磨削加工

第七章磨削加工磨削是用带有磨粒的工具对工件进行加工的方法。•磨削是用于零件精加工和超精加工的切削加工方法。•尺寸精度可达IT5～IT6。•表面粗糙度能达到0.8～0.04.砂轮：磨料＋结合剂+气孔砂轮特性决定于五要素：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。1、磨具的特性与选用杯形砂轮碗形砂轮筒形砂轮蝶形砂轮平形砂轮一、磨料锋利的形状、高硬度和热硬性、适当的坚韧性1、刚玉系（主要成份Al2O3）①棕刚玉（A）：硬度低，韧性较好，廉价。磨碳素钢、合金钢、可锻铸铁②白刚玉（WA）：硬度高，韧性差，磨粒锋利，价格高。磨淬火钢、高速钢、高碳钢2、碳化物系（主要成份碳化硅、碳化硼）①黑色碳化硅(C):比刚玉类硬度高，导热性好，韧性差。磨铸铁、黄铜等脆材②绿色碳化硅(GC)：比C硬度高，导热性好，但韧性差。磨Y合金、陶瓷、玻璃等3、超硬磨料人造金刚石（D）：硬度最高，耐热性较好，韧性最差，价格昂贵。立方氮化硼（CBN）：硬度仅次于D，韧性较D好，与铁元素亲和好。二、粒度砂轮中磨粒尺寸的大小。1）以其能通过的那一号筛网的网号来表示磨料的粒度，粒度号为4-240，粒度号越大，颗粒尺寸越小，如60＃2）微粉：以实测到的最大尺寸，并在前面冠以“F”的符号来表示。其粒度号为F63-F0.5，如F7，表示此种微粉的最大尺寸为7～5um，粒度号越小，则微粉的颗粒越细。◆粗磨用颗粒较粗的砂轮，以提高生产效率；精磨用颗粒直径较小的砂轮，以减小已加工表面粗糙度值。◆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。◆成形磨削和高速磨削时应选用细粒度砂轮。三、结合剂结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。1、陶瓷结合剂（V）：化学稳定性好、耐热、耐腐蚀、价廉，占90%，但性脆，不宜制成薄片，不宜高速，线速度一般为35m/s。2、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。3、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、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、立方氮化硼砂轮。四、硬度指砂轮工作时磨粒在外力作用下从其表面脱落的难易程度。也反映磨粒与结合剂的粘固程度。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。分7大级(超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬)，16小级砂轮硬度选择原则：1.磨削硬材，选软砂轮；磨削软材，选硬砂轮；2.磨导热性差的材料，不易散热，选软砂轮以免工件烧伤；3.砂轮与工件接触面积大时，选较软的砂轮；4.成形磨精磨时，选硬砂轮；粗磨时选较软的砂轮。五、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。1）紧密组织成形性好，加工质量高，适于成形磨、精密磨和强力磨削。2）中等组织适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃磨等。3）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，磨热敏性强的材料或薄件六、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。砂轮标志方法示例如下：PB400×40×60A60L5B35形状代号薄片外经D＝400mm厚度H＝40mm内径d＝60mm磨料（棕刚玉）60号粒度硬度中软25号组织树脂结合剂最高工作线速度（m/s）杯形砂轮碗形砂轮筒形砂轮蝶形砂轮平形砂轮表4砂轮的形状与代号砂轮表面磨粒的外露部分形成参差分布的棱角，每一棱角相当于具有负前角的微小刀刃，随着砂轮的高速旋转，无数的微刃以极高的速度从工件表面切下一条条极细微的切屑，从而形成了残留面积极小的光滑加工表面。