模具加工之砂轮与单颗磨粒加工

1.1磨削分类1.按磨削精度分：粗磨,半精磨,精磨,镜面磨削,超精加工。2.按进给形式分：切入磨削,纵向磨削,缓进给磨削,无进给磨削,定压研磨,定量研磨。3.按磨削形式分：砂带磨削,无心磨削,端面磨削,周边磨削,宽砂轮磨削,成型磨削,仿形磨削,振荡磨削,高速磨削,强力磨削,恒压力磨削,手动磨削,干磨削,湿磨削,研磨,珩磨等。4.按加工表面分：外圆磨削,内圆磨削,平面磨削和刃磨(齿轮磨削和螺纹磨削)。5.按磨削中使用的磨削工具的类型分为：固结磨粒磨具的磨削加工方法和游离磨粒的磨削加工方法.固结磨粒磨具的磨削加工方法主要包括砂轮磨削,珩磨,砂带磨削,电解磨削等;游离磨粒磨削的加工方法主要包括研磨,抛光,喷射加工,磨料流动加工,振动加工等。6.按砂轮线速度Vs的高低分为：普通磨削Vs<45m/s,高速磨削45m/s<=Vs<150m/s和超高速磨削>=150m/s。7.按采用的新技术情况分为：磁性研磨,电化学抛光等。1.1磨削分类1.2磨削运动磨削加工类型不同，运动形式和运动数目也就不同。外圆与平面磨削时，磨削运动包括主运动、径向进给运动、轴向进给运动和工件旋转或直线运动四种形式。外圆磨削平面磨削1.2磨削运动1、主运动砂轮回转运动称为主运动。主运动速度（即砂轮外圆的线速度），称磨削速度，用vs表示：式中，ds为砂轮直径mm；ns为砂轮转速r/min。2、径向进给运动砂轮切入工件的运动称为径向进给运动。

1.2磨削运动3、轴向进给运动工件相对于砂轮沿轴向的运动称轴向进给运动。

4、工件圆周（或直线）进给运动外圆磨削时：平面磨削时：

式中，nw为工件转速r/min；nt为工作台往复运动频率s-1；L为工作台行程mm。

2、砂轮的组成及特性磨料加工固结磨料加工固结磨具砂轮磨削油石研磨精密珩磨涂覆磨具砂带磨削砂带研抛游离磨料加工研磨抛光2、砂轮的组成及特性2.1固结磨具2.2砂轮概述2.3磨粒种类2.4磨粒尺寸2.5砂轮硬度2.6砂轮组织2.7砂轮形状2.8结合剂种类2.9砂轮标记2.10超硬磨料砂轮2.1、固结磨具这类磨具由起磨削作用的硬质磨粒和较软的结合剂组成（砂轮属于固结磨具）。根据结合剂的不同，磨粒之间的间隙可能只是被部分地充满（留有间隙或气孔），或是被全部充满。除了磨粒和结合剂之外，有时还要填加填料和助磨材料。它的性质和性能取决于磨粒材料的性质、磨粒大小、结合剂材料、磨料和结合剂的比例，以及气孔率。2.2、砂轮概述砂轮2.2砂轮概述1、砂轮是一种用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整，具有一定形状的多孔体。2、砂轮是磨具中用量最大、使用面最广的一种，使用时高速旋转，可对金属或非金属工件的外圆、内圆、平面和各种型面等进行粗磨、半精磨和精磨以及开槽和切断等。3、砂轮种类繁多。按所用磨料可分为普通磨料（刚玉和碳化硅等）砂轮和超硬磨料（金刚石和立方氮化硼等）砂轮；按形状可分为平形砂轮、斜边砂轮、筒形砂轮、杯形砂轮、碟形砂轮等；按结合剂可分为陶瓷砂轮、树脂砂轮、橡胶砂轮、金属砂轮等。4、砂轮的特性参数主要有磨料、粘度、硬度、结合剂、形状、尺寸等。5、由于砂轮通常在高速下工作，因而使用前应进行回转试验（保证砂轮在最高工作转速下，不会破裂）和静平衡试验（防止工作时引起机床振动）。砂轮在工作一段时间后，应进行修整以恢复磨削性能和正确的几何形状。

