《金屬切削原理與刀具》課件 8磨削與磨輪

第十三章磨削與磨輪

磨削就是在用帶有磨粒的工具來對工件進(jìn)行加工，它是機械制造業(yè)中一種被廣泛使用的切削加工方法。本章主要講授磨削的概述、砂輪的特性及其選擇、磨削加工類型和磨削運動、先進(jìn)磨削方法簡介等內(nèi)容。13.1概述磨削曾是加工時間很長、磨除材料很少的精細(xì)加工，然而，現(xiàn)代磨削則完全突破了這種傳統(tǒng)界限，把磨削只作為精加工方法的習(xí)慣認(rèn)識早已過時。磨削加工不僅廣泛用于精加工，而且還用于粗加工和毛坯去皮加工，并能獲得較高的生產(chǎn)率和良好的經(jīng)濟性。

磨削加工精度可達(dá)IT5～I(xiàn)T6級，表面粗糙度可小至Ra1.25～0.01μm，鏡面磨削時可達(dá)

Ra0.04～0.01μm。磨削除能加工普通材料外，還能加工一般刀具難以切削的高硬度材料(如淬硬鋼、耐熱鋼、硬質(zhì)合金等)。磨削可用于加工外圓、內(nèi)孔、平面、螺紋、齒輪、花鍵、導(dǎo)軌和成形表面等各種表面。目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，磨床占機床總數(shù)的30％～40％，在軸承制造業(yè)中則多達(dá)60％左右?，F(xiàn)在，可磨削的工件重量已達(dá)125噸，工件直徑為3000mm，長度達(dá)18000mm，在功率為250千瓦的重型磨床上磨除余量達(dá)6mm以上，砂輪（也有磨輪之稱）直徑為3000mm，每小時磨除金屬達(dá)250～360kg。大力開展磨料、砂輪、磨具和磨削原理的研究，進(jìn)一步擴大磨削的使用范圍，發(fā)展新磨料和磨削新技術(shù)，是機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)工藝研究任務(wù)。

13.2磨削加工類型和磨削運動一、磨削加工類型(1)外圓磨削，包括外圓縱磨、外圓橫磨和大切深緩進(jìn)給磨削；(2)

內(nèi)圓磨削；(3)

平面磨削；(4)

成形磨削，包括螺紋磨削；(5)

砂帶磨削；(6)

無心磨削，包括內(nèi)圓無心磨削；(7)

砂輪切斷；(8)

超精磨削加工，包括珩磨、拋光、研磨和液體拋光。二、磨削運動生產(chǎn)中常用的外圓、內(nèi)圓和平面磨削，一般具有四個運動：1．主運動——砂輪旋轉(zhuǎn)2．進(jìn)給運動

(1)工件圓周（或直線）進(jìn)給運動

(2)砂輪徑向進(jìn)給運動

(3)工件軸向進(jìn)給運動vWm

/

s

或m/minfamm/

r

或mm/單行程frmm/單或雙行程磨削時，每秒鐘金屬切除量：磨削過程磨屑的形成過程滑擦—刻劃—切削圖13-5磨削過程中磨粒的切削、刻劃和拋光作用a)切削作用b）刻劃作用c）拋光作用磨削力

切向力Fc背向力Fp進(jìn)給力Ff★磨削的三個階段：光磨階段穩(wěn)磨階段初磨階段13.3砂輪的特性及其選擇砂輪

砂輪是磨削加工中最常用的工具。砂輪是一種用結(jié)合劑將磨料顆粒粘結(jié)起來，經(jīng)壓坯、干燥、焙燒及車整而成，具有很多氣孔，用磨粒進(jìn)行切削的工具。砂輪是由磨料、結(jié)合劑和氣孔所組成。主要起切削作用主要起粘接作用主要起容屑和冷卻作用圖13-2砂輪的構(gòu)造1—砂輪2—結(jié)合劑3—磨粒4—磨屑5—氣孔6—工件砂輪的特性1、磨料磨料氧化物碳化物高硬磨料棕剛玉白剛玉鉻剛玉黑色碳化硅綠色碳化硅碳化硼人造金剛石立方氮化硼磨削碳鋼、合金鋼、通用高速鋼磨削硬鑄鐵、硬質(zhì)合金、非鐵金屬磨削硬脆材料、硬質(zhì)合金、寶石、高溫合金取決于工件材料的硬度2、粒度

表示磨料顆粒的大小。以磨粒能通過每英寸篩網(wǎng)長度上篩孔的數(shù)目作為該磨粒的粒度號。例如F60粒度是指磨粒剛能通過每英寸篩網(wǎng)長度上60個孔。F230～F1200F4～F220取決于加工表面的粗糙度的要求磨粒微粉

<63μm磨料粒度號越大，磨粒的尺寸越小。粒度號越大，磨粒的尺寸越小，微粉的尺寸越大。選擇原則：粗磨：加工表面粗糙度值大→選用粗粒度的磨料精磨：加工表面粗糙度值小→選用細(xì)粒度的磨料磨削軟而韌的工件材料時，為避免堵塞砂輪，選用粗粒度的磨料；磨削硬而脆的工件材料時，選用細(xì)粒度的磨料，以增加同時磨削磨粒數(shù)。磨削速度高或磨削大面積工件時，選用粗粒度的磨料，避免發(fā)熱過多引起表面燒傷。3、結(jié)合劑結(jié)合劑的作用是將磨粒粘結(jié)在一起，使砂輪具有必要的形狀和強度。

