金屬切削,磨削.ppt

1、第五章 磨削,第一部分金屬切削原理及刀具,主要內(nèi)容,5-1 磨具特性及其選擇 5-2 磨削過(guò)程 5-3 磨削力及功率 5-4 磨削溫度 5-5 磨削表面質(zhì)量 5-6 砂輪磨損與耐用度,5-1 磨具特性及其選擇,磨削加工是用高速回轉(zhuǎn)的砂輪或其它磨具以給定的背吃刀量（或稱切削深度），對(duì)工件進(jìn)行加工的方法。根據(jù)工件被加工表面的形狀和砂輪與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨削分為外圓磨削、內(nèi)圓磨削、平面磨削和無(wú)心磨削等幾種主要加工類型。此外，還有對(duì)凸輪、螺紋、齒輪等零件進(jìn)行磨削加工的專用磨床。,一、普通磨具（砂輪）,砂輪：是一種用結(jié)合劑把磨粒粘結(jié)起來(lái)，經(jīng)壓坯、干燥、焙燒及車整而成，具有很多氣孔，利用磨粒切削的工具

2、。,砂輪的特性決定于磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及形狀尺寸等。,（一）磨料 分天然磨料和人造磨料 天然磨料：金剛石、天然剛玉、金剛砂等，價(jià)格昂貴。,人造磨料： 剛玉類（氧化鋁AL2O2）：棕剛玉（A） 、白剛玉（WA）。 炭化硅類（SiC）：黑炭化硅（C）、綠炭化硅（GC）。 高硬磨料類：人造金剛石（DMD）、氮化硼（CBN）。 剛玉類宜用語(yǔ)磨削各種鋼料，如不銹剛、高強(qiáng)度合金鋼、退了火的可鍛鑄鐵和硬青銅；探花硅類適用于磨削鑄鐵、黃銅、軟青銅鋁、硬表層合金和硬質(zhì)合金。 高硬磨料類具有高硬度、高強(qiáng)度、適用于磨削高速鋼、硬質(zhì)合金、寶石等。,（二）、粒度 粒度表示磨料尺寸大小。 粒度上尺寸大于40微

3、米的磨料用機(jī)械篩分法來(lái)決定粒度號(hào)，粒度號(hào)越大，顆粒尺寸越細(xì)，分有8#280#不同規(guī)格。 粒度上尺寸大于40微米的磨料用顯微鏡分析法來(lái)測(cè)量，其粒度號(hào)既該顆粒最大尺寸的微米數(shù)，分W40W0.5不同規(guī)格。 粒度直接影響磨削表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。一般情況下，粗磨、磨軟料或磨削面積大時(shí)宜選用粗粒度，精磨時(shí)宜選用細(xì)粒度。,（三）、結(jié)合劑 結(jié)合劑的作用是將磨粒粘合在一起，是砂輪磨具具有必要的形狀和強(qiáng)度。 1.陶瓷結(jié)合劑(代號(hào)A)：由粘土、長(zhǎng)石、滑石、硼玻璃、硅石等陶瓷材料配制而成。化學(xué)穩(wěn)定性好，耐水，耐酸，耐熱，成本低，但較脆。所以除切斷砂輪外，大多采用陶瓷砂輪。 2.樹脂結(jié)合劑(代號(hào)S): 主要成分是酚醛樹脂

4、，也有用環(huán)氧樹脂的。樹脂結(jié)合劑的砂輪（樹脂砂輪）強(qiáng)度高、彈性好，多用于高速磨削、切斷、開槽等工序。樹脂砂輪耐熱性差。 3.橡膠結(jié)合劑(代號(hào)X)：多采用人造橡膠。橡膠砂輪比樹脂砂輪更有彈性，可使砂輪有很好的拋光作用。橡膠砂輪多用于無(wú)心磨床的導(dǎo)輪，也用作切斷、開槽和拋光砂輪，但不適合用作粗加工砂輪。 4.金屬結(jié)合劑(代號(hào)J)：常見(jiàn)的是青銅結(jié)合劑(代號(hào)Q)，主要用于制作金剛石砂輪。青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的特點(diǎn)是型面的成型性好，強(qiáng)度高，有一定韌性。但金屬結(jié)合劑制成的砂輪自礪性差。,（4）、硬度 砂輪的硬度反映磨料與結(jié)合劑的粘接強(qiáng)度。砂輪硬，磨料不易脫落；砂輪軟，磨料容易脫落。磨削時(shí)，若砂輪太硬，則磨鈍了

