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第七章磨削加工本章要点概述磨具的特征及选用磨削加工类型先进磨削技术7.1概述用磨具(砂轮、砂带、油石等）以较高的线速度对工件表面进行加工的方法称为磨削。磨削加工是一种多刀多刃的高速切削方法，它适用于零件精加工和硬表面的加工。磨削的工艺范围很广，可以划分为粗磨、精磨、细磨及镜面磨。加工精度：IT6-IT4，表面粗糙度：Ra=1.5-0.02um7.1.1磨削加工的工艺范围7.1概述磨削加工是零件精加工的主要方法，其工艺范围很广。7.1.2磨削加工的特点7.1概述加工精度高，表面粗糙度低。加工范围广，可以加工高硬度材料，但不适宜塑性较大的有色金属。磨削速度高，磨削温度高，800℃-1000℃,需使用大量的冷却液。径向切削力大。砂轮的自锐性，使得磨粒总能以锐利的刀刃对工件连续进行切削。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。7.1.3磨削过程7.1概述指砂轮表面的磨粒从工件表面切除细微金属层的过程。•在磨削过程中，磨削速度、工件圆周进给速度、纵向进给量、横向进给量等，统称为磨削用量。•合理选择磨削用量对保证磨削加工质量和提高生产率有很大影响。磨削速度vc磨轮的高速旋转运动是主运动，磨削速度是指磨轮外圆的线速度。工件圆周进给速度vw指工件外圆的线速度。7.1.4磨削用量7.1概述纵向进给量fa径向进给量fr指工件转一周沿轴线方向相对于磨轮移动的距离。单位为mm/r；指磨轮相对于工件在工作台每双（单）行程内径向移动的距离。7.1.4磨削用量7.1概述7.2磨具的特征及选用砂轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥、培烧及车整而制成的多孔体。砂轮的特性主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定的。7.2.1砂轮的特性7.2磨具的特征及选用•制造磨具的主要原料，直接担负着切削工作磨料•磨料颗粒的尺寸，其大小用粒度号表示粒度•将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮结合剂•磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度(又称结合度)硬度•磨具中磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系组织•根据机床类型和加工需要，将磨具制成各种标准的形状和尺寸，常用的砂轮形状、代号和用途如表所列形状与尺寸•磨具标记的书写顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂和允许的最高线速度磨具标记常用磨料代号、特性及适用范围类别名称代号主要成分显微硬度（HV）颜色特性适用范围刚玉类棕刚玉AAl2O391～96%2200～2280棕褐色硬度高，韧性好，价格便宜磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜白刚玉WAAl2O397～99%2200～2300白色硬度高于棕刚玉，磨粒锋利，韧性差磨削淬硬的碳钢、高速钢碳化硅类黑碳化硅CSiC95%2840～3320黑色带光泽硬度高于刚玉，性脆而锋利，有良好的导热性和导电性磨削铸铁、黄铜、铝及非金属绿碳化硅GCSiC99%3280～3400绿色带光泽硬度和脆性高于黑碳化硅，有良好的导热性和导电性磨削硬质合金、宝石、陶瓷、光学玻璃、不锈钢高硬磨料立方氮化硼CBN立方氮化硼8000～9000黑色硬度仅次于金刚石，耐磨性和导电性好，发热量小磨削硬质合金、不锈钢、高合金钢等难加工材料人造金刚石MBD碳结晶体10000乳白色硬度极高，韧性很差，价格昂贵磨削硬质合金、宝石、陶瓷等高硬度材料磨料7.2.1砂轮的特性磨料7.2.1砂轮的特性磨料的选择—按工件材料及其热处理方法选择磨料工件材料为一般钢材，选用棕刚玉；工件材料为淬火钢、高速钢，选用白刚玉或铬刚玉；工件材料为硬质合金，选用人造金刚石或绿色碳化硅；工件材料为铸铁、黄铜，选用黑色碳化硅。