磨削加工与光整加工

3.4磨削加工3.4.1磨削概述磨削的工艺特点1加工精度高，表面质量好。可达IT7~IT6，Ra0.8~0.2μm。2加工材料范围广。除可加工一般的材料外，还可加工难加工材料，如淬火钢、高温合金、硬质合金等。3适于加工各种表面。4砂轮具有自锐作用，不需换刀，利于提高生产率。缺点是径向分力较大及磨削温度较高，影响工件的加工质量及砂轮的耐用度。主要用于内孔、外圆、平面、螺纹、齿轮、花键轴、曲轴等磨削的应用：广泛用于各种表面的精加工中。方法：外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削等3.4.2磨床外圆磨床外圆磨床内圆磨床平面磨床无心磨床3.4.3磨具的特性与选用1.普通磨具砂轮的特性：磨料:担负切削工作，具有高的硬度、良好的耐热性及锋利的棱角。（1）氧化物系氧化物系即刚玉类，主要成分是Al2O3，应用较多的是棕刚玉（A）和白刚玉（WA）。后者硬度高于前者。用棕刚玉磨碳钢、合金钢、可锻铸铁等，用白刚玉磨淬火钢、高速钢等。（2）碳化物系常用的有黑色碳化硅（C）和绿色碳化硅（GC），后者硬度高于前者，它们的硬度均高于上述刚玉类。适于磨硬脆的材料。例如用GC磨削硬质合金、陶瓷等材料。（3）高硬磨料系主要为人造金刚石（SD）。硬度更高，可磨削硬质合金、宝石、玻璃等。2粒度指磨料颗粒的大小。粗磨用粗粒度，精磨用细粒度。磨削较软、塑性较大材料时，为了避免堵塞砂轮，采用较粗的磨粒。（3）橡胶结合剂用于制造无心磨导轮、薄片砂轮等。4硬度磨削时，在磨削力作用下，磨料从砂轮表面脱落的难易程度。磨硬材料，应选软些的砂轮；磨软材料时选硬砂轮。精磨、成形磨时选硬砂轮。5组织指磨粒、结合剂、气孔三者的比例关系。分为紧密、中等、疏松。磨淬火钢、刃磨刀具等多使用中等组织砂轮；成形磨削、精密磨削用紧密组织的砂轮；接触面积大或软质材料的磨削，用疏松组织的砂轮。6砂轮的形状如平型砂轮（P），薄片砂轮等（PB）。3.4.4磨削原理1.磨削过程分析磨粒的磨削过程磨削过程中起切削作用的是磨粒。其几何形状及其在砂轮上的分布如图。可见，磨粒形状不规则，在砂轮表面高低不平地分布。在磨削过程中时，锋利凸出的磨粒起到切削作用，而其它磨粒只是在工件表面刻划出痕迹或在工件表面滑擦而过。起切削作用的磨粒磨削过程也是滑擦、刻划、切削的连续作用。如下图：2.磨削阶段砂轮在磨削过程中存在自锐性。即砂轮在磨削过程中磨钝的磨粒自行脱落，露出新的磨粒，以使砂轮仍保持高的磨削能力。3磨削力与磨削温度磨削力：与车削不同的是磨削时径向分力Fy较大。磨削热和磨削温度磨削速度高，产生的磨削热多，大多数传入工件中。磨粒磨削点瞬间温度可达1000℃。1.外圆面的磨削外圆磨床磨削（1）工件的安装最常用的是双顶尖安装，装夹迅速，定位精度高。在磨削进行前要修研工件上的中心孔。对于套类零件用心轴或卡盘装夹。（2）磨削余量总余量：0.3-0.5mm粗磨余量占70%--90%，精磨一般为0.05-0.1mm3.4.5磨削加工方法与运动（3）磨削运动（以在万能磨床磨外圆为例）：1）砂轮的高速旋转运动（主运动）。Vc＞30m/s2）工件的旋转运动（圆周进给运动）：Vω一般0.33~0.5m/s。3）工作台纵向往复运动（工件纵向进给运动）：fa=0.2~0.8Bmm/r4）砂轮横向进给运动：fr=0.005~0.02mm/d.str5）砂轮的快速退回运动（4）磨削方法1）纵磨法磨削质量高，生产率低。适于单件小批生产。特别适合于磨细长轴。2）横磨法生产率高，适合于大批量生产及成形面磨削。工件易烧伤变形，适于磨短轴等刚性好的工件。3）综合磨法横磨法分段粗磨，再用纵磨法精磨。综合了横磨法生产率高，纵磨法精度高的优点。4）深磨法纵向进给量小，磨削深度较大；一次行程余量全部切除，生产率高；适于大批生产刚度好的工件。2无心磨床磨削特点：工件可连续自动进给，不需装夹，生产率高，工件尺寸稳定。