《金属切削原理》第12章磨削

172697944 1第十二章 磨削磨削用于加工坚硬材料及精加工、半精加工内圆磨削外圆磨削平面磨削 普通平面磨削圆台平面磨削超精磨削加工第一节 砂轮的特性及选择砂轮由磨料、结合剂、气孔组成特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织决定一、磨料分为天然磨料和人造磨料人造磨料 氧化物系 刚玉系（Al2O3）碳化物系 碳化硅系 碳化硼系超硬材料系 人造金刚石系 立方氮化硼系二、粒度表示磨粒颗粒尺寸的大小＞63μm号数为通过筛网的孔数／英寸（25.4mm）机械筛分一般磨粒＜63μm号数为最大尺寸微米数（W）显微镜分析法微细磨粒精磨细粒降低粗糙度粗磨粗粒提高生产率高速时、接触面积大时粗粒防烧伤软韧金属粗粒防糊塞硬脆金属细粒提高生产率国标用磨粒最大尺寸方向上的尺寸来表示三、结合剂作用：将磨料结合在一起，使砂轮具有必要的强度和形状1、陶瓷结合剂（A）常用由黏土等陶瓷材料配成特点：粘结强度高、耐热、耐酸、耐水、气孔率大、成本低、生产率高、脆、不能承受侧向弯扭力2、树脂结合剂（ S）切断、开槽酚醛树脂、环氧树脂特点：强度高、弹性好、耐热性差、易自砺、气孔率小、易糊塞、磨损快、易失廓形、与碱性物质易反应、不易长期存放3、橡胶结合剂（ X）薄砂轮、切断、开槽、无心磨导轮人造橡胶特点：弹性好、强度好、气孔小、耐热性差、生产率低4、金属结合剂（Q）磨硬质合金、玻璃、宝石、半导体材料青铜结合剂（制作金刚石砂轮）特点：强度高、自砺性差、形面成型性好、有一定韧性`````172697944 2四、硬度在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬工件材料硬 砂轮软些 防烧伤工件材料软 砂轮硬些 充分发挥磨粒作用接触面积大 软砂轮精度、成形磨削 硬砂轮 保持廓形粒度号大 软砂轮 防糊塞有色金属、橡胶、树脂 软砂轮 防糊塞五、组织磨粒、气孔、结合剂体积的比例关系分为：紧密（ 0～3）、中等（ 4～7）、疏松（ 8～14）（磨粒占砂轮体积％↘）气孔、孔穴 开式（与大气连通） 占大部分，影响较大闭式（与大气不连通） 尺寸小、影响小开式 空洞型蜂窝型 前两种构成砂轮内部主要的冷却通道管道型 5～50μm六、砂轮的型号标注形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许最高圆周线速度P300x30x75WA60L6V35外径300，厚30，内径75第二节 磨削运动一、磨削运动1、主运动砂轮外圆线速度 m/s2、径向进给运动进给量fr 工件相对砂轮径向移动的距离间歇进给 mm/st 单行程mm/dst 双行程连续进给 mm/s3、轴向进给运动进给量fa 工件相对砂轮轴向的进给运动圆磨 mm/r平磨 mm/ 行程4、工件速度 vw线速度 m/s二、磨削金属切除率ZQ＝Q/B＝1000·vw·fr·fa/B mm^3/(s ·mm)ZQ：单位砂轮宽度切除率Q：每秒金属切除量 用以表示生产率B：砂轮宽度三、砂轮与工件加工表面接触弧长`````172697944 3lc＝sqrt(fr ·d0)影响参加磨削磨粒数目及磨粒负荷，容屑，冷却条件四、砂轮等效直径将外圆（内圆）砂轮直径换算成接触弧长相等的假想平面磨削的砂轮直径结论：对砂轮耐用度影响 内圆＞平面＞外圆第三节 