•磨削加工与车、铣削加工比较，具有以下特点：•1）具有很高的加工精度和很小的表面粗糙度值。加工精度通常可达IT6～IT5，表面粗糙度值一般为Ra0.8～0.01μm。下一页返回七、磨削加工特点2)砂轮磨料具有很高的硬度和耐热性，因此，能够磨削一些硬度很高的金属和非金属材料，如淬火钢、硬质合金、陶瓷材料等。这些材料用一般的车、铣等很难加工。但由于磨屑易堵塞砂轮表面的孔隙，所以不宜磨削软质材料，如纯铜、纯铝等。3)磨削速度大，磨削时磨削区温度可高达800～1000℃左右，这容易引起零件的变形和组织的变化。所以在磨削过程中，需进行充分的冷却，以降低磨削温度。4)砂轮在磨削时具有“自锐作用”。在磨削力的作用下会部分磨钝的磨粒能自动崩碎脱落，从而形成新切削刃口，从而使砂轮保持良好的磨削性能。◆加工范围动画1磨削加工范围七、磨削加工类型与应用动画2磨削加工范围(续)1.外圆磨削方法外圆磨削是对工件圆柱、圆锥、台阶轴外表面和旋转体外曲面进行的磨削。磨削一般作为外圆车削后的精加工工序，尤其是能消除淬火等热处理后的氧化层和微小变形。外圆磨削可采用以下五种方法。1）纵磨法◆机床运动：磨削时，砂轮高速旋转为主运动，工件旋转为圆周进给，磨床工作台作往复直线运动为纵向进给。每当工件一次往复行程终了时，砂轮作周期性的横向进给。动画3纵磨法◆特点：纵磨法的磨削力小，磨削热少，散热条件好；砂轮沿进给方向的后半宽度，等于是副偏角为零度的修光刃，光磨次数多。工件加工精度高，表面粗糙度小。◆用途：可用一个砂轮磨削各种不同长度的工件，适应性强。广泛用于单件小批生产，特别适用于细长轴的精磨。◆机床运动：工件不作纵向往复运动，而是砂轮作慢速的横向进给。◆特点：砂轮宽度上的全部磨粒都参加了磨削，生产率高；工件无纵向移动，砂轮的外形直接影响了工件的精度；磨削力大、磨削温度高，工件易发生变形和烧伤，加工的精度和表面质量比纵磨法要差。◆用途：适用于加工批量大、刚度好的工件，尤其适用于成形磨削。2）横磨法动画4横磨法3）内圆磨削内圆磨削是内孔的精加工方法，可以加工零件上的通孔、盲孔、台阶孔和端面等，还能加工淬硬的工件。内圆磨削的尺寸精度可以达到IT6～IT7级，表面粗糙度Ra值为0.8～0.2μm。◆特点（1）内圆磨削时所用砂轮直径小，砂轮转速又受到内圆磨具转速的限制（目前一般内圆磨具的转速在10000～20000r/min之间），因此磨削速度一般在20～30m/s之间。由于磨削速度较低，磨削表面的粗糙度不易降低。动画14中心内圆磨削（2）内圆磨削时，由于砂轮与工件成内切圆接触，砂轮与工件的接触圆弧比外圆磨削大，因此，磨削热与磨削力都比较大，磨粒易磨钝，工件容易发热或烧伤。（3）内圆磨削时，切削液不易进入磨削区域，磨屑也不易排出，当磨屑在工件内孔中积聚时，容易造成砂轮堵塞，影响工件的表面质量。特别是磨削铸铁等脆性材料时，磨屑与切削液混合成糊状，更容易使砂轮堵塞，影响砂轮的磨削性能。（4）砂轮接长轴的刚性比较差，容易产生弯曲变形和振动，对加工精度和表面粗糙度都有很大的影响，同时也限制了磨削用量的提高。◆内圆磨削方式内圆磨削方式有三种：一是中心内圆磨削，工件和砂轮均作回转运动。二是行星内圆磨削，工件不回转，砂轮作行星运动，适应于加工较大的孔。三是无心内圆磨削。内圆磨削和外圆磨削基本相同，也有纵磨法和横磨法之分，前者应用比较广泛。动画14中心内圆磨削动画15行星内圆磨削动画16无心内圆磨削图11内圆磨床4）平面磨削平面磨削是对工件上的各种平面进行磨削加工。平面磨削可以切槽、同时磨削双端面，或用成形砂轮磨削波形面、齿条，还可以磨削导轨面等。动画17平面磨床工件多用电磁吸盘，安装在工作台上或用专门夹具夹持，大型工件以夹压方式安装在工作台上。◆平面磨削的方法动画18平面磨削方法卧轴(立轴)矩台(圆台)平面磨床等（1）卧轴矩台平面磨床周磨法：砂轮与工件接触面小，散热、排屑条件好，加工质量好。但刚性小，磨削用量较小，生产率低，适于精磨。