机械制造工程学

机械制造工程学南通大学机械工程学院（5）第四章磨削加工基础第一节磨削运动与砂轮

一、磨削运动外圆磨削运动主运动径向进给量轴向进给量工件速度磨削时，一般有四个运动：(1)主运动Vc：是砂轮的旋转运动。主运动速度是砂轮外圆的线速度:(2)径向进给量

fr(mm/s)or(mm/dstr)(3)轴向进给量

fa(mm/r)(4)工件速度vw(mm/s)二、磨削用量的选择磨削用量与一般切削用量的选择不同

磨削用量的选择原则通常是在保证工件表面质量的前提下尽量提高生产率，一般磨床的磨削速度v是固定不变的，所以不必选择，因此首先选较大的工件速度vw,再选轴向进给量fa，最后才选径向进给量fr。

Vw→fa→fr三、砂轮的特性砂轮的特性由下列五个因素来决定：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。1、磨料

常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三类。P29表2-1氧化物系适合磨削：各类钢—主要成份AI2O3碳化物系适合磨削：铸铁、硬质合金—主要成份碳化硅,碳化硼

高硬磨料系—主要成份人造金刚石,立方氮化硼砂轮工件气孔结合剂磨屑磨粒2、粒度

粒度表示磨粒的大小程度。P30表2-260#指磨粒刚可通过每英寸长度上有60个孔眼的筛网.

当磨粒的直径小于40μm时，这些磨粒称为微粉。选用:粗磨,工件材料软,塑型大,磨削面积大——粗磨粒P31表2-33、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度。

