金城机械制造第八节 磨削原理

第八节磨削原理12.8磨削原理磨削是一种精加工方法。尺寸精度可达IT5～IT7。表面粗糙度能达到0.8～0.08μm.22.8.1砂轮的特性和选择主要起切削作用主要起粘接作用主要起容屑和冷却作用砂轮是由磨料加结合剂烧制而成的。常用的磨削工具：32.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状磨料：其选择主要取决于工件材料的硬度应具备的条件：硬度高、红硬性好；有一定的强度和韧性；有锋利的边刃常用的磨料：氧化物系：主要成分是三氧化二铝碳化物系：通常以碳化硅、碳化硼等为肌体高硬磨料系：主要有人造金刚石和立方氮化硼(CBN)42.8.1砂轮的特性和选择52.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状粒度：指磨料颗粒的尺寸大小，对颗粒的最大尺寸大于40μm的磨料用磨粒能通过的筛网上每英寸长度上的孔数表示粒度号；直径小于40μm时的磨粒称为微粉。60号粒度：磨粒能通过每英寸长度上有60个孔眼的筛网尺寸为20μm的微粉，其粒度号为W20

砂轮粒度的对比粒度号越大，砂轮越细粒度的选择取决于加工表面粗糙度的要求62.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状粒度：常见砂轮粒度及使用范围72.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状结合剂：将磨粒粘合在一起，使砂轮具有一定的强度、气孔、硬度和抗腐蚀、抗潮湿等性能

。它直接影响砂轮的强度、耐热性和耐用度陶瓷结合剂（代号V）树脂结合剂（代号B）

橡胶结合剂（代号R）

金属结合剂（代号M）

结合剂的选择取决于磨削速度82.8.1砂轮的特性和选择种类主要成分特点应用场合无机类陶瓷化学性质稳定，耐水、耐酸、耐热，成本低。但其性脆，韧性及弹性较差，不能承担侧面弯扭力，大多数砂轮均使用。但不宜于制造切断砂轮。其砂轮线速度一般为35m/s青铜主要用于制作金刚石砂轮。形面成型性好，抗张强度高，有一定的韧性。但自励性差主要用于粗磨，精磨硬质合金及磨削与切断光学玻璃、陶瓷、半导体等有机类树脂强度高，弹性好；耐热性差，自励性好。但气孔率小，易堵塞；磨损快，易失去廓形；耐腐蚀性差，不宜和碱性切削液一起使用切削速度可达45m/s，多用于高速磨削、切断和开槽。可磨薄壁工件、硬质合金等橡胶比树脂弹性更好，使砂轮具有良好的抛光作用。但耐热性差，气孔小，砂轮组织教紧密，磨削生产率低多用于制造无心磨床的导轮和切断、开槽及抛光砂轮。不宜用于粗加工结合剂的选择92.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状硬度：磨粒与结合剂的粘结强度。砂轮硬，磨粒不易脱落；砂轮软，磨粒易于脱落。砂轮硬度选择原则：102.8.1砂轮的特性和选择磨削条件工件硬度工作种类加工接触面磨削种类砂轮粒度高低有色金属、橡胶、树脂淬火钢大小精磨、成型磨粗磨细粗砂轮硬度软硬软硬软硬硬软软硬砂轮硬度选择原则：112.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状组织：砂轮组织表示磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占比例越大，砂轮组织越紧密，气孔越小。122－92.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状组织的选择：

1）紧密组织砂轮适于精加工、成型磨削及重压下的磨削。

2）中等组织砂轮适于一般磨削。

3）疏松组织砂轮不易堵塞，适于平面磨、内圆磨等磨削接触面大的工序，以及磨削热敏性强的材料或薄壁工件。132.8.1砂轮的特性和选择常见砂轮形状、代号及其用途142.8.2磨削运动及磨削用量常用的磨削方法：

外圆磨削平面磨削内圆磨削成型磨削无心外圆磨削152.8.2磨削运动及磨削用量各种磨削加工162.8.2磨削运动及磨削用量172.8.2磨削运动及磨削用量磨削的主运动：砂轮的旋转运动vcvc

