第二章精密磨削加工.

第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工2.1概述2.2精密磨削2.3超级精密磨削第二章精密磨削加工2.1概述一、特点(1)加工精度高磨粒多，磨具对断续切削、工件硬度变化不敏感；砂轮可在线修锐，加工精度高。(2)加工效率高缓进给深磨，深度达0～25mm;成形砂轮一次可磨出所需工件形状。(3)工程材料不断发展有些材料只能磨削加工，要有新的磨削技术工艺与之相适应。(4)新的磨料磨具人造金刚石砂轮、CBN砂轮出现，扩大磨削应用范围。第二章精密磨削加工二、精密磨削加工的分类利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料进行加工。分类：固结磨料（砂轮砂带磨削、油石研磨、精密珩磨、精密超精加工等）游离磨料（如精密研磨、精密抛光）黑色金属指铁、锰、铬及其合金第二章精密磨削加工1、固结磨料加工将一定粒度的磨粒或微粉与结合剂粘结在一起，形成一定形状一定强度用烧结方法形成砂轮、砂条、油石等磨具——固结磨具用涂敷等方法形成砂带等磨具——涂敷磨具第二章精密磨削加工（1）固结磨具精密磨削：砂轮粒度：60-80#；加工精度1-0.1μm，表面粗糙度Ra0.2-0.25μm超精密磨削：砂轮粒度：W40-W5；加工精度0.1μm，表面粗糙度Ra0.025-0.008μm第二章精密磨削加工1、磨料及其选择刚玉系：磨料韧性高，微刃性和等高性好——磨削钢件及铸铁件碳化物系：磨料韧性差，颗粒针片状，微刃易碎裂，微刃性和等高性差——有色金属加工。第二章精密磨削加工超硬磨料：A、金刚石——天然金刚石人造金刚石：高硬度，高耐磨性，高弹性模量，热容性大，导热性好，线膨胀系数小，熔点高。700度以上与铁类形成碳化物，不宜加工钢铁。广泛用于磨削低铁含量的金属及非金属硬脆材料，如硬质合金、光学玻璃、玛瑙宝石、半导体材料、石材等第二章精密磨削加工光学镜片加工用——金刚石砂轮第二章精密磨削加工电子超薄玻璃加工用——金刚石砂轮用于导电膜玻璃，液晶显示器玻璃的边部磨削。第二章精密磨削加工汽车玻璃加工用——金刚石砂轮：汽车侧窗玻璃、前后挡风玻璃。第二章精密磨削加工B、立方氮化硼(CubicBoronNitride（CBN))：硬度比金刚石低，耐热性高，化学稳定性好。2000度以上与铁类形成碳化物，适宜加工钢铁。高温与水反应，应干磨。C、复合材料第二章精密磨削加工CBN内圆磨具系列第二章精密磨削加工CBN外圆磨具系列第二章精密磨削加工精密陶瓷小砂轮，应用于数控内孔精密磨削，在50000Rpm、线速度45M/S下可安全使用。第二章精密磨削加工2、磨料粒度及其选择选用180#-240#普通磨料，（170/200）-（325/400）超硬磨料和微粉粒度号越大，表面粗糙度越小，生产率越低3、结合剂及其选择树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂。第二章精密磨削加工4、组织和浓度及其选择普通磨具——用组织表示磨料、结合剂、气孔间体积的比例关系超硬磨具——用浓度表示磨料含量主要考虑砂轮堵塞发热：成形磨削、沟槽、宽接触面：高质量浓度半精磨：细粒度、中质量浓度高精度、小表面粗糙度：细粒度、低质量浓度第二章精密磨削加工5、硬度及其选择普通磨具——磨粒脱落的难易程度超硬磨具——硬度较高，无硬度项6、磨具的强度磨具在高速回转时抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。有最高线速度规定。第二章精密磨削加工（2）涂敷磨具——磨料用粘结剂涂覆在布、纸或其他复合材料上1、涂敷磨具分类按形状分：页状、卷状、环状、带状、盘状按基底材料分：纸状、棉布、化钎布、塑料膜、复合按工作条件分：干磨、耐水第二章精密磨削加工2、磨料及粒度磨料：棕刚玉、白刚玉、各刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石粒度：以P表示例：P320相当W50，P1000相当W203、粘结剂又称胶，将砂粒牢固地粘接在基底上。动物胶、树脂、高分子化合物4、涂敷方法重力落砂法、涂敷法、静电植砂法磨粒规格涂层粘接剂基带第二章精密磨削加工涂覆方法重力落砂法涂覆法静电植砂法第二章精密磨削加工磨粒规格涂层粘接剂基带静电植砂砂带结构静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。