磨削温度很高，共建表面易烧伤，磨床容易振动。2、必须采取的措施： 1）要采用顺磨。 2）要选用超软的、粒度号小、组织号大的或大气孔砂轮。 3）对磨床要求功率大（砂轮电动机功率为0.21.0 kw/mm砂轮宽）二、超精密磨削与镜面磨削必须采取的措施：必须采取的措施：1）要采用高精度磨床。2）超精密磨削使用棕刚玉、白刚玉或微晶刚玉磨料，粒度F60F80陶瓷结合剂，硬度F、L的砂轮。3）砂轮要用金刚石笔精细修整。4）对前道工序工件的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度都有较高要求。表面粗糙度在Ra0.050.01

11、m的表面磨削方法三、砂带磨削砂带磨削的几种形式a)磨外圆b)磨平面c)无心磨d)自由磨削e)砂带成形磨削1-工件2-砂带3-张紧轮4、5、6-导轮7-成形导向板砂带结构1工件2底胶3复胶4磨粒砂带磨削特点： 1）磨粒颗颗锋利且磨削面积大，固生产率高、适用面广（磨木材、皮革、石料、陶瓷等）。 2）砂带有弹性，不易造成磨削烧伤和变形，加工质量好。 3）能贴住成形表面磨削，可磨削复杂型面。 4）砂带磨床结构简单，消耗功率小，但占地面积较大，噪音大。 5）不能磨削小孔、深孔，不通孔、齿轮等。 6）砂带要经常更换，砂带消耗量大。一、石材人造金刚石圆锯片节块式人造金刚石圆锯片a）宽槽形 b）窄槽形主要尺寸

12、：主要尺寸：名义直径D、名义宽度T 和齿数Z。二、成型磨轮烧结类人造金刚石成型磨轮电镀类人造金刚石成型磨轮a）电镀类人造金刚石成型磨轮照片 b）磨制大理石花边部分形状窄槽形三、抛光磨轮树脂人造金刚石成型磨盘a）树脂结合剂人造金刚石成型磨盘 b）树脂填埋金属结合剂人造金刚石成型磨盘树脂结合剂人造金刚石抛光轮和磨头a）抛光轮 b）磨头一、切削部分后刀面的重磨圆柱铣刀重磨示意图1、铣刀的重磨0sin2DH 铰刀的重磨和研磨示意图a）重磨 b）研磨1研磨套 2外套 3调节螺钉2、铰刀的重磨用砂轮的圆柱面重磨后角2、铰刀的重磨0sin2lunDH 二、切削部分前刀面的重磨铲齿成形铣刀刃磨时砂轮与铣刀的相对位置1、成形铣刀的重磨sin2DA 工具磨床上加装附件来刃磨齿轮滚刀2、齿轮滚刀的重磨三、其它带柄刀具的刃磨和重磨概述用人造金刚石砂轮刃磨硬质合金玉米铣刀的前刀面刃磨重磨钻头后刀面的锥磨法、螺旋磨法、平面磨法。各种专用刃磨重磨工具与机床（如专用群钻刃磨机床）。丝锥重磨。五轴联动CNC磨床刃磨硬质合金带柄刀具思考题：思考题：1.简述磨削加工的主要特点。2.砂轮有哪些组成要素?如何选择砂轮硬度?什么是砂轮组织号?它对砂轮性能有什么影响？磨料粒度号