不能磨削断续表面，如有键槽的外圆面，适于成批大量生产销轴类零件。2.内圆磨削一般在内圆磨床或万能外圆磨床上进行。主要加工孔（1）工件的装夹及磨削运动常用三爪卡盘或四爪卡盘安装。磨孔运动如图示。磨孔的特点（与磨外圆比较）（1）生产率较低砂轮直径小，磨削速度vc低；砂轮轴刚性差，限制了f和ap；另外需经常更换砂轮。（2）质量较低vc低；冷却排屑条件差，工件易产生热变形。应用：不宜铰拉的孔，如淬硬孔，带断续表面的孔，盲孔，大直径孔等。4.平面磨削在平面磨床上进行。中小型工件用电磁吸盘工作台直接安装。平面磨削的方法有周磨和端磨。如图1周磨2端磨加工质量好，生产率低。适于单件小批生产。生产率高，质量不如周磨，适于粗磨。一般箱体类零件、导轨在成批大量生产时常用。3.4.6先进磨削技术简介1.精密及超精密磨削2.高效磨削3.砂带磨削3.4.7光整加工光整加工是在精加工后为了进一步降低表面粗糙度值或提高精度而采用的精密加工方法。常用的光整加工方法有研磨、珩磨、抛光、超级光磨。1.研磨研磨是使研磨工具在一定压力作用下与工件做复杂相对运动，借助其间的研磨剂对工件进行光整加工的方法。研具比工件材料软。最常用的是铸铁研具。研磨剂磨料细粒度的刚玉和碳化硅研磨液煤油、汽油、机油调制辅助填料化学活性物质研磨可采用手工研磨和机械研磨。手工研磨如在车床上研磨外圆柱面；机械研磨如图手工研磨工具（研磨环）研磨时，将研磨环套在工件上，并在研磨环与工件之间涂上研磨剂，调整螺钉可使研磨环对工件表面有一定的压力。工件顶在车床两顶尖上，由车床主轴带动作低速旋转，同时用手持研磨环沿轴线方向左右移动，直到合格为止。研磨时的运动轨迹工件表面上的网纹1）研磨原理：一方面嵌在研具上的磨料对工件进行擦磨切削作用，同时辅助填料中的化学活性物质在工件表面腐蚀一层极薄的化合物软膜，促进了切削作用，且保护了金属本体。在这种机械和化学作用下，提高了表面质量。2）研磨的特点：（1）方法简便，成本低。（2）降低表面粗糙度的同时可提高工件的尺寸精度，但一般不能提高形位精度。表面粗糙度值可达Ra0.025μm以下。（3）生产率低。研磨余量不超过0.01~0.03mm。3）研磨的应用可研磨内外圆柱面、圆锥面、平面、成形面等各种表面。如机械制造中柱塞泵的柱塞和泵体等配合精密的偶件通过互研达到要求。镜头、量块量规等测量仪器可通过研磨进行精密加工。2.珩磨是一种对孔进行光整加工的方法。用嵌有磨条的圆柱形珩磨工具（珩磨头），在固定不动的孔内，对孔壁施加压力，并作旋转和直线往复运动，从而实现对孔的光整加工。珩磨头结构如图珩磨头与机床主轴浮动联结。磨条由极细粒度的磨料与陶瓷结合剂混合烧结而成。磨条有4~6根，长度为工件孔深的1/2~1/3，宽度要大于孔内的键槽宽度。珩磨时应充分浇注切削液。珩磨方法珩磨所形成的网纹1）珩磨原理一方面细小的磨粒可从工件表面均匀地切下极薄的金属，而珩磨头与工件间复杂的相对运动形成的轨迹交叉而不重复，因而工件表面的残留面积极小。另外，珩磨头运动速度极高、刚性大、导向性好且使用切削液，也提高了加工质量。2珩磨的特点1）生产率高。2）降低表面粗糙度的同时可提高尺寸精度和部分形状精度，但不能提高位置精度。珩磨孔的精度可达IT5~IT4，表面粗糙度可以达到Ra0.025μm3）不宜磨有色金属。4）珩磨工件表面耐磨损。3应用主要用于孔的光整加工，深孔也可加工。孔径范围15mm~1500mm，如液压缸、轴承孔。3.抛光加工如图抛光轮由毛毡、皮革等材料叠压而成的软性轮子。抛光膏由磨料（氧化铬、氧化铁）和化学活性物质制成。1）抛光原理化学活性物质在工件表面腐蚀极薄的一层软膜，抛光过程中可被磨料除去而不会在工件表面留下划痕。同时，由于抛光轮的高速摩擦，工件表面受热出现塑性高的熔流层，受磨料挤压，熔流层流动填平工件表面的微观不平状况。2）抛光的特点只能提高表面质量，不能提高尺寸精度和形位精度。加工成本低，易加工曲面，劳动条件差。3）抛光的应用主要用于表面的装饰加工。