（2）立轴圆台平面磨床端磨法：砂轮轴伸出短，刚性好，磨削用量较大，生产率高。但砂轮与工件接触面大，散热、排屑条件差，加工质量低。适于粗磨或半精磨。图12卧轴矩台平面磨床图13立轴圆台平面磨床6）无心磨床工件不需夹持，放在砂轮和导轮之间，连续磨削，操作简单，生产率高，适于大批量磨削无中心孔的轴、套、销等零件。四、精整和光整加工-提高效率◆精整加工－指在精加工后从工件上切除极薄的材料层，以提高工件的精度和降低表面粗糙度Ra值的方法。如珩磨、研磨和超精加工等。◆光整加工－指不切除或切除极薄金属层，用以降低表面粗糙度Ra值或强化其表面的加工过程。如抛光轮抛光、辊光、砂光等。视频8光整加工概述1）珩磨◆珩磨是一种固结磨粒压力进给切削的方法。◆珩磨能切除较大的加工余量，能有效提高零件尺寸精度、形状精度和降低零件表面粗糙度，对零件位置精度改善不大。◆主要用于加工内孔，如飞机、汽车、拖拉机发动机的汽缸、缸套、连杆及液压油缸、炮筒等。珩磨小圆孔圆精度可达0.5μm，圆柱度在0.4～0.04μm。动画16珩磨视频9珩磨2）研磨利用研具和研磨剂从工件上研去一层极薄金属层的精加工方法。能提高加工表面的耐腐蚀性和耐磨性，提高疲劳强度。生产率极低，不能提高工件各表面间的位置精度。研磨一般Ra值能达到0.3～0.2μm，研磨块规Ra值可达到0.02～0.01μm。视频10研磨3）超精加工超精加工是一种固结磨粒压力进给切削的方法。它是将微细磨粒和低强度结合剂制成的油石加压在待加工表面上，作微小振动，油石在适当粘度的油中作低速圆周运动，一般在几秒到几十秒内即可达镜面。表面粗糙度Ra值可达0.08～0.01μm。视频11超精加工4）抛光抛光是用涂有抛光膏的软轮高速旋转加工工件，一般不能提高工件的形状精度、位置精度和尺寸精度。通常用于电镀或油染的衬底面、上光面的光整加工，是一种简便、迅速、廉价的零件表面最终光饰方法。普通抛光工件Ra值可达0.4μm，精密抛光Ra值可达0.01μm，精度可达1μm。视频12抛光附录：磨削新工艺新工艺名称新工艺特点多砂轮磨削适用于曲轴、凸轮轴的主轴颈磨削；按工件要求，由多片砂轮排列成相应间隔，同时横向切入工件；工件在一次装夹中磨削，提高了工件各轴颈的同轴度和生产效率；砂轮片数可达8片，砂轮组合长度可达1mm左右高速磨削砂轮圆周速度高于45m/s的磨削，生产上较多使用45～60m/s；提高了生产率，进给量增加，砂轮耐用度提高，提高了加工精度，降低了表面粗糙度；对机床的刚度、砂轮的强度，冷却及安全装置有较高要求深切缓进给磨削用减小进给量、加大吃刀量的方法提高材料的切除率，又称蠕动磨削，是一种周磨方法，是强力磨削的一种；工件往复行程次数减少，砂轮磨损小，砂轮精度高，使加工精度提高，表面粗糙度降低，工件表面剩余应力小，不易产生磨削裂纹新工艺名称新工艺特点连续修整深切缓进给磨削是指在深切缓进给磨削中，金刚石滚轮始终与砂轮保持接触，边磨削边修整的高效高精度磨削方法；这种磨削方法正在部分取代铣削和拉削等切削加工方法。高速深切快进给磨削为防止深切缓进给磨削易产生烧伤，在磨削用量上尽量避免高温区，可在加大切深与提高砂轮速度的同时，提高工件进给速度，以提高材料切除率。砂带磨削根据工件型面，应用砂带形成贴合接触，进行加工的新型高效磨削工艺；能加工各种复杂曲面，有较好的跑合和抛光作用；效率达到铣削的10倍，普通砂轮磨削的5倍；产生磨削热少，磨削条件稳定，设备简单；Ra值为0.8～0.2μm。(续表)(续表)新工艺名称新工艺特点精密磨削靠精密磨床的精度保证微切削、滑挤和摩擦等综合作用，达到精度和表面粗糙度要求；指表面粗糙度Ra0.16～0.04μm，加工精度1～0.5μm的磨削高精密磨削指表面粗糙度Ra0.04～0.01μm，加工精度0.5～0.1μm的磨削；使用金刚石或CNB等高硬度磨料砂轮；除有微切削外，还有塑性流动和弹性破坏作用超精密磨削指表面粗糙度Ra0.01μm，加工精度小于0.1μm的磨削；靠超微细磨粒等高微刃磨削作用，并采用较小的磨削用量磨削；要求严格消除振动和恒温及超净的工作环境；其光磨微细摩擦作用带有一定的研磨作用性质一、概