金屬與切削工藝14磨削砂輪

金屬切削原理與刀具主講：王玉亮第14章磨削與砂輪機(jī)械與電子工程學(xué)院1磨削時(shí)機(jī)械制造中最常用的加工方法之一，它的應(yīng)用范圍很廣，可以加工外圓、內(nèi)圓、平面、螺紋、花鍵、齒輪以及鋼材的切斷等。應(yīng)用的材料加工范圍也很廣，常用于精加工和超精加工，也可用于荒加工和精加工。根據(jù)加工精度不同要求，通常可以分為普通磨削、精密磨削和

超精密磨削。普通磨削：Ra0.8～0.2μm；精密磨削：Ra0.8～0.2μm；超精密磨削：Ra0.8～0.2μm。教學(xué)目標(biāo)：理解砂輪特性及其選擇原則，理解磨削過程、磨削力及功率、磨粒的磨損與砂輪的磨損、砂輪的修整等內(nèi)容。2重點(diǎn)、難點(diǎn)：掌握砂輪的特性及其選擇原則。1、工件旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)2、工件相對砂輪的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3、砂輪徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)§1磨削運(yùn)動(dòng)§2砂輪砂輪是用結(jié)合劑將磨粒固結(jié)成一定形狀的多孔體。制造砂輪時(shí)，用不同的配方和不同的投料密度來控制砂輪的硬度和組織。砂輪的特性由下列五個(gè)因素來決定：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度和組織。常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三類。氧化物系磨料的主要成分是A12O3，由于它的純度不同和加入金屬元素不同，而分為不同的品種。碳化物系磨料主要以碳化硅、碳化硼等為基體，也是因材料的純度不同而分為不同品種，高硬磨料系中主要有人造金剛石和立方氮化硼。各種磨料的特性及適用范圍見表14-1.一、砂輪的組成要素1．磨料42．粒度粒度表示磨粒的大小程度。以磨粒剛能通過的那一號篩網(wǎng)的網(wǎng)號來表示磨粒的粒度。例如60#粒度是指磨粒剛可通過每英寸長度上有60個(gè)孔眼的篩網(wǎng)。直徑小于40μm的磨粒稱為微粉。微粉的粒度以其尺寸大小來表示。如尺寸為28μm的微粉，其粒度號為W28。磨粒粒度對磨削生產(chǎn)率和加工表面粗糙度有很大影響。一般來說，粗磨用顆粒較粗的磨粒，精磨用顆粒較細(xì)的磨粒。當(dāng)工件材料軟、塑性大和磨削面積大時(shí)，為避免堵塞砂輪，也可采用較粗的磨粒53．結(jié)合劑結(jié)合劑的作用是將磨粒粘合在一起，使砂輪具有必要的形狀和強(qiáng)度。砂輪的強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐熱性、抗沖擊性和高速旋轉(zhuǎn)而不破裂的性能，主要取決于結(jié)合劑的性能。常用的砂輪結(jié)合劑有：陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、橡膠結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑(常見的是青銅結(jié)合劑)。4．硬度砂輪的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，從砂輪表面上脫落的難易程度。砂輪硬，即表示磨粒難以脫落；砂輪軟，表示磨粒容易脫落。砂輪的軟硬和磨粒的軟硬是兩個(gè)不同的概念，必須區(qū)分清楚。選用砂輪時(shí)，應(yīng)注意硬度選得適當(dāng)。若砂輪選得太硬，會(huì)使磨鈍了的磨粒不能及時(shí)脫落，因而產(chǎn)生大量磨削熱，造成工件燒傷；若選得太軟，6會(huì)使磨粒脫落得太快而不能充分發(fā)揮其切削作用。5．組織砂輪的組織反映了磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比例關(guān)系。磨粒在砂輪總體積中所占的比例越大，則砂輪的組織越緊密，氣孔越小；反之，磨粒的比例越小，則組織越疏松，氣孔越大。砂輪組織的級別可分為緊密、中等、疏松三大類別，細(xì)分可分為15級，緊密組織的砂輪適用于重壓力下的磨削。在成形磨削和精密磨削時(shí)，緊密組織的砂輪能保持砂輪的成形性，并可獲得較小的粗糙度。中等組織的砂輪適用于一般的磨削工作，如淬火鋼的磨削及刀具刃磨等。疏松組織的砂輪不易堵塞，適用于平面磨、內(nèi)圓磨等磨削接觸面積較大的工序以及磨削熱敏性強(qiáng)的材料或薄工件。磨削軟質(zhì)材料最好采用組織號為10號以上7的疏松組織，以免磨屑堵塞砂輪。二、砂輪的形狀、尺寸和標(biāo)志代號名稱斷面形狀形狀尺寸標(biāo)記主要用途1平面砂輪1—D×T×H磨外圓、內(nèi)孔、平面及刃磨刀具2筒形砂輪2—D×T—W端磨平面4雙斜邊砂輪4—D×T/U×H磨齒輪及螺紋6杯形砂輪6—D×T×H-W，E端磨平面，刃磨刀具后刀面9代號名稱斷面形狀形狀尺寸標(biāo)記主要用途11碗形砂輪11—D/J×T×H—W，E，K端磨平面，刃磨刀具后刀面12a碟形一號砂輪12a—D/J×T/U×H—W，E，K刃磨刀具前刀面41薄偏砂輪41—D×T×H切斷及磨槽砂輪的標(biāo)志10§3磨削過程一、砂輪的形貌二、磨削過程分析磨削加工是靠砂輪表面隨機(jī)排列的大量磨粒完成。每個(gè)磨粒都可以看做是一把微小的切刀。磨料磨粒的形狀是很不規(guī)則的多面體，不同粒度號磨粒的頂錐角大多為90o～120o。磨粒上刃尖的鈍圓半徑大約在幾微米至幾十微11米之間，磨粒磨損后值還將增大。1）砂輪開始接觸工件時(shí)：由于工藝系統(tǒng)的彈性變形，實(shí)際

