第三章常用的加工方法综述第三次课

第三章常用的加工方法综述第三次课第一页，共三十二页，2022年，8月28日一、砂轮的特征要素

砂轮是由一定比例的硬度很高的粒状磨料和结合剂压制烧结而成的多孔物体。

砂轮的性能主要取决于砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素。这些因素称为砂轮的特征要素。第二页，共三十二页，2022年，8月28日常用磨料代号、特性及适用范围

系别名称代号主要成分显微硬度（HV）颜色特性适用范围氧化物系棕刚玉AAl2O3

91～96%2200～2280棕褐色硬度高，韧性好，价格便宜磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜白刚玉WAAl2O397～99%2200～2300白色硬度高于棕刚玉，磨粒锋利，韧性差磨削淬硬的碳钢、高速钢碳化物系黑碳化硅CSiC>95%2840～3320黑色带光泽硬度高于刚玉，性脆而锋利，有良好的导热性和导电性磨削铸铁、黄铜、铝及非金属绿碳化硅GCSiC>99%3280～3400绿色带光泽硬度和脆性高于黑碳化硅，有良好的导热性和导电性磨削硬质合金、宝石、陶瓷、光学玻璃、不锈钢高硬磨料立方氮化硼CBN立方氮化硼8000～9000黑色硬度仅次于金刚石，耐磨性和导电性好，发热量小磨削硬质合金、不锈钢、高合金钢等难加工材料人造金刚石MBD碳结晶体10000乳白色硬度极高，韧性很差，价格昂贵磨削硬质合金、宝石、陶瓷等高硬度材料1.磨料砂轮的磨料应具有很高的硬度、耐热性，适当的韧度和强度及边刃。第三页，共三十二页，2022年，8月28日2.粒度（1）以磨粒所能通过的筛网上每英寸长度上的孔数作为粒度。粒度表示磨粒的大小程度。粒度号为4～240号，粒度号越大，则磨料的颗粒越细。（2）粒度号比240号还要细的磨粒称为微粉。微粉的粒度用实测的实际最大尺寸，并在前冠以字母“W”来表示。粒度号为W63～W0.5，例如W7，即表示此种微粉的最大尺寸为7μm～5μm，粒度号越小，微粉颗粒越细。粒度的表示方法有两种：第四页，共三十二页，2022年，8月28日（1）一般来说，粒度号越大，则加工表面的粗糙度越小，生产率越低。（4）微粉则用于精磨、超精磨等加工。粒度的大小主要影响加工表面的粗糙度和生产率。

粗加工宜选粒度号小(颗粒较粗)的砂轮。（2）通常情况下，磨软的材料应选颗粒较粗的砂轮；磨削脆而硬材料时，则选用较细的磨粒。精加工则选用粒度号大(颗粒较细)的砂轮；粗磨时，加工余量较大，要求有较高的效率，为避免过度发热而烧伤，应选取粗粒度的砂轮。精磨时，为获得较好的表面粗糙度及廓形精度，宜选用细粒度的砂轮。磨削软而粘的材料时，为避免砂轮堵塞宜选取粗粒度的砂轮。（3）当砂轮速度较高，砂轮与工件接触面积较大时，宜选取粗粒度砂轮。为减少参加磨削的磨粒数，以免发热而烧伤。第五页，共三十二页，2022年，8月28日种类代号性能用途陶瓷V耐热性、耐腐蚀性好、气孔率大、易保持轮廓、弹性差应用最广，适用于υ〈35m/s的各种成形磨削、磨齿轮、磨螺纹等树脂B强度高、弹性大、耐冲击、坚固性和耐热性差、气孔率小适用于υ〉50m/s的高速磨削，可制成薄片砂轮，用于磨槽、切割等橡胶R强度和弹性更高、气孔率小、耐热性差、磨粒易脱落适用于无心磨的砂轮和导轮、开槽和切割的薄片砂轮、抛光砂轮等金属M韧性和成形性好、强度大、但自锐性差可制造各种金刚石磨具3.结合剂结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。

砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及耐腐蚀性，主要取决于结合剂的种类和性质。第六页，共三十二页，2022年，8月28日4.硬度砂轮硬度是指砂轮工作时，磨粒在外力作用下脱落的难易程度。（即结合剂对磨料黏结能力的大小。）在同样的条件和一定外力作用下，若磨粒很容易从砂轮上脱落，砂轮的硬度就比较低(或称为软)；反之，砂轮的硬度就比较高(或称为硬)。砂轮的“自锐性”砂轮的硬度与磨料的硬度是两个完全不同的概念。