第二章精密磨削加工加工精度1~0.1μm、表面粗糙度Ra0.2~0.025μm，2.2精密磨削加工机理磨削过程磨粒以很大的负前脚切削，只有10%磨粒参与切削，呈现4种形态：摩擦、塑性变形、飞边、切削第二章精密磨削加工精密磨削机理靠砂轮具有微刃性和等高性的磨粒实现的。⑴磨粒的微刃性：用较小的进给量对砂轮实施精细修整，微刃的微切削作用形成了小表面粗糙度值。第二章精密磨削加工⑵磨粒的等高性：砂轮表层同一深度上微刀数量多、等高性好，残留高度小。⑶微刃的滑挤、摩擦、抛光作用：磨削时间增加，砂轮微刃钝化，等高性改善，切削作用减弱，滑挤、摩擦、抛光作用加强。同时高温使金属软化，微刃滑擦和挤压将工件凸峰辗平，降低了表面粗糙度值。第二章精密磨削加工2.3超精密磨削加工精度0.1μm、表面粗糙度Ra0.025μm。对于钢、铁材料和陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种重要的加工方法。镜面磨削：表面粗糙度达到Ra0.02~0.01μm、表面光泽如镜，加工精度不明确，强调表面粗糙度要求。第二章精密磨削加工一．超精密磨削机理超微量切除切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒大小，磨削在晶粒内部进行。晶粒内部原子分子结合力非常大，因此磨削力很大，温度很高。——采用超硬磨粒砂轮第二章精密磨削加工磨屑形成过程（1）滑擦阶段：弹性变形（2）刻划阶段：切削深度增加，进入塑性阶段，在表面形成沟纹，但无切屑（3）切削阶段：塑性变形增大，达到工件的强度极限，被磨削层材料挤裂，切离。当磨削切入量达到最大值后，逐渐减少，最后到零，同时经历塑性区和弹性区。第二章精密磨削加工二、超精密磨床的结构超精密磨床在结构上的发展趋势：（1）主轴系统——主轴轴承由液体静压向空气静压发展。（2）导轨——空气静压导轨，精密研磨配制的镶钢滑动导轨。（3）床身、工作台——稳定性好的天然或人造花岗岩。（4）热稳定性——机床采用对称结构、密封结构、淋浴。第二章精密磨削加工镜面磨削-----工件表面反射光的能力达到一定程度基本出发点：要达到镜面，使用微粒度砂轮，极易堵塞，修整砂轮的辅助时间超过了磨削时间日本东京大学理化研究所发明了电解在线修整磨削法ELID在电流的作用下，砂轮的金属基体作为阳极被电解，使磨粒露出表面第二章精密磨削加工超精密五轴数控磨削中心•大扭矩水冷式恒温电主轴•人造大理石床身第二章精密磨削加工砂带在一定工作压力下与工件接触并作相对运动，进行磨削或抛光。有开式和闭式两种形式。接触轮硬磁盘—装在主轴真空吸盘上砂带磨削示意图V砂带砂带轮卷带轮F-径向进给f-径向振动三、精密与超精密砂带磨削第二章精密磨削加工砂带磨削方式闭式砂带磨削：采用无接头或有接头的环形砂带，张紧轮撑紧，电动机带动砂带高速回转，工件回转，砂带头架或工作台纵向及横向进给运动。效率高、发热大——粗磨、半精、精磨第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工闭式砂带磨削方法第二章精密磨削加工开式砂带磨削——成卷砂带缓慢移动，砂带绕过接触轮以一定压力与加工表面接触，工件回转，砂带头架或工作台纵向及横向进给。砂带连续缓慢移动，切削区不断出现新砂粒，磨削效果好，但效率低——精密、超精密磨削第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工用于磨削管件的砂带磨床第二章精密磨削加工砂带磨削特点1）弹性磨削砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，热作用小，加工质量好（Ra值可达0.02μm）。磨粒规格涂层粘接剂基带静电植砂砂带结构2）冷态磨削静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。第二章精密磨削加工3）高效磨削强力砂带磨削，效率为铣削10倍、普通磨削5倍。磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比）高，300：1~400：1。4）制作简单，价格低廉，使用方便。5）工艺性好，应用广可用于内外表面及成形表面加工。第二章精密磨削加工五、研磨加工机理属于游离磨粒切削加工。在刚性研具上注入磨料，在—定压力下，研具与工件相对运动，磨粒微切削作用除去微量工件材料，达到高几何精度和表面粗糙度。