磨削加工技术

磨削加工技术第一页，共72页。3.1磨削原理3.2精密和超精密磨削3.3缓进给磨削3.4砂带磨削2023年4月24日之徐印锋第二页，共72页。3.1磨削原理GrindingAbrasiveMachining

第三页，共72页。磨削加工采用固结硬质磨料工具或游离的硬质磨料对工件进行切除的加工方法精度：IT5～IT7Ra1.25~0.08m精密磨削Ra<0.01m第四页，共72页。①砂轮表面磨粒、刃口形状均随机状态②磨削速度很高。③磨粒的切削刃和前（后）刀面的形状极不规则。rn第五页，共72页。④磨粒有自砺性。⑤单个磨粒切削厚度小，可获得高加工精度和小Ra⑥大负γ0和大rn，使Fy>>Fz，工艺系统变形大，实际ap<名义ap

。rn第六页，共72页。第七页，共72页。第八页，共72页。第九页，共72页。第十页，共72页。第十一页，共72页。①

工件回转表面的磨削外圆磨削内圆磨削②

工件平型表面的磨削成形面磨削第十二页，共72页。

固结磨具磨具：涂附磨具研磨剂固结磨具：通过某种方式将磨料固定住，具有固定形状的磨具。砂轮是使用较广的固结磨具,由磨粒、结合剂和气孔组成。

砂轮的结构1－磨粒；2－结合剂；3－气孔第十三页，共72页。磨料具备的条件：①硬度高、红硬性好；②有一定的强度和韧性；③有锋利的边刃系列成分显微硬度(HV)氧化物系Al2O32000～2300碳化物系SiCBC2800～4500超硬磨料CBN8000～9000金刚石8000～10000第十四页，共72页。粒度：磨料颗粒的大小，37个粒度号F4～F220称为粗磨粒，F230~F1200称为微粉。第十五页，共72页。将磨料粘结成各种形状和尺寸的砂轮，直接影响砂轮的强度、耐热性和耐用度种类特点应用场合无机类陶瓷化学稳定性好、耐酸碱、耐高温，但脆性大、易碎裂磨削厚度大、轴向力小、速度小于35m/s金属强度高、韧性好，但自砺性差金刚石砂轮有机类树脂弹性好，但化学稳定性差，不耐酸碱，温度不能超过200℃磨狭窄的沟槽、切割磨片、热敏材料的磨具橡胶弹性好，但化学稳定性差，不耐酸碱，温度不能超过200℃磨狭窄的沟槽、切割磨片、热敏材料的磨具、导轮、抛光轮。第十六页，共72页。硬度：结合剂对磨料的粘结力。粘结力越大，磨料越不易脱落，砂轮的硬度越高。砂轮自砺性：砂轮上磨粒钝化后，磨削力增大，表层的磨粒自行脱落，里层有锋利边刃的磨料露出，代替磨钝的磨粒参加磨削。砂轮自砺性与砂轮硬度有关:硬度高，磨粒不易脱落，自砺性差；硬度低，磨粒易脱落，自砺性好。第十七页，共72页。磨料、结合剂、气孔三者比例关系。磨料的比例越大，则砂轮越紧密。(a)紧密(b)中等(c)疏松砂轮的组织第十八页，共72页。磨粒损耗

磨粒的钝化C-C磨粒的破碎B-B磨粒的脱落A-ACC第十九页，共72页。砂轮失效砂轮工作表面变钝砂轮工作表面堵塞砂轮轮廓畸变第二十页，共72页。砂轮耐用度T:砂轮相邻两次修整间的磨削时间磨削比Gr:单位时间内磨除工件材料的体积与砂轮磨耗体积比磨耗比Gs:为磨削比Gr的倒数，切除单位体积材料所消耗的砂轮体积