磨削的过程一、单个磨粒的磨削过程 磨粒的模型 锐利 120°圆锥钝化 半球实际磨粒：大的负前角，大的切削刃钝圆半径滑擦、耕犁、切削滑擦：（不切削，不刻划）产生高温，引起烧伤裂纹耕犁：（划出痕迹）磨粒钝或切削厚度小于临界厚度，工件材料挤向两侧隆起切削：切削厚度大于临界厚度，形成切屑v↑→隆起↓（线性） 塑性变形速度＜磨削速度二、磨削的特点1、精度高、表面粗糙度小高速、小切深、机床刚性2、径向分力 Fn较大多磨粒切削3、磨削温度高磨粒角度差、挤压和摩擦、砂轮导热差4、砂轮的自砺作用三、磨削的阶段1、初磨阶段实际磨深小于径向进给量2、稳定阶段实际磨深等于径向进给量3、清磨阶段实际磨深趋向于 0提高生产率 缩短1、2提高质量 保证3第四节 磨削力及磨削功率一、磨削力的特征分解成三个分力Ft切向力 Fn 法向力 Fa 轴向力特征：1、单位切削力 k很大磨粒几何形状的随机性和参数的不合理性7000～20000kgf/mm^2 其他切削方式 k＜700kgf/mm^2`````172697944 42、Fn值最大Fn/Ft 通常2.0～2.5工件塑性↓、硬度↑→ Fn/Ft↑切深小，砂轮严重磨损 Fn/Ft 可达5～103、磨削力随磨削阶段变化初磨、稳定、光磨二、磨削力及磨削功率摩擦耗能占相当大的比例（ 70～80％）切向力（N）：Ft＝9.81·(CF·(vw·fr·B/v)+μ·Fn)径向力N）：Fn＝9.81·CF·(vw·fr·B/v)·tan(α)·(π/2)vw：工件速度v：砂轮速度fr：径向进给量B：磨削宽度CF：切除单位体积切屑所需的能 kgf/mm^2μ：工件－砂轮摩擦系数α：假设粒度为圆锥时的锥顶半角磨削功率P＝Ft·v/1000 Kw理论公式精度不高，常用实验测定（顶尖上安装应变片）`````172697944 5第五节 磨削温度耕犁、滑擦和形成切屑的能量全部转化成热，大部分传入工件一、磨削温度砂轮磨削区温度 θA：砂轮与工件接触区的平均温度影响：烧伤、裂纹的产生磨粒磨削点温度θdot：磨粒切削刃与切屑接触部分的温度温度最高处，是磨削热的主要来源影响：表面质量、磨粒磨损、切屑熔着工件温升：影响：工件尺寸、形状精度受影响二、影响磨削温度的因素切削液为降温的主要途径1、工件速度对磨粒磨削点温度的影响大于砂轮速度vw↑ →acgmax↑→F↑→θdot↑ 大v↑ →acgmax↓→θdot↑ 小→摩擦热↑↗acgmax：单个磨粒最大切削厚度 mm假设：磨粒前后对齐，均匀分不在砂轮表面 平面磨：acgmax=(2·vw·fa/(v ·m·B))sqrt(fr/dt)外圆磨：acgmax=(2·vw·fa/(v ·m·B))sqrt((fr/dt)+(fr/dw))dt：砂轮直径m：每毫米周长磨粒数用于定性分析2、径向进给量 Frfr↑→acgmax↑→θdot↑fr↑→接触区↑→同时参加切削磨粒数↑→ θA↑3、其他因素fa↑→θdot↑、θA↑工件材料硬度↑、强度、↑韧性↑→ θdot↑、θA↑θA↑→工件温升↑vw↑→被磨削点与砂轮接触时间 ↓→工件温升↗三、磨削温度的测量（热电偶）第六节 砂轮的磨损及表面形貌一、砂轮的磨损类型 磨耗磨损 磨粒磨损破碎磨损 磨粒或结合剂破碎（取决于磨削力与磨粒、结合剂强度）破碎磨损消耗砂轮多磨耗磨损通过磨削力影响破碎磨损阶段 初期磨损 磨粒破碎磨损（个别磨粒受力大，磨粒内部应力与裂纹）二期磨损 