陶瓷结合剂（Vitrified，代号V）大多数砂轮采用

v<35m/s

树脂结合剂（Bakelite，代号B）

多用高速磨削,切断,开槽

橡胶结合剂（Rubber，代号R）

多用无心磨床的导轮,切断,开槽,

抛光砂轮

金属结合剂（Metal，代号M）

主要用于制作金刚石砂轮

4、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度。

由软到硬共分14级P32表2-4选择砂轮硬度时，可参照以下几条原则：

工件硬度：硬—软

加工接触面：大—软

精磨和成形磨削—硬

砂轮粒度大小砂轮粒度号大—软

工件材料有色金属,橡胶,树脂—软5、组织

砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者的比例关系

砂轮的组织级别可分为紧密、中等、疏松三大类别。

P32表2-5砂轮的端面上一般都印有标志，例如GZ60SV6P300×30×75，即代表该砂轮的磨料是：6、砂轮形状

P33表2-6

GZ棕刚玉，

6060号粒度，

S硬度为硬1，

V陶瓷结合剂，

66号组织，

P平型砂轮，

300×30×75外径为300mm，厚度为30mm，内径为75mm。

第二节磨削过程

一、砂轮的形貌外形

砂轮表面上磨粒的分布,每个磨粒的几何形状,特别是每个磨粒显露出来的切削刃以及这些切削刃所处的高度等等,构成了砂轮的表面形貌。

砂轮的表面形貌对砂轮的磨削性能和工件已加工表面质量有极大的影响。砂轮上砂粒的形状二、磨削过程分析单个磨粒的磨削过程

1.磨粒的模型2.磨削表面形成过程典型磨粒断面β=1040-1080γβ

=7.4μm-35μm磨粒刃口钝，形状不规则，分布不均匀a)b)c)3.实际磨粒的的滑擦、耕耕犁与切削削过程三、磨削阶阶段Ⅰ：初磨阶阶段Ⅱ：稳定阶阶段Ⅲ：清磨阶阶段四、砂轮的的磨损与修修正砂轮的磨损可可分为磨耗耗磨损和破破碎磨损砂轮的磨损过过程可分为为三个磨损损期A:B:C:棱角磨平-------形成成棱面磨粒破碎磨粒脱落常用的修整整工具有：：单颗粒金刚刚石，碳化化硅修整轮轮，电镀人人造金刚石石滚轮等。。其中最常用用的是单颗颗粒金刚石石修整工具具。一般修整深深度只要略略大于0.04mm即可可。修整砂轮的的合理工艺艺条件是：：（1）选用用较小的修修整导程：：ｄｇ＝０.７×25.4/hｄｇ——磨粒的的平均直径径，ｍｍ；；h———磨粒的的粒度号。。（2）选用用适宜的修修整深度第三节磨磨削力与与磨削温度度一、磨削力力FxFzFyFz——主磨削力（切向磨削削力）Fy——切深抗力（径向磨削削力）Fx——进给抗力（轴向磨削削力）同其他切削削加工一样样，总磨削削力可分解解为三个分分力：合力：FF外圆磨削时时，切向力力Fz:磨削功率：：Fz:主主磨削力（（切向））Vs:砂砂轮的线速速度m/sCFz:常数（（20\21\22）vw:工件转转速m/sfa:砂轮轴轴向进给量量mmap:磨削深深度或径向向进给量mm(3)磨磨削力随不不同的磨削削阶段而变变化。磨削力的主主要特征有有以下三点点：(与切切削力相比比)(1)单单位磨削力力kc值很大:kc=7-20KN/mm2(普通切削削kc<7KN/mm2)(2)三向向分力中切切深力Fy值很大：Fy/Fz=2.0-2.5→→5-10(普通切削削Fy/Fz=0.15-0.7)二、磨削温温度耕犁和滑擦擦所产生的的热能,几几乎全部传传入工件.磨削时较大大,切除单单位切削体体积所需的的能约为普普通切削加加工的10-20倍.磨削温度的的几个名词词的含义及及其影响磨削温度--指砂轮轮与工件接接触面平均均温度θA磨粒点的温温度θdot(1000°C)--磨削区的的温度θA(几百度)--工件的的平均温升升(几十度)2.各种磨磨削温度对对已加工表表面质量的的影响a.工件的的平均温升升