2.2砂轮概述述砂轮可由由很宽尺尺寸范围围的多种种磨粒和和多种结结合剂材材料及成成分组成成。通常使用用的“普通”砂轮由氧化铝铝或碳化化硅磨料料与陶瓷瓷的或树树脂结合合剂组成成。而“超硬磨料料”砂轮由金刚石石或立方方氮化硼硼磨料与与陶瓷化化、树脂脂或金属属结合剂剂组成。。尽管一般般砂轮通通常是整个由结合剂剂粘接的的磨料结结构构成成，但超超硬磨料料砂轮为为减少昂昂贵的金金刚石或或CBN的用量，，则只是是在塑料料或金属属轮芯表表面由结结合剂粘粘接一薄圈或或仅一层层磨料。2.2砂轮概述述左图为砂砂轮的结结构1－磨粒；；2－结合剂剂；3－气孔2.3磨料种类类磨料是制造砂砂轮的主主要原料料，磨料料直接担担负着切切削工作作，因此此应具有有很高的的硬度、、耐热性性和一定定的韧性性，破碎碎时应能能形成尖尖锐的棱棱角。分类：天然磨磨料、人人造磨料料。天然然磨料由由于价格格昂贵、、含杂质质多、性性质不均均匀，因因此，主主要用人人造磨料料做砂轮轮。目前生产产中常用的磨料有有氧化物物（刚玉玉类）系系、碳化化物系和和高硬磨磨料系三三类。氧化物系（刚玉玉类）磨磨料：比比碳化物物系磨料料强度、、韧性好好，但硬硬度差。。因此，，用于磨磨削各种种钢类工工件。碳化物系磨料：：用于磨磨削铸铁铁类、黄黄铜、软软青铜、、铝及硬硬质合金金等硬脆脆工件。。2.3磨料种类类金刚石是最硬的的磨料，，导热系系数大、、摩擦系系数小，，适于加加工硬质质合金、、光学玻玻璃、陶陶瓷等硬硬质材料料。但不不宜加工工铁族金金属，因因为它与与Fe在高温下下化学稳稳定性差差，易磨磨损。立方氮化化硼（CBN））硬度仅次次于金刚刚石，但但抗热冲冲击性、、抗弯强强度比金金刚石好好得多，，可用于于磨削高高硬度高高强度钢钢等材料料。立方方氮化硼硼易与水水反应，，生成氨氨和硼酸酸，故在在磨削时时不易用用含水的的磨削液液。2.3磨料种类类2.3磨料种类类2.4磨粒尺寸寸（粒度度）粒度指磨料颗颗粒尺寸寸的大小小。颗粒最大大尺寸大于40m的磨料：：用机械筛分法确定定粒度号号，其粒粒度号数数值是该该颗粒刚刚能通过过的筛子子每英寸寸（25.4mm）长度上的的孔眼数数。粒度号数数越大，，则颗粒粒尺寸越越小。如：60＃，表表示该磨磨料颗粒粒刚能通通过的筛筛子每英英寸长度度上有60个孔孔眼。颗粒尺寸寸小于40m的磨粒：：用显微镜分分析法来测量，，粒度号号数是该该颗粒最最大尺寸寸的微米米数。如如：W20，，表示磨料料颗粒最最大尺寸寸为20m。2.4磨粒尺寸寸（粒度度）磨料粒度度的选择，主要与与加工表表面粗糙糙度和生生产率有有关。粒度选择择原则：：1）粗磨时，磨削削余量大大，要求求的表面面粗糙度度值较大大，应选选用较粗粗的磨粒粒（粒度度号小））。因为为磨粒粗粗、气孔孔大，磨磨削深度度可较大大，砂轮轮不易堵堵塞和发发热。精磨时，余量量较小，，要求粗粗糙度值值较低，，可选取取较细磨磨粒（粒粒度号大大）。一一般来说说，磨粒粒愈细，，磨削表表面粗糙糙度愈好好。2）磨塑性金属时，，易选用用粒度号号小的砂砂轮，防防止砂轮轮糊塞；；磨脆性金属时，，易选用用粒度号号大的砂砂轮，提提高磨削削生产率率；3）砂轮与与工件接触弧大大时，选择择粒度号号小的砂砂轮，以以减少同同时工作作磨粒数数，避免免发热过过多引起起工件烧烧伤。2.4磨粒尺寸寸（粒度度）注：比14#粗的磨粒粒及比W3.5细的微粉粉很少使使用，表表中未列列出。磨料粒度度号及其其颗粒尺尺寸2.4磨粒尺寸寸（粒度度）不同粒度度砂轮的的使用范范围2.5砂轮硬度度砂轮的硬硬度是指砂轮轮表面上上的磨粒粒在磨削削力作用用下脱落落的难易易程度，，反映磨磨粒与结结合剂粘粘结的强强度。砂轮的硬硬度软，表示砂砂轮的磨磨粒容易易脱落，，砂轮的的硬度硬，表示磨磨粒较难难脱落。。硬度从超超软到超超硬分若干级级，软1级级的砂轮轮结合剂剂体积占占砂轮体体积的1.5％％，超硬硬级砂轮轮的结合合剂约占占砂轮体体积的24％。。结合剂剂体积每每增加1.5％％，砂轮轮硬度将将增加一一级。砂轮轮的的硬硬度度和和磨磨料料的的硬硬度度是是两两个个不不同同的的概概念念。。同一一种种磨磨料料可可以以做做成成不不同同硬硬度度的的砂砂轮轮，，它它主主要要决决定定于于结结合合剂剂的的性性能能、、数数量量以以及及砂砂轮轮制制造造的的工工艺艺。。磨削与切削的的显著差别是是砂轮具有“自锐性”，选择砂轮的的硬度，实际际上就是选择择砂轮的自锐锐性，希望还还锋利的磨粒粒不要太早脱脱落，也不要要磨钝了还不不脱落。2.5砂轮硬度常用砂轮硬度度等级大级名称