消除加工痕迹，提高零件疲劳强度。可加工各种零件表面。另外可作为电镀预加工，制金相试样等。磨料粒度W20~W5，压力0.1~0.25MPa。相对运动三个：工件低速旋转，磨具轴向缓慢进给，磨具轴向低频振动加注切削液。5.超级光磨1超级光磨原理磨条最初接触工件表面时，压强大，磨条自锐性好，切削作用强，逐渐将工件表面的微观凸峰磨平。随着磨削过程的继续，二者间的压强减小，逐渐过渡到光整抛光过程。当压强小于其间油膜的表面张力时，完整的油膜将工件与磨条分开，磨条的切削作用自动停止。2超级光磨的特点1）设备简单，操作方便。2）加工余量极小。3~10μm。3）生产率高4）表面质量好，较耐磨。表面粗糙度低于Ra0.012μm5）不能提高工件的尺寸精度和形位精度。3超级光磨的应用可加工外圆柱面、圆锥面、平面、球面等。零件上仅要求表面粗糙度很小的表面均可用超级光磨加工。在上述几种加工方法中，研磨、珩磨在降低表面粗糙度的同时，还可提高尺寸精度和形状精度。抛光和超级光磨只能降低表面粗糙度值，不能提高加工精度。第七章典型表面加工机器是由零件组成,零件表面结构形状各种各样。常见的典型表面有以下几种：外圆表面、内孔表面、平面、成形表面、螺纹表面等。这些表面按其在机器中作用的不同可分为两类：即功能性表面和非功能性表面。功能性表面与其他零件表面有配合要求，其精度和表面质量要求根据使用性能来确定；非功能性表面与零件表面无配合要求，其加工精度和表面质量要求不高。无论何种表面在设计其加工工艺时都需遵循以下两个基本原则：1粗、精加工分开主要目的保证加工质量，提高生产率粗加工的目的是去除大部分余量，因而要求有较高的生产率；而在粗加工过程中，ａｐ和ｆ较大，所产生的切削力较大、切削温度高，因而加工精度低。精加工的目的保证加工质量，使精度和表面粗糙度达到最终要求。另外粗精加工分开，先粗后精加工，可以及时发现毛坯缺陷，避免浪费工时。也是安排热处理工序的需要。２几种不同的加工方法相配合。根据零件的尺寸、形状、技术要求、批量、现有设备条件来进行选择。本章主要讨论几种常见的典型表面加工方法的综合运用。第一节外圆表面的加工轴类、套筒类、圆盘类零件上存在外圆表面。零件的加工方案是根据技术要求来进行拟定。一、外圆表面的技术要求１、尺寸精度２、形状精度３、位置精度如常见的与内孔表面的同轴度、与端面的垂直度等。４、表面质量二、外圆表面的加工工艺特点外圆表面的加工方法有：车削、磨削、研磨、超级光磨等。车削、磨削最为常用。按车削加工所达到的精度和表面质量的不同，可分为粗车、半精车和精车三种。粗车目的：是去除大部分余量，使其接近工件的形状和尺寸。特点：是采用大的切削深度、较大的进给量及中等或较低的切削速度。尺寸精度达ＩＴ１２～ＩＴ１１，表面粗糙度Ｒａ不大于５０～１２．５μｍ。用途：非功能性表面的终加工，功能性表面的预加工。半精车在粗车基础上进行的。切削深度、进给量均比粗车时小，可进一步提高精度和表面质量。可作为中等精度表面的终加工以及磨削、精车前的预加工。ＩＴ１０～ＩＴ９，Ｒａ不大于６．３～３．２μｍ。有热处理要求的零件，一般将热处理安排在半精加工之后、精车之前进行。精车将半精车留下的余量消除，进一步提高精度和表面质量。采用小的切削深度和进给量，为避免积屑瘤的产生，常采用高速或低速切削。高速精车适用于加工塑性较大的金属（如铜、铝合金等），低速精车适用于加工未淬火的黑色金属（如铸铁、小直径钢件等）。可作为高精度表面的终加工及光整加工的预加工。ＩＴ８～ＩＴ７，Ｒａ不大于０．８～０．２μｍ。磨削一般是在车削后对外圆表面进行进一步精加工；某些精确坯料（如精密铸件、精密锻件）可不经车削加工直接进行磨削。可加工铸铁件、未淬火和淬火钢以及高硬度难加工材料。塑性大、硬度低的有色金属工件，由于屑末易嵌塞砂轮一般不宜采用磨削加工。磨削可分为粗磨和精磨。粗磨ＩＴ８～ＩＴ７，Ｒａ１．６～０．８μｍ。精磨ＩＴ６～ＩＴ５，Ｒａ０．４～０．２μｍ。