磨具切削成形方法

关于磨具切削成形方法磨床加工应用磨床上可磨削内外圆柱面、圆锥面、内孔、平面、齿轮齿廓面、螺旋面、各种成形面、刃磨刀具或切断等。第2页,共58页，2024年2月25日，星期天基本知识

磨外圆时，主运动是砂轮的高速旋转运动，进给运动是工件的缓慢圆周运动。磨平面时，主运动是砂轮的高速旋转运动，进给运动是工件的往复直线运动和砂轮的沿轴线横向移动。第3页,共58页，2024年2月25日，星期天一、磨削加工的特点与工艺范围（一）磨削加工的特点1．切削刃不规则2．背吃刀量小、加工质量高3．磨削速度快、温度高4．磨削加工的适应性强5．砂轮具有自锐性6．径向磨削分力大（二）磨削加工的工艺范围

磨削加工的应用范围非常广泛，可以加工内外圆柱面、内外圆锥面、平面、成形面和组合面等，如图9-1所示。目前磨削主要用于对工件进行精加工，经过淬火的工件及其它高硬度的特殊材料，几乎只能用磨削来进行加工。另外，磨削也可以用于粗加工。

第4页,共58页，2024年2月25日，星期天磨削加工的应用范围非常广泛，可以加工内外圆柱面、内外圆锥面、平面、成形面和组合面等，如图9-1所示。目前磨削主要用于对工件进行精加工，经过淬火的工件及其它高硬度的特殊材料，几乎只能用磨削来进行加工。另外，磨削也可以用于粗加工。

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磨削过程

比较凸出的和比较锋利的磨粒起切削作用

凸出高度较小或较钝的磨粒起刻划作用

磨钝的或比较凹下的磨粒与工件表面产生滑擦，起摩擦抛光作用

比较锋利且凸出的单个磨粒，其切削过程大致也可分为三个阶段

第6页,共58页，2024年2月25日，星期天磨粒上的切削刃小，刃口的圆弧半径rn更小，能切下很小的切屑。例如：车刀的rn≈0.012~0.032mm，磨粒的rn≈0.006~0.012mm。磨床自身的制造精度高。所以磨削加工的工件尺寸精度高(IT7~IT6)，形状精度高，特别是能提高加工表面位置精度。磨削过程中，在工件被加工的单位面积内参加三、磨削的工艺特点1.精度高、表面粗糙度小。第7页,共58页，2024年2月25日，星期天切削的刀刃多，使得工件的残留面积高度小。因此加工的表面粗糙度小（Ra0.2~0.8）。2.砂轮具有自锐性磨削过程中，当磨粒磨钝后会出现两种情况：磨粒破碎和磨粒脱落，形成新的锋利的磨粒，使磨削能够正常进行，这种特性就是砂轮的自锐性。砂轮的自锐性，并不能长时间保持，因为磨削是一种封闭式切削，切屑和碎磨粒会堵塞砂轮的孔隙，使砂轮是去切削力。第8页,共58页，2024年2月25日，星期天所以磨削一定的时间后砂轮需要修整。一般采用金刚石笔修整。3.磨削速度高、磨削温度高。因此，磨削时可能造成工件表面烧伤、产生表面裂纹；不易加工低熔点金属（铝合金）。磨削一般应加冷却润滑液。4.磨削能加工高硬度的工件。磨削是目前加工高硬度工件和高硬材料的主要方法。外圆磨削速度：一般30~35m/s，高速>50s/m；切削区内的温度：800～1000℃第9页,共58页，2024年2月25日，星期天5.磨削的背向磨削力Fp较大

Fp较大容易引起工件的变形。如下图所示，磨削轴类零件。所以在磨削时对刚性差、易变形的工件要采用一定的工艺措施，减小或消除变形。

6.磨削的适应性强，可加工各种类型的零件表面。第10页,共58页，2024年2月25日，星期天

一、磨料与磨具

磨削(grinding)是用带有磨粒的工具(砂轮、砂带、油石等)对工件进行加工的方法第15章磨具切削成形方法第11页,共58页，2024年2月25日，星期天

砂轮

砂轮特性决定于磨料,粒度,结合剂,硬度,组织及形状尺寸。（1）磨料锋利的形状、高硬度和热硬性、适当的坚韧性。①氧化物系（刚玉类，主要成份Al2O3）棕刚玉（A）韧，硬度低，磨碳素钢、合金钢、可锻铸铁；白刚玉（WA）韧性低、硬，磨淬火钢、高速钢、高碳钢；铬刚玉（PA）韧，硬度低，Ra小，磨高速钢、不锈钢等。②碳化物系（主要成份碳化硅、碳化硼）黑色碳化硅（C）韧性低、硬度高，磨铸铁、黄铜等脆材；绿色碳化硅(GC)韧性差、更硬，磨Y合金、陶瓷、玻璃等。③超硬磨料人造金刚石（RJ）、立方氮化硼（CBN）。第12页,共58页，2024年2月25日，星期天