超软

软

中软中

中硬

硬

超硬

小级名称

超软1超软2超软3软1软2软3中软1中软2中1中2中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬代号

DEFGHJKLMNPQRSTY2.5砂轮硬度砂轮硬度对磨磨削加工影响响很大，应合理选择：1）加工软金属时，为了使磨磨料不致过早早脱落，则选选用硬砂轮。。加工硬金属时，为了能及及时的使磨钝钝的磨粒脱落落，从而露出出具有尖锐棱棱角的新磨粒粒（即自锐性性），选用软软砂轮。前者者是因为在磨磨削软材料时时，砂轮的工工作磨粒磨损损很慢，不需需要太早的脱脱离；后者是是因为在磨削削硬材料时，，砂轮的工作作磨粒磨损较较快，需要较较快的更新。。2）工件热敏性越强，为控制制磨削温度不不致过高而烧烧伤工件，使使磨钝了的磨磨粒及时脱落落，应选择软软一些的砂轮轮；3）磨削时易堵塞砂轮时，应选选择较软的砂砂轮；4）成形磨和精磨磨时，为保持砂砂轮廓形、保保证磨削精度度和粗糙度，，应选择较硬硬一些的砂轮轮；5）工件与砂轮轮接触面积大时，磨粒工作作环境差，易易磨损，应选选择较软一些些的砂轮。2.6砂轮组织砂轮的组织指砂轮中磨粒粒、结合剂、、气孔三者之之间的体积比比。组织紧密的砂砂轮：磨粒占砂轮体体积百分比大大、气孔较少少；气孔率低、容容屑空间小，，易被磨屑堵堵塞。另外组组织紧密会使使砂轮变硬，，磨削效率低低，但砂轮廓廓形保持长久久，可用于精精磨和成形磨磨削。组织疏松的砂砂轮：磨粒占砂轮体体积百分比小小、气孔较多多。一般较软，容容屑空间较大大，散热较好好。这种砂轮轮适用于粗磨磨、平面和内内圆磨等磨削削接触面积较较大的加工，，也适合热敏敏感性大的工工件及易堵塞塞砂轮的软金金属材料加工工。组织中等的砂砂轮：性能介于紧密密与疏松之间间，故适用于于一般的磨削削。砂轮组织分类类：三大级（紧密密的、中等的的、疏松的）），共十五个个号。2.6砂轮组织2.6砂轮组织有色金属及塑料、橡胶等非金属以及热敏合金粗磨及磨削韧性大、硬度低的工件，适合磨削薄壁、细长工件，或砂轮与工件接触面大以及平面磨削等

外圆、内圆、无心磨及工具磨，淬硬工件及刀具刃磨等

重负载、成形、精密磨削，加工脆硬材料

适用范围

大气孔疏松

中等

紧密

疏密程度

343638404244464850525456586062磨粒率/(%)