b.磨磨粒磨削点点的温度：：θθdot∝vw0.26×vc0.24×fr0.13c.砂轮磨磨削区的温温度：θθA∝fr0.63×vw0.26×vc0.24------磨削温温度1.磨削温温度的几个个名词的含含义二.磨粒粒磨削点温温度与砂轮轮磨削区的的温度(1)工件件速度对磨磨粒磨削点点温度的影影响比砂轮轮速度影响响大。(2)径向向进给量是是通过单个个磨粒的切切削厚度的的变化以及及同时工作作的磨粒数数的变化来来影响磨粒粒磨削点温温度θdot。当fr增加时,θθdot也增加,但但没有vw和vc的影响大。。(3)径向向进给量fr对砂轮轮磨削区温温度的影响响最大,这这是因为fr增加将将使砂轮和和工件接触触区增大的的缘故。三.磨削削温度的测测量影响磨削温温度的因素素也是复杂杂的。一般般是通过实实际测量来来直接获得得较准确的的磨削温度度θΑ。除上述因素素外,还有有其它影响响磨削温度度的因素,如fa增增加时，或或工件材料料的硬度高高、强度高高、韧性大大时，θdot和θΑ均增高，反反之则降低低。第四节磨削表面质质量一、磨削表表面粗糙度度磨削表面质质量包括磨削表表面的微观不平度度(表面粗糙糙度)和磨磨削表面层层的机械物理性性能两方面内容容分析上述理理论公式，，亦可提出出减小磨削削表面粗糙糙度的主要措施：磨削表面的的微观不平平度一般都都比普通切切削为小,比较容易易获得粗糙糙度小于Ra2～4μm的表面。。理论微观最最大不平度度Rmaxz:vw,vc——分别为工件件和砂轮的的速度；Rw,Rt——分别为工件件和砂轮的的半径；m——单位面积上上的磨粒数数；e———切削宽宽度与与平均均切屑屑厚度度的比比值。。（1））采用用粒度度号数数大的的砂轮轮，使使m值值增大大，可可减小小磨削削表面面粗糙糙度。。（2））提高高砂轮轮转速速，或或降低低工件件转速速，使使vw/vc的比值值增大大，亦亦可显显著减减小磨磨削表表面粗粗糙度度。（3））采用用直径径较大大的砂砂轮，，有利利于减减小磨磨削表表面粗粗糙度度；同同理，，在磨磨削直直径大大的工工件时时表面面粗糙糙度较较小。。（4））如前前所述述，砂砂轮宽宽度ＢＢ大时时，同同时参参加工工作的的磨粒粒数增增加，，分摊摊在每每个磨磨粒上上的磨磨削量量减少少，单单个磨磨粒的的最大大切削削厚度度hDgmax减小，，上式式中的的e值值增大大，可可减小小磨削削表面面粗糙糙度。。也可可以用用砂轮轮宽度度Ｂ与与轴向向进给给量fa的比值值j=B/fa来表示示，j越大大，向向则垂垂直于于磨削削方测测量的的不平平度越越小。。（5））磨粒粒切削削刃高高度的的等高高性越越好，，则垂垂直于于磨削削方向向所测测量的的不平平度越越小。。二、磨磨削表表面层层的机机械（（物理理）性性能1.磨磨削表表面层层金相相组织织的变变化———磨削烧烧伤磨削时时表面面烧伤伤颜色色的变变化对于已已淬火火的钢钢件，，很高高的磨磨削温温度往往往会会使表表层金金属的的金相相组织织产生生变化化，使使表层层金属属硬度度下降降，使使工件件表面面呈现现氧化化膜颜颜色，，这种种现象象称为为磨削烧烧伤。轻磨削基体组织中等磨削基体组织过回火组织重磨削基体组织过回火组织二次淬火组织磨削淬淬火钢钢时，，在工工件表表面形形成的的瞬时时高温温将使使表层层金属属产生生以下下三种种金相相组织织变化化：（1））回火火烧伤伤如果磨磨削区区内的的温度度未超超过淬淬火钢钢的相相变温温度（（碳钢钢的相相变温温度为为720°C），，但已已超过过马氏氏体的的转变变温度度（中中碳钢钢为300°°C）），工工件表表层金金属的的马氏氏体将将转化化为硬硬度较较低的的回火火组织织（索索氏体体或托托氏体体），，这称称为回火烧烧伤。回火组组织淬淬火火组织织退退火组组织如果磨磨削区区内的的温度度超过过了相相变温温度，，再加加上冷冷却液液的急急冷作作用，，表层层金属属会出出现二二次淬淬火马马氏体体组织织，硬硬度比比回火火马氏氏体高高；在在它的的下层层，因因冷却却较慢慢，出出现了了硬度度比原原来的的回火火马氏氏体低低的回回火组组织（（索氏氏体或或托氏氏体）），这这称为为淬火烧烧伤。（2））淬火火烧伤伤（3））退火火烧伤伤如果磨磨削区区内的的温度度超过过了相相变温温度，，而磨磨削过过程又又没有有冷却却液，，表层层金属属将产产生退退火组组织，，表层层金属属的硬硬度将将急剧剧下降降，这这称为为退火烧烧伤。退火烧烧伤淬火烧烧伤回火烧烧伤2.磨磨削表表面质质量———表面残残余应应力产生原原因：：1）金金属组组织相相变引引起的的体积积变化化2）不不均匀匀热胀胀冷缩缩3）残残留的的塑性性变形形采取措措施：：立方方氮化化硼砂砂轮、、减少少切入入量fr、、采用用切削削液、、增加加清磨磨次数数。距表面深度压应力-σ拉应力+σ干磨淬火钢乳化液磨淬火钢理想状态1）磨磨削用用量对对表面面粗糙糙度的的影响响（一））几何何因素素的影影响2、磨削加加工后后的表表面粗粗糙度度磨削加加工表表面粗粗糙度度的形形成由由几何因因素和表面面层金金属的的塑性性变形形（物理因因素）决定定的，，但磨磨削过过程要要比切切削过过程复复杂的的多。。