常用磨料的性能及适用范围高强度

人造金刚石

氮化硼

绿碳化硅

黑碳化硅

白刚玉

棕钢玉硬质合金、宝石

＞700℃石墨化

乳白色

碳结晶体

D硬质合金、高速钢

＜1300℃稳定

高硬度黑色

立方氮化硼

CBN高硬磨料类

硬质合金等

绿色

SiC＞99%GC铸铁、黄铜、非金属材料

＞1500℃氧化

黑色

SiC＞95%C碳化硅类

淬火钢、高速钢

白色

Al2O3＞99%WA碳钢、合金钢、铸铁

2100℃熔融

韧性好硬度大

褐色

Al2O395%TiO22%~3%A钢玉类适用磨削范围热稳定性

力学性能

颜色

主要成分

代号

材料名称

第13页,共58页，2024年2月25日，星期天（2）粒度

以刚能通过的那一号筛网的网号来表示磨料的粒度，如60＃微粉：磨粒的直径＜40um时，例如W20磨粒尺寸在20～14um.粗磨用粗粒度,精磨用细粒度;当工件材料软，塑性大,磨削面积大时，采用粗粒度，以免堵塞砂轮烧伤工件。（3）结合剂

①陶瓷结合剂化学稳定性好、耐热、耐腐蚀、价廉90%，但脆性大，不宜制成薄片，不宜高速。②金属结合剂（M）青铜、镍等，强度韧性高，成形性好，但自锐性差，适于金刚石、立方氮化。

砂轮安装第14页,共58页，2024年2月25日，星期天

常用磨粒的粒度、尺寸及应用范围研磨、超精加工、镜面磨削

10~75~3.5W10~W5研磨、超精磨削

20~1414~10W20~W14珩磨、研磨

40~2828~20W40~W28微粉

半精磨、精磨、珩磨

160~12550~40100~280粗磨半精磨、精磨

400~315200~16046~80荒磨、打毛刺

2000~1600500~40012~36磨粒

应用范围

颗粒尺寸（μm）

粒度号

类别

第15页,共58页，2024年2月25日，星期天适用于金刚石砂轮

强度最高，导电性好，磨耗少，自锐性差

M金属

适用于切断、开槽

强度较B高，更富有弹性，气孔率小，耐热性差

R橡胶

适用于高速磨削、切断、开槽等

强度较V高，弹性好，耐热性差

B树脂

最常用，适用于各类磨削加工耐热、耐蚀，气孔率大，易保持廓形，弹性差

V陶瓷

适用范围

性能

代号

结合剂

常用结合剂的名称、代号、性能和适用范围第16页,共58页，2024年2月25日，星期天

③树脂结合剂（B）强度高弹性好，耐冲击，适于高速磨或切槽切断等工作，但耐腐蚀耐热性差(300℃)，自锐性好。④橡胶结合剂（R）强度高弹性好，耐冲击，适于抛光轮、导轮及薄片砂轮，但耐腐蚀耐热性差(200℃)，自锐性好。（4）硬度指砂轮工作时在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬度无关。硬度高，磨料不易脱落；硬度低，自锐性好。硬度分7大级(超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬)，16小级。砂轮结构第17页,共58页，2024年2月25日，星期天

砂轮硬度选择原则：

磨削硬材，选软砂轮；磨削软材，选硬砂轮；磨导热性差的材料，不易散热，选软砂轮以免工件烧伤；砂轮与工件接触面积大时，选较软的砂轮；成形磨精磨时，选硬砂轮；粗磨时选较软的砂轮。（5）组织反映砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的比例关系，即砂轮结构的疏密程度，分紧密、中等、疏松三类13级。紧密组织成形性好，加工质量高，适于成形磨、精密磨削和强力磨削。中等组织适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃磨等。疏松组织不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨平面、内圆等接触面积较大时，磨削热敏感性强的材料或薄件。

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砂轮硬度的选用原则是：工件材料越硬，应选用越软的砂轮。这是因为硬材料使磨粒磨损，需用较软的砂轮以使磨钝的磨粒及时脱落。工件材料越软，砂轮的硬度应越硬，以使磨粒脱落慢些，发挥其磨削作用。但在磨削有色金属、橡胶、树脂等软材料时，要用较软的砂轮，以便使堵塞处的磨粒较易脱落，露出锋锐的新磨粒。半精磨与粗磨相比，需用较软的砂轮；但精磨和成形磨削时，为了较长时间保持砂轮轮廓，需用较硬的砂轮。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