指磨料颗粒尺寸的大小。粒度分为磨粒和微粉两类。粒度号颗粒尺寸范围µm适用范围粒度号颗粒尺寸范围µm适用范围12～362000～1600500～400粗磨、荒磨、切断钢坯、打磨毛刺W40～W2040～2820～14精磨、超精磨、螺纹磨、珩磨46～80400～315200～160粗磨、半精磨、精磨W14～W1014～1010～7精磨、精细磨、超精磨、镜面磨100～280165～12550～40精磨、成形磨、刀具刃磨、珩磨W7～W3.57～53.5～2.5超精磨、镜面磨、制作研磨剂等粒度7.2.1砂轮的特性筛分法:颗粒尺寸大于40μm磨料的粒度，即用磨料通过的筛网在每英寸长度上的网眼数来表示，称为磨粒类。其粒度号直接用阿拉伯数字表示，粒度号大小与磨料的颗粒大小相反。粒度号颗粒尺寸范围µm适用范围粒度号颗粒尺寸范围µm适用范围12～362000～1600500～400粗磨、荒磨、切断钢坯、打磨毛刺W40～W2040～2820～14精磨、超精磨、螺纹磨、珩磨46～80400～315200～160粗磨、半精磨、精磨W14～W1014～1010～7精磨、精细磨、超精磨、镜面磨100～280165～12550～40精磨、成形磨、刀具刃磨、珩磨W7～W3.57～53.5～2.5超精磨、镜面磨、制作研磨剂等粒度7.2.1砂轮的特性显微镜分析法：颗粒尺寸小于40μm磨料的颗粒，用颗粒的实际尺寸表示粒度，这样确定的磨料称为微粉类。其粒度号用“W”和磨料颗粒尺寸数组合表示。指磨料颗粒尺寸的大小。粒度分为磨粒和微粉两类。粒度7.2.1砂轮的特性砂轮粒度的选择砂轮的粒度对磨削表面的粗糙度和磨削效率影响很大。磨粒粗，磨削深度大，生产率高，但表面粗糙度值大。反之，则磨削深度均匀，表面粗糙度值小。按工件表面粗糙度和加工精度选择粒度。粒度7.2.1砂轮的特性砂轮粒度的选择粗磨时，一般选粗粒度，以提高生产率。精磨时，选细粒度，以减小表面粗糙度。砂轮速度较高或砂轮与工件的接触面积较大时，选用粗磨粒，以减少同时参加切削的磨粒数，以免烧伤工件表面。磨软而韧金属时，多选用粗磨粒，以免堵塞砂轮。磨削脆而硬材料时，则选用较细的磨粒，以增大同时参加切削的磨粒数，提高生产率。是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及耐腐蚀性，主要取决于结合剂的种类。常用结合剂的种类、性能及适用范围种类代号性能用途陶瓷V耐热、耐腐蚀、气孔率大、易保持轮廓、弹性差应用最广，适用于υ〈35m/s的各种成形磨削、磨齿轮、磨螺纹等树脂B强度高、弹性大、耐冲击、坚固性和耐热性差、气孔率小适用于υ〉50m/s的高速磨削，可制成薄片砂轮，用于磨槽、切割等橡胶R强度和弹性更高、气孔率小、耐热性差、磨粒易脱落适用于无心磨的砂轮和导轮、开槽和切割的薄片砂轮、抛光砂轮等金属M韧性和成形性好、强度大、但自锐性差可制造各种金刚石磨具结合剂7.2.1砂轮的特性结合剂的选择在绝大多数磨削工序中，一般采用陶瓷结合剂砂轮。在粗磨等冲击较大的工序中，常用树脂结合剂。切断与开槽工序中，常用树脂结合剂或橡胶结合剂。结合剂7.2.1砂轮的特性是指砂轮工作时，磨粒在外力作用下脱落的难易程度。砂轮的硬度等级及代号硬度等级大级超软软中软中中硬硬超硬小级超软软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砂轮的硬度与磨料的硬度是两个完全不同的概念。硬度相同的磨料可以制硬度成不同的砂轮，砂轮的硬度主要决定于结合剂性质、数量和砂轮的制造工艺，而与磨粒硬度无关。例如，结合剂与磨粒粘固程度越高，砂轮硬度越高。硬度7.2.1砂轮的特性砂轮硬度的选用原则是：工件材料硬，砂轮硬度应选用软一些，以便砂轮磨钝磨粒及时脱落，露出锋利的新磨粒继续正常磨削；工件材料软，因易于磨削，磨粒不易磨钝，砂轮应选硬一些。但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时，由于切屑容易堵塞砂轮，应选用较软砂轮。磨削接触面积较大时，磨粒较易磨损，应选用软砂轮。粗磨时，应选用较软砂轮；精磨、成形磨削时，应选用硬一些砂轮，以保持砂轮的必要形状精度。