背吃刀量比磨床刻度盤顯示的徑向進(jìn)給量小。2）初磨階段：工藝系統(tǒng)彈性變形達(dá)到一定程度，繼續(xù)徑向進(jìn)給，實(shí)際背吃刀量基本等于徑向進(jìn)給量。3）穩(wěn)定階段：磨去主要加工余量后，可以減少徑向進(jìn)給量或完全不進(jìn)給再磨一段時(shí)間。實(shí)際背吃刀量大于徑向進(jìn)給量。4）清磨（光磨）階段：為了提高磨削精度和表面質(zhì)量。1213——工件表面粗糙度由砂輪的形貌和磨削用量決定。磨削優(yōu)點(diǎn)：精度高，表面粗糙度小。磨削缺點(diǎn)：切除單位體積切屑所消耗的功率大；磨削表面變形、燒傷、應(yīng)力比較大。磨削時(shí)磨粒的切削層和工件表面的微觀形狀1-某次磨削所得的表面2-后一次磨削所得表1面43-某磨粒所切削的材料斷面積三、磨削厚度分析1、理想平均磨削厚度c60v

mvwDavfr

(1/

D

–1/

Dw

)h

=2、當(dāng)量平均磨削厚度hcDav60v

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fa四、磨削力16五、磨削階段1、初磨階段（Ⅰ）2、穩(wěn)定階段（Ⅱ）3、清磨階段（Ⅲ）——開始磨削時(shí)采用較大徑向進(jìn)給量以提高生產(chǎn)率；最后階段采用無徑向進(jìn)給磨削以提高工件質(zhì)量。17¤

磨削溫度:磨削區(qū)域的平均溫度,400?C---1000

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磨削溫度的影響:加工硬化、燒傷、裂紋內(nèi)應(yīng)力。¤

對策:應(yīng)采用大量切削液進(jìn)行冷卻¤

影響磨削溫度相關(guān)因素：砂輪徑向進(jìn)給量、砂輪轉(zhuǎn)速,磨削面積與厚度增大---溫度升高砂輪徑向進(jìn)給量影響最大。工件轉(zhuǎn)速---溫度降低。七、磨削溫度18失效形式¤

磨粒磨損¤

磨粒破碎¤

砂輪表面堵塞¤

砂輪輪廓失真修整¤

大顆粒金剛石筆：粗修整¤

多粒金剛石筆：高效精修整¤

金剛石滾輪：高精度成形修整八、砂輪的磨損和修整19§4磨削表面質(zhì)量磨削表面質(zhì)量包括磨削的表面粗糙度、表面燒傷和表面殘余應(yīng)力。一、表面粗糙度磨削表面粗糙度是由砂輪上的磨粒在工件表面上形成的殘留面積和磨床、夾具、工件和砂輪系統(tǒng)振動(dòng)所形成的振紋所組成。磨削殘留面積取決于砂輪的粒度、硬度、砂輪的修整情況和磨削用量。磨削時(shí)磨粒的切削層和工件表面的微觀形狀1-某次磨削所得的表面2-后一次磨削所得表面，3-某磨粒所切削的材料斷面積二、表面燒傷磨粒在切削、刻劃和拋光工件的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的磨削熱，是磨削表面的溫度升的很高，表面層金屬發(fā)生相變，使其硬度和塑性發(fā)生變化，這種表層變質(zhì)的現(xiàn)象稱為表面燒傷。燒傷的程度：輕重其顏色依次分為“淺黃-黃-褐-紫-青”深色者為嚴(yán)重?zé)齻庋劭煞直妫瑴\色者為輕度燒傷，須經(jīng)酸洗后才能顯現(xiàn)。21避免燒傷措施：1）合理選用砂輪；2）合理選用磨削量；3）充分冷卻；4）改進(jìn)磨床結(jié)構(gòu)，精確控制砂輪的切入量。三、表面殘余應(yīng)力表面殘余應(yīng)力是指零件在去除外力和熱源作用時(shí)，存在于零件內(nèi)部的、保22持零件內(nèi)部各部分平衡的應(yīng)力。表面殘余應(yīng)力的原因：（1）金屬組織相變引起的體積變化磨削時(shí)，磨削溫度使表層組織，體積膨脹，于是里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。（2）不均勻的熱脹冷縮磨削時(shí)，表層與里層呢個(gè)溫度相差較多。（3）殘