Ra,

但受砂轮强度的限制，常用30－35m/s182.8.2磨削运动及磨削用量磨削的进给运动：工件的切向运动vwvw

生产率

,

工件磨削烧伤但vw过大，振动工件Ra192.8.2磨削运动及磨削用量工件的轴向进给运动fa：工件转一周，工件和砂轮在砂轮轴线方向的相对位移根据砂轮宽度B选则：粗磨：fa＝(0.3~0.85)B精磨：fa＝(0.2~0.3)B202.8.2磨削运动及磨削用量径向进给运动fr：工作台两个行程之间砂轮在半径方向上的相对位移选择：粗磨：fr＝(0.01~0.07)mm/行程精磨：fr＝(0.005~0.02)mm/行程212.8.3磨削过程磨削过程示意图磨粒在砂轮工作表面上是随机分布的每一颗磨粒的形状和大小都是不规则的砂轮工作表面的形貌特征222.8.3磨削过程磨粒形状不规则，其刀尖角为90o~120o

均为负前角磨粒的切削刃为空间曲线，前刀面为空间曲面且形状不规则磨粒的切削刃有几个~几十个微米的圆角，经过修正磨粒上会出现微刃磨粒的特点232.8.3磨削过程滑擦阶段刻划阶段切削阶段切屑的形成过程磨削塑性材料时，形成带状切屑；磨削脆性材料时，形成挤裂切屑。在磨削过程中产生的高温作用下，切屑熔化可成为球状或灰烬形态单颗磨粒的切削过程磨削的切削厚度很薄只有0.005-0.05mm242.8.3磨削过程切屑的形成过程单颗磨粒的切削过程滑擦—刻划—切削252.8.3磨削过程单个磨粒的切削厚度

vw，

fr

hDgmax

vc

，dw

hDgmax

粒度号大（细粒度）的砂轮e大，hDgmax

小262.8.4磨削力F的产生来源：工件弹性、塑性变形的阻力；磨粒与切屑、磨粒与工件之间的摩擦力F的三个分力：主切削力Fc；切深力Fp；进给力Ff272.8.4磨削力F的特点：

单位摩擦力大

切深力Fp大于主切削力Fc主切削力Fc大于进给力Ff。

磨削力随不同的磨削阶段而变化工件材料钢淬火钢铸铁Fp/Fc1.6-1.81.9-2.62.7-3.2表2－7磨削时的Fp/Fc比值282.8.4磨削力影响磨削力F的因素

砂轮速度增大，F随之减小

工件速度、轴向进给量增大，F增大

径向进给量增大，F增大

砂轮的磨损，F增大292.8.5磨削热与磨削温度磨削热的产生：划擦阶段、刻划阶段、切削阶段消耗的能量绝大部分转换为热量产生磨削热磨削温度的概念：

工件平均温度：指磨削热传入工件引起的工件温升，它影响工件的形状和尺寸精度。在精磨时，为获得高尺寸精度，要尽可能降低工件平均温度并防止局部温度不均

磨粒磨削点温度θdot：

指磨粒切削刃与切屑接触部分的温度，是磨削中温度最高的部位，可达1000℃左右。是研究磨削刃的热损伤、砂轮的磨损、破碎和粘附等现象的重要因素。

磨削区温度θA：指砂轮与工件接触区的平均温度，一般约有500～800℃，它与磨削烧伤和磨削裂纹的产生有密切关系

磨削加工工件表面层的温度分布，是指沿工件表面层深度方向温度的变化，它与加工表面变质层的生成机理、磨削裂纹和工件的使用性能有关。302.8.5磨削热与磨削温度砂轮磨削区温度和磨粒磨削点温度图磨削热的产生：划擦阶段、刻划阶段、切削阶段消耗的能量绝大部分转换为热量产生磨削热磨削温度的概念：一定要把磨削区温度、磨粒磨削点温度和工件平均温度三者的含义区分清楚