导热性差的工件材料，应选用软磨具。硬度7.2.1砂轮的特性是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。通常以磨粒所占砂轮体积的百分比来分级。砂轮有三种组织状态：紧密、中等、疏松；细分成15级，组织号为0～14。组织号越小，磨粒所占比例越大，砂轮越紧密；反之，组织号越大，磨粒比例越小，砂轮越疏松。组织号01234567891011121314磨粒率/%626058565452504846444240383634类别紧密中等梳松应用精磨、成形磨淬火工件、刀具韧性大和硬度低的金属组织7.2.1砂轮的特性常用砂轮形状、代号和用途砂轮名称代号简图主要用途平行砂轮1外圆磨、内圆磨、平面磨、无心磨、工具薄片砂轮41切断及切槽筒形砂轮2端磨平面碗形砂轮11刃磨刀具、磨导轨蝶形1号砂轮12a磨铣刀、铰刀、拉刀、磨齿轮双斜边砂轮4磨齿轮及螺纹杯形砂轮6磨平面、内圆、刃磨刀具砂轮的形状和尺寸是根据磨床类型、各类形状工件的加工要求来确定的。形状和尺寸砂轮的特性均标记在砂轮的侧面上，其顺序是：例如：外径300mm，厚度50mm，孔径75mm，棕刚玉（A），粒度60，硬度L，5号组织，陶瓷结合剂（V），最高工作线速度35m/s的平行砂轮（1），其标记为：砂轮1-300×50×75-A60L5V-35m/s（GB2484-94）。形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度砂轮特性的标注7.2.1砂轮的特性外圆磨削是用砂轮外圆周面来磨削工件的外回转表面的磨削方法。一般在外圆磨床或无心外圆磨床上进行，也可采用砂带磨床磨削。7.3.1外圆磨削7.3磨削加工类型可加工圆柱面、圆锥面、端面、球面和特殊形状的外表面。加工精度：IT6-IT5，表面粗糙度：Ra=1.25-0.08um7.3.1外圆磨削7.3磨削加工类型在外圆磨床上磨削工件外圆时，轴类零件常用顶尖装夹，其方法与车削时基本相同，但磨床所用顶尖不随工件一起转动。这样，主轴与轴承的制造误差、轴承间隙、顶尖的同轴度误差等就不会反映到工件上，可提高加工精度。7.3.1外圆磨削7.3磨削加工类型盘套类工件则用心轴和顶尖装夹，所用心轴和车削心轴基本相同，只是形状和位置精度以及表面粗糙度要求较严格。磨削短又无中心孔的轴类工件时，可用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘装夹。7.3.1外圆磨削7.3磨削加工类型砂轮高速旋转起切削作用，工件旋转作圆周进给运动，并和工作台一起作纵向往复直线进给运动。工作台每往复一次，砂轮沿磨削深度方向完成一次横向进给，每次进给（吃刀深度）都很小，全部磨削余量是在多次往复行程中完成的。当工件磨削接近最终尺寸时（尚有余量0.005～0.01mm），应无横向进给光磨几次，直到火花消失为止。纵磨法加工精度和表面质量较高，适应性强，用同一砂轮可磨削直径和长度不同的工件，但生产率低。在单件、小批量生产及精磨中，应用广泛，特别适用于磨削细长轴等刚性差的工件。纵磨法7.3.1外圆磨削磨削时，工件不作纵向往复运动，砂轮以缓慢的速度连续或间断地向工件作横向进给运动，直到磨去全部余量。横磨时，工件与砂轮的接触面积大，磨削力大，发热量大而集中，所以易发生工件变形、烧刀和退火。横磨法生产效率高，适用于成批或大量生产中，磨削长度短、刚性好、精度低的外圆表面及两侧都有台肩的轴颈。若将砂轮修整成形，也可直接磨削成形面。横磨法7.3.1外圆磨削先用横磨法将工件分段进行粗磨，相邻之间有5～15mm的搭接，每段上留有0.01～0.03mm的精磨余量，精磨时采用纵磨法。这种磨削方法综合了纵磨和横磨法的优点，适用于磨削余量较大（余量0.7～0.6mm）的工件。综合磨法7.3.1外圆磨削磨削时，采用较小的纵向进给量（1～2mm/r）和较大的吃刀深度（0.2～0.6mm）在一次走刀中磨去全部余量。为避免切削负荷集中和砂轮外圆棱角迅速磨钝，应将砂轮修整成锥形或台阶形，外径小的台阶起粗磨作用，可修粗些；外径大的起精磨作用，修细些。深磨法可获得较高精度和生产率，表面粗糙度值较小，适用于大批大量生产中，加工刚性好的短