《金属切削原理与刀具》课件 8磨削与磨轮

第十三章磨削与磨轮

磨削就是在用带有磨粒的工具来对工件进行加工，它是机械制造业中一种被广泛使用的切削加工方法。本章主要讲授磨削的概述、砂轮的特性及其选择、磨削加工类型和磨削运动、先进磨削方法简介等内容。13.1概述磨削曾是加工时间很长、磨除材料很少的精细加工，然而，现代磨削则完全突破了这种传统界限，把磨削只作为精加工方法的习惯认识早已过时。磨削加工不仅广泛用于精加工，而且还用于粗加工和毛坯去皮加工，并能获得较高的生产率和良好的经济性。

磨削加工精度可达IT5～IT6级，表面粗糙度可小至Ra1.25～0.01μm，镜面磨削时可达

Ra0.04～0.01μm。磨削除能加工普通材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料(如淬硬钢、耐热钢、硬质合金等)。磨削可用于加工外圆、内孔、平面、螺纹、齿轮、花键、导轨和成形表面等各种表面。目前，在工业发达的国家中，磨床占机床总数的30％～40％，在轴承制造业中则多达60％左右。现在，可磨削的工件重量已达125吨，工件直径为3000mm，长度达18000mm，在功率为250千瓦的重型磨床上磨除余量达6mm以上，砂轮（也有磨轮之称）直径为3000mm，每小时磨除金属达250～360kg。大力开展磨料、砂轮、磨具和磨削原理的研究，进一步扩大磨削的使用范围，发展新磨料和磨削新技术，是机械制造业的重要基础工艺研究任务。

13.2磨削加工类型和磨削运动一、磨削加工类型(1)外圆磨削，包括外圆纵磨、外圆横磨和大切深缓进给磨削；(2)

内圆磨削；(3)

平面磨削；(4)

成形磨削，包括螺纹磨削；(5)

砂带磨削；(6)

无心磨削，包括内圆无心磨削；(7)

砂轮切断；(8)

超精磨削加工，包括珩磨、抛光、研磨和液体抛光。二、磨削运动生产中常用的外圆、内圆和平面磨削，一般具有四个运动：1．主运动——砂轮旋转2．进给运动

(1)工件圆周（或直线）进给运动

(2)砂轮径向进给运动

(3)工件轴向进给运动vWm

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或m/minfamm/

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或mm/单行程frmm/单或双行程磨削时，每秒钟金属切除量：磨削过程磨屑的形成过程滑擦—刻划—切削图13-5磨削过程中磨粒的切削、刻划和抛光作用a)切削作用b）刻划作用c）抛光作用磨削力

切向力Fc背向力Fp进给力Ff★磨削的三个阶段：光磨阶段稳磨阶段初磨阶段13.3砂轮的特性及其选择砂轮

砂轮是磨削加工中最常用的工具。砂轮是一种用结合剂将磨料颗粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成，具有很多气孔，用磨粒进行切削的工具。砂轮是由磨料、结合剂和气孔所组成。主要起切削作用主要起粘接作用主要起容屑和冷却作用图13-2砂轮的构造1—砂轮2—结合剂3—磨粒4—磨屑5—气孔6—工件砂轮的特性1、磨料磨料氧化物碳化物高硬磨料棕刚玉白刚玉铬刚玉黑色碳化硅绿色碳化硅碳化硼人造金刚石立方氮化硼磨削碳钢、合金钢、通用高速钢磨削硬铸铁、硬质合金、非铁金属磨削硬脆材料、硬质合金、宝石、高温合金取决于工件材料的硬度2、粒度

表示磨料颗粒的大小。以磨粒能通过每英寸筛网长度上筛孔的数目作为该磨粒的粒度号。例如F60粒度是指磨粒刚能通过每英寸筛网长度上60个孔。F230～F1200F4～F220取决于加工表面的粗糙度的要求磨粒微粉

<63μm磨料粒度号越大，磨粒的尺寸越小。粒度号越大，磨粒的尺寸越小，微粉的尺寸越大。选择原则：粗磨：加工表面粗糙度值大→选用粗粒度的磨料精磨：加工表面粗糙度值小→选用细粒度的磨料磨削软而韧的工件材料时，为避免堵塞砂轮，选用粗粒度的磨料；磨削硬而脆的工件材料时，选用细粒度的磨料，以增加同时磨削磨粒数。磨削速度高或磨削大面积工件时，选用粗粒度的磨料，避免发热过多引起表面烧伤。3、结合剂结合剂的作用是将磨粒粘结在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。

取决于磨削速度结合剂陶瓷结合剂V树脂结合剂B橡胶结合剂R价格便宜，耐热、耐腐蚀，用的最多，使用90%以上。VC>35m/s金属结合剂M4、硬度指在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬，即表示磨粒不易脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。