14131211109876543210组织号2.7砂轮形状根据机床结构构与磨削加工工的需要，砂砂轮制成各种种形状与尺寸寸。下表是常常用的几种砂砂轮形状、尺尺寸、代号及及用途。砂轮的外径应应尽可能选得大大些，以提高砂轮轮的圆周速度度，这样对提提高磨削加工工生产率与表表面粗糙度有有利。此外，在机床床刚度及功率率许可的条件件下，如选用用宽度较大的砂轮，同样样能收到提高高生产率和降降低粗糙度的的效果，但是是在磨削热敏敏性高的材料料时，为避免免工件表面的的烧伤和产生生裂纹，砂轮轮宽度应适当当减小。2.7砂轮形状2.8结合剂种类结合剂将磨料粘结起起来，使砂轮轮具有一定的的形状、强度度、硬度和气气孔等。砂轮常用结合合剂有：陶瓷瓷结合剂、树树脂结合剂、、橡胶结合剂剂和金属结合合剂。(1)陶瓷结合剂（代号V）由粘土、长石石、滑石、硼硼玻璃、硅石石等陶瓷材料料配制而成的的。特点：粘结强强度高、刚性性大、耐热性性好、化学稳稳定性强、气气孔率大及轮轮廓保持性好好，是应用最最广泛的一种种结合剂；脆脆性大、韧性性、弹性差，，故普通陶瓷瓷结合剂的砂砂轮允许线速速度仅为35m/s，不能进行高速速磨削。2.8结合剂种类(2)树脂结合剂（代号B）通常为酚醛树树脂或环氧树树脂。特点：强度高高、弹性好；；耐热性和耐耐腐蚀性差、、磨损快气孔孔率小易堵塞塞等；该结合合剂制成的砂砂轮，用作切切断和切槽，，对热敏工件件作精加工等等(3)橡胶结合剂（代号R）主要是人造橡橡胶。特点：比树脂脂结合剂更具具强度和弹性性，允许切削削速度65m/s，比树脂结合剂剂45m/s更高；耐热性性更差，气孔孔更少；通常常用作无心磨磨导轮、切断断切槽砂轮以以及抛光用砂砂轮。(4)金属结合剂（代号M）常用青铜作结结合剂，主要要用于金刚石石砂轮。特点：这种结结合剂制成的的砂轮型面保保持性好、强强度高、有一一定韧性，但但自砺性差；；主要用作粗粗、精磨硬质质合金，磨削削与切断光学学玻璃、宝石石、陶瓷与半半导体材料等等。2.9砂轮标记--普通磨料2.9砂轮标记--超硬磨料2.9砂轮标记2.10超硬磨料砂轮轮人造金刚石砂砂轮由磨料层、过过渡层和基体体三部分组成成。磨料层：由人造金刚石石磨粒和结合合剂组成，其其厚度1.5～5mm；过渡层：仅是一层结合合剂，是将磨磨料层与基体体连接起来，，同时能充分分利用磨料层层而不会磨损损基体；基体：是砂轮的主体体，基体形状状不同，可得得到不同型式式的砂轮。通通常基体内铝铝、铜或钢制制成。2.10超硬磨料砂轮轮（1）金刚石砂轮轮浓度金刚石砂轮一一个重要的特特性参数，它它是指砂轮磨磨料层中单位位体积内，金金刚石磨料的的含量。浓度度有25％，，50％，75％，100％和150％五种。。浓度25％指单位磨料层层体积内含人人造金刚石磨磨粒1.1克克拉（1克拉拉=0.2克克），每增加加25％即增增加1.1克克拉磨料。浓度与磨削效效率和磨削成成本有很大关关系。浓度越高，砂砂轮的耐磨性性和磨削效率率越高，但成成本增加。磨料层结合剂剂常用的有三三种：树脂、陶瓷和和青铜。不同结合剂的的最佳浓度范范围：树脂为为50％～75％；陶瓷瓷为75％～～100％；；青铜为75％～150％。2.10超硬磨料砂轮轮2.10超硬磨料砂轮轮高浓度砂轮：型面保持性性好，常采用用粗粒度的磨磨粒，适于粗粗磨、小面积积磨削和成形形磨削；低浓度砂轮：常采用细粒粒度磨粒，适适于精磨、大大面积磨削和和抛光。工件特别硬的的磨削：宜用高浓度度砂轮，如金金刚石砂轮磨磨削金刚石刀刀具采用150％浓度。。(2)立方方氮化硼砂轮轮从结构上看，，与人造金刚刚石砂轮相同同，也是由磨磨料层、过渡渡层和基体组组成。立方氮化硼砂砂轮用于磨削削超硬、高耐耐磨性、难加加工钢件，如如高钒高速钢钢、耐热钢等等。3、单颗磨粒加加工过程可以直接地观察磨粒与工工件材料的干干涉。单颗磨粒磨削削是认识复杂杂磨削作用的的重要手段。。单颗磨粒磨磨削可在相似似的磨削加工工过程中不受受其他磨粒的的影响,应用较大的载载荷，放大磨磨削的程度。。一些学者把磨磨粒抽