硬度相同的磨料可以制成硬度不同的砂轮，砂轮的硬度主要决定于结合剂性质、数量和砂轮的制造工艺（即取决于结合剂的黏结强度）。例如，结合剂与磨粒粘固程度越高，砂轮硬度越高。

砂轮上的磨粒钝化后，使作用于磨粒上的磨削力增大，从而促使砂轮表层磨粒自动脱落，里层新磨粒锋利的切削刃则投入切削，砂轮又恢复了原有的切削性能。砂轮的此种能力称为“自锐性”。第七页，共三十二页，2022年，8月28日精磨、成形磨削时，应选用硬一些砂轮，以保持砂轮的必要形状精度。

砂轮硬度的选用原则：工件材料硬，应选用软砂轮，以便砂轮磨钝磨粒及时脱落，露出锋利的新磨粒继续正常磨削；工件材料软，因易于磨削，磨粒不易磨钝，砂轮应选硬一些。粗磨时，应选用较软砂轮；但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时，由于切屑容易堵塞砂轮，应选用较软砂轮。第八页，共三十二页，2022年，8月28日硬度等级大级超软软中软中中硬硬超硬小级超软软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DEFGHJKLMNPQRSTY砂轮的硬度等级及其代号机械加工中常用砂轮硬度等级为H至N（软2-中2）。第九页，共三十二页，2022年，8月28日砂轮的组织是指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的比例关系。磨料在砂轮总体积上所占的比例越大，则砂轮的组织越紧密；反之，则组织越疏松。砂轮的组织分为紧密、中等、疏松3大类，细分0～14共15个组织号。组织号为0者，组织最紧密，组织号为14者，组织最疏松。砂轮组织的选择：砂轮组织疏松，有利于排屑、冷却，但容易磨损和失去正确的廓形。组织紧密，则情况与之相反，并且可以获得较小的表面粗糙度。一般情况下采用中等组织的砂轮。精磨和成形磨用组织紧密的砂轮。磨削接触面积大和薄壁零件时，用组织疏松的砂轮。5.组织第十页，共三十二页，2022年，8月28日常用砂轮形状、代号和用途砂轮名称代号简图主要用途平行砂轮1外圆磨、内圆磨、平面磨、无心磨、工具磨薄片砂轮41切断及切槽筒形砂轮2端磨平面碗形砂轮11刃磨刀具、磨导轨蝶形1号砂轮12a磨铣刀、铰刀、拉刀、磨齿轮双斜边砂轮4磨齿轮及螺纹杯形砂轮6磨平面、磨内圆、刃磨刀具砂轮的形状和尺寸是根据磨床类型、加工方法及工件的加工要求来确定的。6.砂轮的形状及尺寸第十一页，共三十二页，2022年，8月28日砂轮的特性均标记在砂轮的端面（侧面）上，其顺序是：例如：外径300mm，厚度50mm，孔径75mm，磨料为棕刚玉（A），粒度号为60，硬度为L（中软2），组织号为5，结合剂为陶瓷（V），最高工作线速度35m/s的平行砂轮（1为平行砂轮）。形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度7.砂轮的特性要素及规格尺寸标志其标记为：砂轮1-300×50×75-A60L5V-35m/s（GB2484-94）。第十二页，共三十二页，2022年，8月28日二、磨削工艺的特点1.精度高、表面粗糙度小。磨削时，砂轮表面有极多的切削刃，并且刃囗圆弧半径较小。磨削所用的磨床，比一般切削加工机床精度高，刚度及稳定性较好，并且具有微量进给机构，可以进行微量切削，从而保证了精密加工的实现。

磨削时，切削速度很高。磨削可以达到高的精度和低的粗糙度：一般磨削精度可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为0.8μm～0.2μm，当采用小粗糙度磨削时，粗糙度Ra值可达0.1μm～0.008μm。第十三页，共三十二页，2022年，8月28日2.砂轮有自锐作用3.背向磨削力Fy较大砂轮由于本身的自锐性，使得磨粒能够以较锋利的刃囗对零件进行切削，而无需换刀或重磨。F——总磨削力，Fz——磨削力，Fy——背向磨削力，Fx——进给磨削力。