312.8.5磨削热与磨削温度影响磨削温度的因素：

砂轮速度

工件速度

径向进给量工件材料砂轮硬度与粒度322.8.6磨削表面质量磨削表面的微观不平度(表面粗糙度)磨削表面层的机械物理性能磨削表面质量表面粗糙度：

Vc、Vw—分别为砂轮和工件的速度

Rt、Rw—分别为砂轮和工件的半径

m—单位面积上的磨粒数

e—未变形切屑的宽度与平均厚度的比值经验公式332.8.6磨削表面质量磨削表面粗糙度公式的讨论：m，Rmax

Vc

或Vw

，使Vw／Vc的比值减小，Rmax

Rt,Rmax

；同理，Rw

，Rmax

砂轮宽度B大时，e值，可减小Rmax

磨粒切削刃高度的等高性越好、磨粒越细，Rmax径向进给量越小，Rmax磨削振动越小，Rmax342.8.6磨削表面质量磨削表面层的机械物理性能：表面烧伤表面残余应力磨削裂纹352.8.6磨削表面质量改善磨削表面层的机械物理性变化的途径：

减少磨削热：

加速磨削热传出：选择合适的磨削用量和适当的光磨次数减小径向进给量fr；选取较软的砂轮；减少工件和砂轮的接触面积；根据磨削要求合理选择砂轮的粒度；经常保持砂轮在锋利条件下磨削，并选择适宜的润滑性能较好的切削液，以减小磨粒与工件间摩擦等。除了适当提高工件速度和轴向进给量外，主要是采用有效的冷却方法:采用喷雾冷却、高压冷却和内冷却362.8.7砂轮的磨损与修整砂轮的磨损磨耗磨损

破碎磨损

堵塞粘附按照磨损机理的不同将砂轮磨损过程分为三个阶段：

1）初期阶段的磨损主要是磨粒的破碎

2）第二阶段的磨损主要是磨耗磨损

3）第三阶段的磨损主要是结合剂破碎372.8.7砂轮的磨损与修整砂轮的修整砂轮工作表面修整后的砂粒微刃

修整工具本身不作旋转运动

修整工具本身作回转运动或直线运动

修整工具是钢的或硬质合金的挤压轮目的：用修整工具把砂轮工作表面修整成所要求的型廓和锐度修整方式382.8.8磨削液磨削液的作用：润滑及冷却、洗涤和防锈磨削液的种类：种类成分效果油性磨削液矿物油低粘度及中粘度轻质矿物油＋油溶性防腐剂＋极性添加剂润滑性好冷却性较差极压油低粘度及中粘度轻质矿物油＋极压添加剂水溶性磨削液乳化液极压乳化液水＋矿物油＋乳化液＋防锈添加剂乳化液＋极压添加剂润滑性较差冷却性好化学合成剂水＋表面活性剂（非离子型、阴离子型或皂类）水＋表面活性剂＋防锈添加剂＋极压添加剂无机盐磨削液水＋无机盐类水＋无机盐＋表面活性剂392.8.8磨削液通常采用的磨削液供给方法是浇注法，即用低压泵把磨削液输送至喷嘴，借助液体本身的重力作用浇注到砂轮与工件的接触区。为冲破环绕砂轮表面的气流障碍，提高冷却润滑效果，对供液方法做了不少改进，例如采用压力冷却，砂轮内冷却，喷雾冷却，浇注法与超声波并用以及对砂轮作浸渍处理，实现固体润滑等磨削液的磨削液的供给方法：402.8.9几种高效的磨削技术高速磨削强力磨削（缓进给大切深磨削）砂带磨削412.8.9几种高效的磨削技术高速磨削普通磨削：vc

=30～35m/s高速磨削：vc

>45或50m/s与普通磨削相比，生产效率可比普通磨削高30～40%。砂轮速度(m/s)砂轮硬度砂轮粒度磨料50-60K-L60-70#A、MA(GW)80M-N80-100#MA(GW)、A、PA、WA表2－12高速磨削砂轮的选择422.8.9几种高效的磨削技术强力磨削特点：材料去除率高砂轮磨损小磨削质量好磨削力和磨削热大

进给深度：2～20mm进给速度：10～30mm/min432.8.9几种高效的磨削技术砂带磨削砂带是在带基上（带基材料多采用聚