第二十一页，共72页。修整目的：去除钝化和堵塞的磨粒，产生新的锋利的磨粒；获得足够的切削刃，降低粗糙度；达到所需的轮廓整形:使砂轮具有一定精度的几何形状修锐:去除磨粒间的结合剂，使磨粒具有一定突出高度，形成良好的切削刃和容屑空间第二十二页，共72页。①外圆磨②平面磨第二十三页，共72页。即磨削速度，主运动v↑,Ra↓，但受砂轮的强度限制，常用30－35m/s第二十四页，共72页。又称圆周进给运动，即工件速度vw↑，生产率↑，工件磨削烧伤↓；但vw过大，振动↑，工件Ra↑。第二十五页，共72页。工件转动一圈，工件和砂轮在砂轮轴线方向的相对移动。根据砂轮宽度B选择粗磨fa＝(0.3~0.85)B精磨fa＝(0.2~0.3)B第二十六页，共72页。工作台两个行程之间砂轮在半径方向上的相对位移粗磨fr＝0.01~0.07mm/行程精磨fr＝0.005~0.02mm/行程第二十七页，共72页。

磨粒的形状刀尖角为90～120°，负前角切削刃为空间曲线，前刀面为空间曲面，形状不规则磨粒的切削刃有几个到几十个微米的圆角经过修整，磨粒上会出现微刃第二十八页，共72页。划擦阶段磨粒挤压工件，产生弹性变形刻划阶段磨粒前方和两侧金属产生塑性变形而隆起切削阶段磨粒前方金属层的厚度达到临界值，金属滑移成为切屑。第二十九页，共72页。acgmax为单个磨粒最大切削厚度

acgmax↑=>去除率↑，F↑，θ↑Ng:砂轮圆周上每毫米的磨粒数,Ng↑=>acgmax↓Vw:工件速度，Vw↑=>acgmax↑Vs:砂轮速度，Vs↑=>acgmax↓fr:径向进给，fr↑=>acgmax↑ds:砂轮直径，ds↑=>acgmax↓第三十页，共72页。①磨粒磨削点温度磨粒磨削点温度是磨粒切削刃与切屑接触点的温度，是磨削中温度最高的部位，可达1000～1400℃，也是磨削热的主要热源。②砂轮磨削区温度砂轮磨削区温度是砂轮与工件接触区的平均温度。它影响工件表面的烧伤、裂纹和加工硬化。③工件平均温升工件平均温升是磨削热传入工件而引起的温升。第三十一页，共72页。①定义：由磨削热引起的、在加工表层瞬间发生的氧化变色现象②根据烧伤形貌分类：全面烧伤：零件的整个表面被烧伤斑状烧伤：表面上出现分散的烧伤斑点线条状烧伤：整个零件表面有线条形烧伤③根据显微组织分类：回火烧伤淬火烧伤退火烧伤第三十二页，共72页。烧伤类型产生原因硬度防止措施淬火烧伤温度超过相变温度（720℃），急剧冷却，产生硬度更高的二次淬火马氏体组织提高

减少磨削热的产生加速磨削热传散；选用正确的砂轮选用合理磨削用量合适的冷却方式。退火烧伤温度超过相变温度（720℃），冷却缓慢，产生退火组织降低回火烧伤温度未超过相变温度（720℃），但超过马氏体的转变温度（300℃），产生回火组织降低第三十三页，共72页。3.2精密和超精密磨削PrecisionGrinding&Ultra-PrecisionGrinding

第三十四页，共72页。精密磨床细粒度砂轮精修砂轮磨痕极其微细残留高度极小加工精度为1～0.1mRa为0.2～0.025m

磨粒微刃性磨粒等高性第三十五页，共72页。①微刃的微切削作用

切削的刃口增多，深度减小，Ra↓②微刃的等高切削作用(a)砂轮(b)磨粒(c)微刃

(锐利、半钝化、钝化)

磨粒具有微刃性和等高性第三十六页，共72页。③微刃的滑擦、挤压、抛光作用

④弹性变形的作用

Fy>Fz>Fx

砂轮具有退让性，反复光磨提高精度第三十七页，共72页。

磨料：易于产生和保持微刃及其等高性钢和铸铁：刚玉类磨料有色金属：碳化硅粒度：46#～60#

结合剂：金属类、陶瓷类结合剂第三十八页，共72页。金刚石笔修整器修整导程：10～15mm/min修整深度：2.5µm/str

初修修整精修光修70~80°(a)金刚石笔修整器(b)修整器与砂轮的相对位置第三十九页，共72页。金刚石滚轮修整烧结或电镀金刚石滚轮修整时间短第四十页，共72页。金刚石滚轮修整烧结或电镀金刚石滚轮修整时间短第四十一页，共72页。砂轮速度：15～30m/s工件速度：6～12m/min工件纵向进给：0.06～0.5mm/r磨削深度：0.6～2.5µm/str走刀次数：2～3str第四十二页，共72页。①超硬磨料砂轮金刚石砂轮立方氮化硼砂轮②特点适合高硬度，高脆性和非金属材料磨削能力强磨削力小，磨削温度低磨削效率高加工成本低