磨耗磨损三期磨损 结合剂破碎磨损`````172697944 6二、砂轮的耐用度 T砂轮相邻两次修整期间的加工时间 s各因素通过平均切削厚度来影响 T经验公式：T=6.67·(dw^0.6) ·km·kt/(10000 ·(vw·fa·fr)^2)dw：工件直径kt：砂轮直径修正系数km：工件材料修正系数粗磨时间常用单位时间内磨除金属体积与砂轮磨耗体积之比来选择砂轮三、砂轮的修整作用 去除钝化磨粒或糊塞住的磨粒，使新磨粒露出来增加有效切削刃，提高加工表面质量工具单颗金刚石、单排金刚石、碳化硅修整轮、电镀人造金刚石滚轮、硬质合金挤压轮等使用单颗金刚石：导程小于等于磨粒平均直径，每颗磨粒都能修整深度小于等于磨粒平均直径，提高砂轮寿命四、表面形貌单位面积上磨粒数目越多 → acgmax↓→磨粒受力↓→磨粒寿命↑→ T↑磨粒高度分布越均匀→粗糙度↓磨粒间距均匀性越好→粗糙度↓第七节 磨削表面质量与磨削精度一、表面粗糙度比普通切削小 小于 Ra2～4μmvw↓、v↑、R工↑、R砂↑、细粒度→粗糙度↓细粒度→m↑→粗糙度↓B↑→acgmax↓→粗糙度↓磨粒等高性好→粗糙度↓二、机械性能1、金相组织变化烧伤：C↑、合金元素↑→导热性↓→易烧伤高温合金↑→磨削功率↑→ θA↑→易烧伤影响：破坏工件表层组织，产生裂纹，影响耐磨性和寿命2、残余应力 原因：相变引起金相组织体积变化温度引起热胀冷缩和塑性变形的综合结果光磨10次残余应力减少2～3倍光磨15次残余应力减少4～5倍fa↓、fr↓→拉应力↓3、磨削裂纹磨削速度垂直方向上的裂纹（局部高温急冷造成热应力）三、磨削精度1、磨床与工件的弹性变形2、磨床与工件的热变形`````172697944 73、砂轮磨损导致形状尺寸变化3、磨床与工件振动`````172697944 8研磨加工是应用较广的一种光整加工。加工后精度可达 IT5级，表面粗糙度可达Ra0.1~0.006μm。既可加工金属材料，也可以加工非金属材料。研磨加工时，在研具和工件表面间存在分散的细粒度砂粒（磨料和研磨剂）在两者之间施加一定的压力，并使其产生复杂的相对运动，这样经过砂粒的磨削和研磨剂的化学、物理作用，在工件表面上去掉极薄的一层，获得很高的精度和较小的表面粗糙度。研磨的方法按研磨剂的使用条件分以下三类：1．干研磨 研磨时只需在研具表面涂以少量的润滑附加剂。如图 8-12a所示。砂粒在研磨过程中基本固定在研具上，它的磨削作用以滑动磨削为主。这种方法生产率不高，但可达到很高的加工精度和较小的表面粗糙度值 (Ra0.02～0.01μm)。2．湿研磨在研磨过程中将研磨剂涂在研具上，用分散的砂粒进行研磨。研磨剂中除砂粒外还有煤油、机油、油酸、硬脂酸等物质。在研磨过程中，部分砂粒存在于研具与工件之间，如图 8-12b所示。此时砂粒以滚动磨削为主，生产率高，表面粗糙度Ra0.04～0.2μm，一般作粗加工用，但加工表面一般无光泽。3．软磨粒研磨在研磨过程中，用氧化铬作磨料的研磨剂涂在研具的工作表面，由于磨料比研具和工件软，因此研磨过程中磨料悬浮于工件与研具之间，主要利用研磨剂与工件表面的化学作用，产生很软的一层氧化膜，凸点处的薄膜很容易被磨料磨去。此种方法能得到极细的表面粗糙度 (Ra0.02～0.01μm)。刮研平面用于未淬火的工件，它可使两个平面之间达到紧密接触，能获得较高的形状和位置精度，加工精度可达 IT7级以上，表面粗糙度值 R