①V:砂轮的的速度度越高高，单单位时时间内内通过过被磨磨表面面的磨磨粒数数就越越多，因因而工工件表表面的的粗糙糙度值值就越越小。。②VW:工件速速度对对表面面粗糙糙度的的影响响正好好与砂砂轮速速度的的影响响相反，增增大工工件速速度时时，单单位时时间内内通过过被磨磨表面面的磨磨粒数减少少，表表面粗粗糙度度值将将增加加。③fr:砂轮的的纵向向进给给减小小，工工件表表面的的每个个部位位被砂砂轮重重复磨削的的次数数增加加，被被磨表表面粗粗糙度度值将将减小小2）砂砂轮粒粒度和和砂轮轮修整整对表表面粗粗糙度度的影影响在相同同的磨磨削条条件下下，砂砂轮的的粒度度号数数越大大，参参加磨磨削的的磨粒粒越多多，表表面粗粗糙度度就越越小。。修整砂砂轮的的纵向向进给给量对对磨削削表面面的粗粗糙度度影响响甚大大。（二））表面面层金金属的的塑性性变形形—物物理因因素的的影响响1）磨磨削用用量磨削特特点：：砂轮的的磨削削速度度远比比一般般的切切削加加工速速度高高的多多，且且磨粒粒大多多为负负前角角，磨磨削比比压大大，磨磨削区区温度度很高高，工工件表表面温温度有有时可可达900˚C，工工件表表层金金属容容易产产生相相变而而烧伤伤。因因此，，磨削削过程程的塑塑性变变形要要比一一般切切削过过程大大的多多。砂轮轮速速度度V磨削削深深度度ap工件件速速度度V磨削削用用量量对对表表面面粗粗糙糙度度的的影影响响:V砂轮RaV工件Ra磨削深度apRa磨削削用用量量对对表表面面粗粗糙糙度度的的影影响响:2））砂砂轮轮的的选选择择砂轮轮粒粒度度砂轮轮硬硬度度砂轮轮组组织织砂轮轮材材料料（二二））改改善善磨磨削削烧烧伤伤的的工工艺艺途途径径(1)正正确确选选择择砂砂轮轮磨削削导导热热性性差差的的材材料料，，容容易易产产生生烧烧伤伤现现象象。。硬度度太高高的的砂砂轮轮，，砂砂轮轮钝钝化化之之后后不不易易脱脱落落，，容容易易产产生生烧烧伤伤为为避避免免产产生生烧烧伤伤，，应应选选择择较较软软的的砂砂轮轮。。选选择择具具有有一一定定弹弹性性的的结结合合剂剂，，也也有有助助于于避避免免产产生生烧烧伤伤现现象象。。正确确选选择择砂砂轮轮合理理选选择择磨磨削削用用量量改改善善冷冷却却条条件件开开槽槽砂砂轮轮(2)合合理理选选择择磨磨削削用用量量☆加大大工工件件的的回回转转速速度度vw，磨磨削削表表面面的的温温度度升升高高，，但但其其增增长长速速度度与与磨磨削削深深度度ap的影影响响相相比比小小的的多多，，实实践践证证明明，，同同时时提提高高砂砂轮轮速速度度vs和工工件件速速度度vw，可可以以避避免免烧烧伤伤。。结论论:从减减轻轻烧烧伤伤而而同同时时又又尽尽可可能能保保持持较较高高的的生生产产效效率率考考虑虑，，应应选选用用较较大大的的工工件件速速度度Vw和较较小小的的磨磨削削深深度度ap。☆磨削削深深度度ap对磨磨削削温温度度影影响响极极大大，，从从减减轻轻烧烧伤伤的的角角度度考考虑虑，，ap不宜宜过过大大。。☆加大大横横向向进进给给量量ft对减减轻轻烧烧伤伤有有好好处处。。(3)改改善善冷冷却却条条件件磨削削时时磨磨削削液液若若能能直直接接进进入入磨磨削削区区，，对对磨磨削削区区进进行行充充分分冷冷却却，，能能有有效效的的防防止止烧烧伤伤现现象象的的产产生生。。然然而而目目前前通通用用的的冷冷却却方方法法效效果果很很差差，，实实际际上上没没有有多多少少冷冷却却液液真真正正进进入入磨磨削削区区。。因因此此，，必必须须采采用用切切实实可可行行的的措措施施，，改改善善冷冷却却条条件件，，防防止止烧烧伤伤现现象象产产生生。。(4)开开槽槽砂砂轮轮内冷冷却却是是一一种种较较为为有有效效的的冷冷却却方方法法。。第五五节节先先进进磨磨削削方方法法简简介介一、、深深切切缓缓进进给给磨磨削削燃气气轮轮机机叶叶片片三爪爪自自定定心心卡卡盘盘的的卡卡爪爪磨削削深深度度：1~30mmVw=10~100mm/min二、、高高速速磨磨削削普通通磨磨削削:Vs=30~35m/s高速速磨磨削削:Vs>45m/s三、、超超精精密密磨磨削削与与镜镜面面磨磨削削超精精密密磨磨削削:Ra=0.05~0.01um镜面面磨磨削削:Ra<0.05um工艺艺要要求求:1.选选择择合合适适的的砂砂轮轮2.砂砂轮轮需需精精细细修修整整3.磨磨床床精精度度要要高高4.选选择择合合理理的的磨磨削削用用量量磨削用量精密磨削超精密磨削镜面磨削Vs(m/s)3012~3012~30Vw(m/s)0.15~20.1~0.120.1~0.12fr(mm)0.0025~0.005<0.0025<0.0025光磨次数1~34~1520~30四、、砂砂带带磨磨削削砂带带磨磨削削的的几几种种形形式式磨外外圆圆磨平平面面无心心磨磨自由由磨磨成型型磨磨砂带带的的结结构构总结结：磨磨削削过过程程与与切切削削过过程程比比较较，，有有何何特特点点？？磨削削过过程程和和切切削削过过程程一一样样，，都都经经历历弹弹性性变变形形，，塑塑性性变变形形，，和和滑滑移移的的过过程程，，也也有有切切削削力力和和切切削削热热的的产产生生，，但但磨磨削削过过程程