①机械切削作用—磨粒受压，刮擦挤压切除微细材料②物理作用—磨粒局部压力大—高温、挤压③化学作用—研磨剂，表面氧化变软，加速研磨第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工研具材料和研磨剂1)研具材料——比工件软铸铁：研磨淬硬和不淬硬的钢件及铸铁件。黄铜：研磨各种软金属。2)研磨剂——起润滑、与工件发生化学反应，表面氧化变软，加速研磨①磨料：绿色碳化硅、金刚石微粉等。②研磨液：机油、煤油、动物油及油酸、硬脂酸第二章精密磨削加工研磨的种类①湿研液状研磨剂(磨料W14～W5)涂敷于研具表面，应用较多。②干研磨料(W3.5～W0.5)均匀压嵌在研具表层，涂少量润滑剂。用于精研。③半干研研磨剂为糊状的研磨膏，粗、精研均可采用。第二章精密磨削加工（1）双盘研磨机一般用于研磨圆柱、平面、滚珠类零件的外圆。研磨设备及方法第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工2)手工研磨研磨外圆①精磨或精车基础上进行。在车床上，工件和研具之间涂上研磨剂，工件旋转，研具用手扶持作轴向往复移动。第二章精密磨削加工研磨内圆研具为开口锥套，套在锥度心轴上研磨剂涂于工件与研具之间，手扶工件作轴向往复移动。锥度心轴大端方向可调整锥套，使直径胀大，保持对工件孔壁的压力。第二章精密磨削加工研磨平面在精磨之后。研磨剂涂在研磨平板(研具)上，手持工件作直线往复运动或“8”字形运动。研磨一定时间后，将工件调转90°～180°，以防工件倾斜。第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工小平面、方孔、窄缝等表面，也可手持研具进行研磨。批量较大的简单零件上的平面亦可在平面研磨机上研磨。第二章精密磨削加工研磨的工艺特点及应用①设备简单。②获高精度和低Ra值。一般不能提高位置精度。③加工各种钢、淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃及某些塑料制品等。第二章精密磨削加工磁性研磨工件放在两磁极之间，工件和磁极间放入含铁的刚玉等磁性磨料，在直流磁场的作用下，磁性磨料沿磁力线方向整齐排列，同刷子一般对加工表面施加压力。研磨压力大小可调节。研磨时工件即旋转又沿轴线方向振动，使磁性磨料与工件表面产生相对运动。第二章精密磨削加工磁性研磨加工特点：1、自锐性好，磨削能力强，效率高。交变磁场作用下，磨粒位置不断变更，工件始终能获得锐利磨刃的切削。2、温升小、工件变形小磨粒位置不断变更，与工件作用时间短。3、切削深度小，加工表面平整磨粒体积小、切削刃小，切削深度小第二章精密磨削加工4、工件表面交变励磁，物理力学性能好工件表面反复受N、S交变磁场作用，改变表面应力状态分布5、无粉尘、废液、噪音，工作环境好切屑吸入磁性磨料，无粉尘6、加工范围广可加工内外圆表面、平面，以及型模的内外表面第二章精密磨削加工应用：可研磨轴类零件内外圆表面，对钛合金的研磨效果较好。也可用来去毛刺；金饰业打磨洗净工作；表面抛光处理；去除氧化薄膜工作。第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工磁性研磨机第二章精密磨削加工去毛刺机第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工第二章精密磨削加工五.珩磨珩磨头上的油石条进行孔加工。尺寸达IT6～IT4，Ra值达0.2～0.025μm。工件安装在珩床工作台上或夹具中，珩磨头的油石条插入孔中，机床主轴带动旋转并作轴向往复运动。油石条以一定压力与孔壁接触。珩磨头与主轴一般成浮动联接。第二章精密磨削加工运动：磨头的旋转速度v和往复速度vf合成切削速度，运动轨迹沿孔表面的螺旋线。磨头每一往复行程的起始位置都与上错开一个角度，形成均匀交叉的不重复网纹。第二章精密磨削加工珩磨头及珩磨油石的切削轨迹第二章精密磨削加工珩磨的工艺特点及应用①可提高尺寸、形状精度和减小Ra值，不提高位置精度②可加工铸铁件、淬硬和不淬硬钢件及青铜件等，不宜加工韧性大的有色金属件。③加工孔径范围为φ5～φ500，深径比可达10。④广泛用于大批大量生产汽缸孔、油缸筒、阀孔以及多种炮筒等。第二章精密磨削加工立式珩磨机第二章精密磨削加工五、抛光加工原理：高速旋转的抛光轮上涂磨膏，对工件