DEFGHJKLMNPQRSTY砂轮的硬度等级及代号第19页,共58页，2024年2月25日，星期天有色金属及塑料、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组织号砂轮的组织号第20页,共58页，2024年2月25日，星期天6）砂轮的标志方法按GB2484—84规定，标志顺序如下：磨具形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速度。砂轮标志方法见示例：

第21页,共58页，2024年2月25日，星期天第22页,共58页，2024年2月25日，星期天第23页,共58页，2024年2月25日，星期天7)、砂轮的修整磨损表现为磨耗磨损和破碎磨损。自锐性有限，应及时修整，保证砂轮有合理使用寿命，否则引起振动、Ra值增大、表面烧伤或裂纹等。砂轮修整除用于磨损砂轮外，还用于以下场合：①砂轮被切屑堵塞；②部分工材粘结在磨粒上；③砂轮廓形失真；④精密磨中的精细修整等。常用修整工具是单颗粒金刚石。修整用量包括修整导程Fx(≈磨粒平均尺寸)和修整深度ap(粗磨0.01～0.03mm),修整时应使用充足的切削液。第24页,共58页，2024年2月25日，星期天端面磨轮砂轮平衡第25页,共58页，2024年2月25日，星期天

二磨床

1磨床

磨床是用磨料磨具(砂轮,砂带,油石和研磨料)为工具进行切削加工的机床。广泛用于零件的精加工,尤其是淬硬钢件,高硬度特殊材料及非金属材料(如陶瓷)的精加工。

磨床种类很多,其主要类型有:外圆磨床,内圆磨床,平面磨床,工具磨床，刀具和刃具磨床及各种专门化磨床.如曲轴磨床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等。此外还有珩磨机,研磨机和超精加工机床等。第26页,共58页，2024年2月25日，星期天第27页,共58页，2024年2月25日，星期天

1.1外圆磨床

主要用于磨削内,外圆柱和圆锥表面,也能磨阶梯轴的轴肩和端面,可获得IT6-IT7及精度Ra在1.25--0.08μm之间。外圆磨床的主要类型有：普通外圆磨床、万能外圆磨床，无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床和端面外圆磨床等

。主参数:最大磨削直径。

万能型外圆磨床加工各种典型表面时，机床各部件的相对位置关系和所需要的各种运动：

磨外圆砂轮的旋转运动N砂；磨内孔砂轮的旋转运动N内；工件旋转运动N周；工件纵向往复运动F纵；砂轮横向进给运动f横（往复纵磨时是周期的间歇运动；切入磨削时是连续进给运动）。此外，机床还有两个辅助运动：砂轮架的横向快速进退运动；尾架套筒的伸缩移动。

第28页,共58页，2024年2月25日，星期天第29页,共58页，2024年2月25日，星期天液压传动概念第30页,共58页，2024年2月25日，星期天液压传动原理

工作原理：油泵经滤油器将油从邮箱中吸出，变为高压油，经转阀、节流阀，输入油缸的右腔，推动活塞、活塞杆及工作台向左移动。油缸左腔的油经换向流入邮箱。当工作台移动至行程终点时固定在工作台前侧面的右行程挡块，自右向左推动换向手柄，并连同换向阀的活塞杆和活塞一起向左移至虚线位置。于是高压油则流入油杠的左腔，使工作台返回。油杠右腔的油也经换向阀流回邮箱。如此反复循环，从而实现了工作台的纵向往复运动。第31页,共58页，2024年2月25日，星期天

1.2无心外圆磨床

工作原理

①工件放在砂轮和导轨之间,由托板支撑进行磨削。而由工件的被磨削外圆面作为定位面；②导轮是用树脂或橡胶为粘结剂制成的刚玉砂轮，不起磨削作用，它与工件之间的磨擦系数较大，靠摩擦力带动工件旋转，实现圆周进给运动；③导轮的线速度在10～50m/min范围内。砂轮的转速很高，从而在砂轮和工件间形成很大的相对速度，即磨削速度；④为了避免磨削出棱圆形工件，工件的中心应高于磨削砂轮与导轮的中心连线（高出工件直径的15～25%），使工件和导轮、砂轮的接触相当于是在假想的V形槽中转动，工件的凸起部分和V形槽两侧的接触不可能对称，这样使工件在多次转动中，逐步磨圆。第32页,共58页，2024年2月25日，星期天第33页,共58页，2024年2月25日，星期天第34页,共58页，2024年2月25日，星期天无心外圆磨削示意图1—工件2—磨削轮3—托板4—导论

无心外圆磨床上磨削第35页,共58页，2024年2月25日，星期天

无心外圆磨床与外圆磨床相比,具有以下优点:①生产率高(无须打中心空,且装夹省时),所以多用于成批生产和大量生产；②磨削表面尺寸精度,几何形状精度较高,表面粗糙度Ra小；