在磨削时，背向磨削力Fy大于磨削力Fz。一般情况下Fy≈(1.5～3)Fz，零件材料的塑性越小，Fy/Fz之值越大。第十四页，共三十二页，2022年，8月28日

背向磨削力Fy不消耗功率，但它作用在工艺系统(机床—夹具—零件—刀具所组成的加工系统)刚度较差的方向上，容易使工艺系统产生变形，影响零件的加工精度。第十五页，共三十二页，2022年，8月28日4.磨削温度高（1）磨削时的切削速度高，为一般切削加工的10～20倍。（2）磨粒多为负前角切削，挤压和摩擦较严重，磨削时各阶段所消耗的能量绝大部分转化为热量。高的磨削温度的不良影响：（1）容易烧伤零件表面，使淬火钢件表面退火，硬度降低，降低零件的表面质量和使用寿命。原因：（2）高温下，零件材料将变软而容易堵塞砂轮，这不仅影响砂轮的耐用度，也影响零件的表面质量。（3）砂轮本身的传热性很差，大量的磨削热在短时间内传散不出去，在磨削区形成瞬时高温。第十六页，共三十二页，2022年，8月28日（2）冲洗砂轮的作用。磨削时采用切削液的作用：（1）冷却和润滑作用。磨削时采用切削液的种类：（1）磨削钢件时，广泛应用的切削液是苏打水或乳化液。（2）磨削铸铁、青铜等脆性材料时，一般不加切削液，而用吸尘器清除尘屑。第十七页，共三十二页，2022年，8月28日5.表面变形强化和残余应力严重

及时修整砂轮，施加充足的切削液，增加光磨次数，都可在一定程度上减少表面变形强化和残余应力。第十八页，共三十二页，2022年，8月28日三、磨削的应用

磨削可以加工的零件材料范围很广。

磨削可以加工外圆面、内孔、平面、成形面、螺纹和齿轮齿形等各种各样的表面，还常用于各种刀具的刃磨。（1）既可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料。（2）也能够加工高硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等难切削的材料。（3）但是，磨削不宜精加工塑性较大的有色金属零件。第十九页，共三十二页，2022年，8月28日（一）外圆磨削外圆磨削一般在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行。

粗磨外圆的尺寸精度可达公差等级IT8～IT7，表面粗糙度值Ra为1.6μm～0.8μm；

精磨外圆的尺寸精度可达公差等级IT6，表面粗糙度值Ra为0.4μm～0.2μm。第二十页，共三十二页，2022年，8月28日（1）纵磨法

每次进给（吃刀深度）都很小，全部磨削余量是在多次往复行程中完成的。砂轮高速旋转主运动工件旋转圆周进给运动工件随工作台的往复直线运动纵向进给运动工作台每往复一次，砂轮沿磨削深度方向完成一次横向进给。横向进给运动1、在外圆磨床上磨外圆当工件磨削接近最终尺寸时，应无横向进给光磨几次，直到火花消失为止。第二十一页，共三十二页，2022年，8月28日（1）加工精度和表面质量较高，适应性强，用同一砂轮可磨削直径和长度不同的工件。纵磨法磨外圆的特点：（2）生产率低。广泛用于单件、小批量生产及精磨，特别适用于磨削细长轴等刚性差的工件。第二十二页，共三十二页，2022年，8月28日（2）横磨法（切入磨法）

砂轮高速旋转主运动工件旋转圆周进给运动砂轮作慢速连续的横向运动横向进给运动磨削时，工件不作纵向往复运动，砂轮作慢速连续地向工件作横向进给运动，直到磨去全部余量。第二十三页，共三十二页，2022年，8月28日（1）生产率高，但由于砂轮与零件接触面积大，磨削力较大，发热量多，磨削温度高，零件易发生变形和烧伤。横磨法磨外圆的特点：（2）砂轮的修正精度以及磨钝情况，均直接影响到零件的尺寸精度和形状精度。（3）横磨法适用于成批及大量生产中，加工精度较低、刚性较好的零件。尤其是零件上的成形表面，只要将砂轮修整成形，就可直接磨出，较为简便。第二十四页，共三十二页，2022年，8月28日（3）深磨法

用较小的进给量，较大的背吃刀量，在一次行程中磨去全部余量，生产率较高。第二十五页，共三十二页，2022年，8月28日（1）在一次行程中磨去全部余量，生产率较高。深磨法磨外圆的特点：（2）需要把砂轮前端修整成锥面进行粗磨，直径大的圆柱部分起精磨和修光作用，应修整得精细一些。（3）深磨法只适用于大批大量生产中加工刚度较大的短轴。第二十六页，共三十二页，2022年，8月28日2、在无心外圆磨床上磨外圆

无心外圆磨削是工件不定回转中心的磨削，为一种生产率很高的精加工方法。磨削时，工件置于磨轮和导轮（用橡胶结合剂作的粒度较粗的砂轮）之间，靠托板支撑。由于不用顶尖支撑，所以称无心磨削。1-零件2-磨轮3-托板4-导轮无心外磨削主