第四十三页，共72页。③磨削工艺磨削用量磨削液④砂轮修整

磨削速度：12～30m/s磨削深度：0.001～0.01工件速度：10～20m/min纵向进给速度：0.45～1.5m/min整形：车削法，磨削法修锐：挤压滚扎，喷射、电加工法第四十四页，共72页。v=27m/s6420-2-4-60204681012弹性区塑性区切削区工件切入角α实际磨削轨迹理想磨削轨迹弹性区塑性区切削区塑性区弹性区接触终点2α=6.8°切入角/（）接触长度/mm加工精度达到0.1m以下、Ra<0.025m第四十五页，共72页。使用ELID磨削，冷却液为特殊电解液。通电后，砂轮结合剂发生氧化，氧化层阻止电解进一步进行。在切削力作用下，氧化层脱落，露出了新的锋利磨粒。电解修锐连续进行，砂轮在整个磨削过程保持锋利状态进给＋－电源金刚石砂轮（铁纤维结合剂）冷却液冷却液电刷第四十六页，共72页。良好的稳定性提高了贵重磨料的利用率良好的可控性镜面磨削，残留裂纹少第四十七页，共72页。具有较高主轴回转精度的磨床。良好的导电性和电解性能的砂轮电源装置电解液日本KOGE第四十八页，共72页。电子材料和磁性材料的镜面磨削光学材料的镜面磨削及难加工光学材料的研磨抛光前的镜面磨削等陶瓷材料的镜面磨削高硬度钢铁及其复合材料以及硬质合金的镜面磨削第四十九页，共72页。金刚石砂轮磨削光学玻璃树脂结合剂砂轮磨粒粒度：6-12µm磨削深度：4µm进给速度：6mm/min粗糙度Ra：1.04nm第五十页，共72页。ELID镜面磨削实验室：Ra1-2nm工业应用：Ra10–50nm玻璃表面SEM图像玻璃表面AFM图像第五十一页，共72页。高精度高刚度稳定性微量进给装置计算机数控有良好过滤的磨削液超稳定加工环境条件和超净化空间防振系统第五十二页，共72页。3.3缓进给磨削Creepfeedgrinding第五十三页，共72页。缓进给深切磨削（强力磨削，重负荷磨削，蠕动磨削）缓进给：普通磨削的10-2~10-3

大切深：普通磨削的102~103

磨削效率是普通磨削的3～5倍

Ra<0.2~0.4μm；精度<2~5μm第五十四页，共72页。第五十五页，共72页。第五十六页，共72页。正常磨削时温度较低而容易突发烧伤(1)烧伤程度往往比较严重；(2)烧伤存在某种程度的突然性。第五十七页，共72页。0<q<qa，对流换热阶段qa<q<qlim，泡核沸腾阶段q>qlim，成膜沸腾阶段突发烧伤始终保持磨削过程中磨粒的锋利，可以避免烧伤第五十八页，共72页。磨削深度大，砂轮与工件接触弧较长。缓进给磨削是大切深、一次进给，进给速度比较低。产生大量磨削热，易烧伤，应配有强冷却。生产效率高。可以直径磨削难加工的材料至尺寸要求。磨削精度高和表面质量好。参加切削磨粒数多，总磨削力及功率大。第五十九页，共72页。边磨削边再成形和修锐砂轮省去了砂轮修整，提高了磨削效率；最长磨削长度取决于磨床可利用的磨削长度；比磨削能降低，磨削力及磨削热均降低第六十页，共72页。冷却液应以一定压力和流量送入磨削区而起到强冷却作用，冲掉