由结合剂的粘结强度决定选择砂轮硬度时，可参照以下几条原则：1.工件硬度工件材料硬→软砂轮；工件材料软→硬砂轮。2.加工接触面砂轮与工件的接触面大时→软砂轮；3.精磨和成形磨削精磨和成形磨削→硬一些的砂轮，以保持砂轮必要的形状精度。4.砂轮粒度大小粒度号越大→软砂轮，以免砂轮表面组织被磨屑堵塞。5.工件材科磨削有色金属、橡胶、树脂等软材料→较软的砂轮，以免砂轮表面被磨屑堵塞。

在机械加工中，常用的砂轮硬度是软2(H)至中2(N)6种。5、组织指磨粒在砂轮中占有体积的百分数（即磨粒率）。

磨粒在砂轮总体积中所占的比例越大，则砂轮的组织越紧密，气孔越小；反之，磨粒的比例越小，则组织越疏松，气孔越大。砂轮组织的级别可分为紧密、中等、疏松三大类别。取决于容屑空间紧密组织的砂轮适用于重压力磨削、成形磨削和精密磨削。

中等组织的砂轮适用于一般的磨削工作。疏松组织的砂轮适用于粗磨、接触面积较大的工序，以及磨削热敏性强的材料、软金属和薄工件。6、砂轮的形状、代号和标志常用形状有平形、碗形、碟形等，砂轮的端面上一般都有标志。

例如：1-400×100×127-AF60L5B25形状→外径→厚度→孔径→磨料→粒度→硬度→组织→结合剂→最高工作线速度(m／s)

即代表该砂轮为平型砂轮，外径为400mm，厚度为100mm，内径为127mm，磨料是棕刚玉，60号粒度，硬度为中软L，5号组织，树脂结合剂，最高工作线速度25m／s。

砂轮特性选择小结（1）磨削钢——选用刚玉类砂轮；磨削铸铁、硬质合金、非铁金属——选用碳化硅类砂轮。（2）磨削软材料——选用硬砂轮；磨削硬材料——选用软砂轮。（3）磨削软而韧的材料——选用粗磨粒；磨削硬而脆的材料——选用细磨粒。（4）磨削表面粗糙度小——选用细磨粒；

金属磨除率要求大——选用粗磨粒。（5）要求加工表面质量好——选用树脂或橡胶结合剂砂轮，砂轮硬度教软，组织较疏松；要求砂轮保持成型精度高——选用陶瓷结合剂砂轮，砂轮硬度教硬，组织较紧密。13.4先进磨削方法简介一、高速磨削

砂轮速度υ>45m／s的磨削称为高速磨削。据有关资料介绍，我国高速磨床的磨削速度可达80～120m／s，发达国家的磨削速度可达200m／s以上。高速磨削对磨床的要求主要有如下几个方面：(1)砂轮电动机功率要比一般电动机功率大一倍左右；(2)砂轮径向和轴向跳动要小，轴承负荷能力要高，高速旋转的部件要经过仔细平衡，砂轮的防护罩必须坚固可靠；(3)机床动、静刚度要好。二、强力磨削（缓进给大切深磨削）强力磨削是20世纪70年代发展起来的一种高效磨削。这种磨削方法是采用非常大的磨削深度，而磨床工作台进给速度却非常小，砂轮在一次进给中几乎将全部磨削余量切除，故金属切除率大，实现了以磨代铣、粗精结合的综合加工。强力磨削对磨床等主要有如下要求：(1)机床电机功率大，一般在20kW以上，主轴采用滚动轴承；(2)机床刚性好；(3)切削液压力要高达O．8～1．2MPa，流量达80～200L／min。三、砂带磨削砂带磨削是一种新的高效磨削方法，自60年代以来，它的发展极为迅速，应用范围也越来越广泛。估计工业发达国家的磨削加工，目前，约有1/3左右由砂带取代砂轮。而原联邦德国尤为突出，早在1963年，砂带磨削已占磨削加工量的50％～60％。

砂带磨削具有下列几个特点：(1)设备简单(2)生产效率高(3)加工质量好(4)能磨削复杂形面

由于砂带磨削的应用十分广泛，故有七十年代万能工具的称誉。目前，强力砂带磨削和宽砂带(宽度达3m甚至更宽)应用，使生产率进一步得到提高；与此相应出现了高刚性、高强度的砂带磨床，有的磨床电动机功率高达182.5KW。砂带磨削总的趋势是向着高生产率和砂带高使用寿命方向发展。

四、超精密磨削与镜面磨削磨削后，表面粗糙度值Rа在0．