取決于磨削速度結(jié)合劑陶瓷結(jié)合劑V樹脂結(jié)合劑B橡膠結(jié)合劑R價格便宜，耐熱、耐腐蝕，用的最多，使用90%以上。VC>35m/s金屬結(jié)合劑M4、硬度指在磨削力作用下，磨粒從砂輪表面上脫落的難易程度。砂輪硬，即表示磨粒不易脫落；砂輪軟，表示磨粒容易脫落。

由結(jié)合劑的粘結(jié)強度決定選擇砂輪硬度時，可參照以下幾條原則：1.工件硬度工件材料硬→軟砂輪；工件材料軟→硬砂輪。2.加工接觸面砂輪與工件的接觸面大時→軟砂輪；3.精磨和成形磨削精磨和成形磨削→硬一些的砂輪，以保持砂輪必要的形狀精度。4.砂輪粒度大小粒度號越大→軟砂輪，以免砂輪表面組織被磨屑堵塞。5.工件材科磨削有色金屬、橡膠、樹脂等軟材料→較軟的砂輪，以免砂輪表面被磨屑堵塞。

在機械加工中，常用的砂輪硬度是軟2(H)至中2(N)6種。5、組織指磨粒在砂輪中占有體積的百分?jǐn)?shù)（即磨粒率）。

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??；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。取決于容屑空間緊密組織的砂輪適用于重壓力磨削、成形磨削和精密磨削。

中等組織的砂輪適用于一般的磨削工作。疏松組織的砂輪適用于粗磨、接觸面積較大的工序，以及磨削熱敏性強的材料、軟金屬和薄工件。6、砂輪的形狀、代號和標(biāo)志常用形狀有平形、碗形、碟形等，砂輪的端面上一般都有標(biāo)志。

例如：1-400×100×127-AF60L5B25形狀→外徑→厚度→孔徑→磨料→粒度→硬度→組織→結(jié)合劑→最高工作線速度(m／s)

即代表該砂輪為平型砂輪，外徑為400mm，厚度為100mm，內(nèi)徑為127mm，磨料是棕剛玉，60號粒度，硬度為中軟L，5號組織，樹脂結(jié)合劑，最高工作線速度25m／s。

砂輪特性選擇小結(jié)（1）磨削鋼——選用剛玉類砂輪；磨削鑄鐵、硬質(zhì)合金、非鐵金屬——選用碳化硅類砂輪。（2）磨削軟材料——選用硬砂輪；磨削硬材料——選用軟砂輪。（3）磨削軟而韌的材料——選用粗磨粒；磨削硬而脆的材料——選用細(xì)磨粒。（4）磨削表面粗糙度小——選用細(xì)磨粒；

金屬磨除率要求大——選用粗磨粒。（5）要求加工表面質(zhì)量好——選用樹脂或橡膠結(jié)合劑砂輪，砂輪硬度教軟，組織較疏松；要求砂輪保持成型精度高——選用陶瓷結(jié)合劑砂輪，砂輪硬度教硬，組織較緊密。13.4先進(jìn)磨削方法簡介一、高速磨削

砂輪速度υ>45m／s的磨削稱為高速磨削。據(jù)有關(guān)資料介紹，我國高速磨床的磨削速度可達(dá)80～120m／s，發(fā)達(dá)國家的磨削速度可達(dá)200m／s以上。高速磨削對磨床的要求主要有如下幾個方面：(1)砂輪電動機功率要比一般電動機功率大一倍左右；(2)砂輪徑向和軸向跳動要小，軸承負(fù)荷能力要高，高速旋轉(zhuǎn)的部件要經(jīng)過仔細(xì)平衡，砂輪的防護罩必須堅固可靠；(3)機床動、靜剛度要好。二、強力磨削（緩進(jìn)給大切深磨削）強力磨削是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種高效磨削。這種磨削方法是采用非常大的磨削深度，而磨床工作臺進(jìn)給速度卻非常小，砂輪在一次進(jìn)給中幾乎將全部磨削余量切除，故金屬切除率大，實現(xiàn)了以磨代銑、粗精結(jié)合的綜合加工。強力磨削對磨床等主要有如下要求：(1)機床電機功率大，一般在20kW以上，主軸采用滾動軸承；(2)機床剛性好；(3)切削液壓力要高達(dá)O．8～1．2MPa，流量達(dá)80～200L／min。三、砂帶磨削砂帶磨削是一種新的高效磨削方法，自60年代以來，它的發(fā)展極為迅速，應(yīng)用范圍也越來越廣泛。估計工業(yè)發(fā)達(dá)國家的磨削加工，目前，約有1/3左右由砂帶取代砂輪。而原聯(lián)邦德國尤為突出，早在1963年，砂帶磨削已占磨削加工量的50％～60％。

砂帶磨削具有下列幾個特點：(1)設(shè)備簡單(2)生產(chǎn)效率高(3)加工質(zhì)量好(4)能磨削復(fù)雜形面

由于砂帶磨削的應(yīng)用十分廣泛，故有七十年代萬能工具的稱譽。目前，強力砂帶磨削和寬砂帶(寬度達(dá)3m甚至更寬)應(yīng)用，使生產(chǎn)率進(jìn)一步得到提高；與此相應(yīng)出現(xiàn)了高剛性、高強度的砂帶磨床，有的磨床電動機功率高達(dá)182.5KW。砂帶磨削總的趨勢是向著高生產(chǎn)率和砂帶高使用壽命方向發(fā)展。

四、超精密磨削與鏡面磨削磨削后，表面粗糙度值Rа在0．