③能配上自动上料机构,实现自动化生产。内圆磨床第36页,共58页，2024年2月25日，星期天

1.3内圆磨床

用于磨圆柱孔和圆锥孔,主参数是最大磨削内孔直径。主要类型普通内圆磨床、无心内圆磨床、行星内圆磨床及专用内圆磨床。砂轮主轴部件是内圆磨床的关键部分。应用较普遍的中型内圆磨床砂轮主轴，转速一般在10,000～20,000r/min左右，常由普通的交流异步电动机经平带传动。在磨削小孔（例如直径小于10mm）时，要求砂轮主轴的转速高达80,000～120,000r/min或更高。目前常采用内连式中频（或高频）电动机驱动的内圆磨具。由于没有中间传动件，可达到的转速较高，同时它还具有输出功率大，短时间过载能力强、速度特性硬、振动小等优点，所以近年来应用日益广泛。第37页,共58页，2024年2月25日，星期天内圆磨床砂轮架安装在工作台上作纵向进给运动。两种磨床的横向进给运动都由砂轮架实现。工件头架都可绕垂直轴线调整角度，以便磨削锥孔。

第38页,共58页，2024年2月25日，星期天内圆磨床的工件头架安装在工作台上，随工作台一起往复移动，完成纵向进给运动。

第39页,共58页，2024年2月25日，星期天

1.4平面磨床

平面磨床用于磨削各种零件的平面。

卧轴矩台式磨床(生产率低些,但加工精度较高,Ra较小,属于周边磨削)；立轴矩台式磨床；立轴圆台式磨床(生产率高,但加工精度较低,Ra较大,属于端面磨削)；卧轴圆台式磨床。磨削方式端面磨削、周边磨削。①卧轴矩台式平面磨床：砂轮旋转n是主运动，工作台纵向往复(f1)和砂轮架横向进给(f2)，砂轮架竖直运动f3是切入运动；②立轴矩台式平面磨床：砂轮旋转n是主运动，矩形工作台纵向往复运动f1是进给运动，砂轮架间歇的竖直运动f2是切入运动；③立轴圆台式平面磨床：砂轮旋转n是主运动，圆工作台转动f1是圆周进给运动，砂轮架间歇的竖直运动f2是切入运动；④卧轴圆台式平面磨床：砂轮旋转n是主运动，圆工作台转动f1是圆周进给运动，砂轮架连续径向运动f2是径向进给运动，间歇的竖直运动f3是切入运动。此外，工作台的回转中心线可调整至倾斜位置，以便磨削锥面，例如磨削圆锯片的侧面。第40页,共58页，2024年2月25日，星期天第41页,共58页，2024年2月25日，星期天砂轮端面磨削的平面磨床与用周边磨削的平面磨床相比较:

端面磨削的砂轮直径比较大，能一次磨出工件的全宽，磨削面积较大，生产率较高，但端面磨削时砂轮和工件表面是成弧形线或面接触，接触面积大，冷却困难，且磨屑不易排除，所以加工精度较低，表面粗糙度值较大。砂轮周边磨削，砂轮和工件接触面较小，发热量少，冷却和排屑条件较好，可获得较高的加工精度和较小的的表面粗糙度值。圆台平面磨床与矩台平面磨床相比:

圆台式是连续进给，圆台式的生产率稍高些，而矩台式有换向时间损失。圆台式只适于磨削小零件和大直径的环形零件端面。不能磨削窄长零件。而矩台式可方便地磨削各种零件，包括直径小于矩台宽度的环形零件。第42页,共58页，2024年2月25日，星期天

一、外圆面的加工外圆面的磨削

磨削(grinding)是外圆面精加工的主要方法，多作为半精车外圆后的精加工工序。(1)外圆磨床上磨削磨削加工基本作业在外圆磨床上磨外圆a）纵磨法b）横磨法c）混合磨法d）深磨法第43页,共58页，2024年2月25日，星期天万能外圆磨床的几种典型加工方式图第44页,共58页，2024年2月25日，星期天纵磨法：加工精度高，Ra值较小，生产率低，广泛用于各种类型的生产中；横磨法：加工精度低，Ra值较大，生产率高，只适用于大批量生产中磨削刚度较好、精度较低、长度较短的轴类零件上的外圆表面和成形面。第45页,共58页，2024年2月25日，星期天磨孔(holegrinding)

磨孔时，砂轮旋转为主运动，工件低速旋转为圆周进给运动，砂轮直线往返为轴向进给运动，切深运动为砂轮周期性的径向进给运动

第46页,共58页，2024年2月25日，星期天

磨内圆（包括内锥面）（1）机床：内圆磨床、万能外圆磨床（2）特点：①由于磨内圆砂轮受孔径限制，切削速度难以达到磨外圆的速度；②砂轮轴直径小，悬伸长，刚度差，易弯曲变形和振动，且只能采用较小的背吃刀量；③砂轮