5、的磨料不能及時(shí)脫落，會(huì)使磨削溫度升高而造成工件燒傷；若砂輪太軟，則磨料脫落過(guò)快而不能充分發(fā)揮磨料的磨削效能。 一般情況下，工件材料硬度較高時(shí)應(yīng)選用較軟的砂輪，工件材料硬度較低時(shí)應(yīng)選用較硬的砂輪，但若工件材料太軟，則材料易使砂輪堵塞，故也要選用軟些的砂輪，這樣可使堵塞處較易脫落；磨削薄壁件及導(dǎo)熱性差的工件時(shí)，選用較軟的砂輪；砂輪與工件的磨削接觸面大時(shí)，砂輪硬度應(yīng)選軟些，使磨料容易脫落，以防止砂輪堵塞；砂輪粒度號(hào)大時(shí)，選用較軟的砂輪，以防止砂輪堵塞；精磨與成形磨時(shí)，應(yīng)選用硬些的砂輪，以利于保持砂輪的廓形。,（5）、組織 砂輪組織表示磨料、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比例關(guān)系。磨料在砂輪總體積中所占比例越

6、大，則氣孔越?。ㄉ伲拜喗M織越緊密；反之亦然。 砂輪組織級(jí)別分為緊密、中等、疏松三大類。緊密組織砂輪適用于重壓下的磨削；中等組織砂輪適用于一般磨削；疏松組織砂輪不易堵塞，適用于平面磨、內(nèi)圓磨等磨削接觸面大的磨削，以及磨削熱敏性強(qiáng)的材料或薄壁工件。 在砂輪的端面上一般都印有標(biāo)志，用以表示砂輪的特性。例如：1-3003075-A60L5V-35m/s,1表示該砂輪為平面砂輪，其余則分別表示：外徑為300mm,厚度為30mm,內(nèi)徑為75mm,磨料為棕剛玉(A),粒度號(hào)為60,硬度為中軟2（L），組織號(hào)為5，結(jié)合劑為陶瓷(V),最高圓周速度為35m/s。,（6）、形狀及用途,常用砂輪形狀及用途,常用

7、砂輪形狀及用途,常用砂輪形狀及用途,砂輪的標(biāo)志方法,超硬磨具：以硬度、強(qiáng)度和其他物理機(jī)械性能都優(yōu)于普通磨料的金剛石（含人造金剛石）或立方氮化硼以及它們?yōu)橹饕煞值膹?fù)合材料制成。 超硬磨具可加工普通砂輪難于加工的高硬材料；加工中自身磨損少，在合理使用條件下，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果；磨具形狀、尺寸變化緩慢，耐用度高，磨削效率高，功率損耗少；磨削溫度低，可減少和避免工件裂紋和燒傷等缺陷。,二、超硬磨具,超硬磨具,濃度：是指超硬磨具磨料層中每1cm2體積中含超硬磨料的重量。 超硬磨具的主要特性之一。濃度值越高，其含量也越高。 濃度值是直接影響磨削效率和加工成本的重要因素，選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮磨具的粒度、結(jié)合

8、劑、磨削方式磨具形狀及生產(chǎn)率諸項(xiàng)要求。 就不同磨削方式而言，工作面較寬的磨具和需要保持形狀精度的成形、端面以及溝槽磨削應(yīng)選用高濃度；半精磨、精磨選用細(xì)粒度、中濃度；高精度、低粗糙度磨削，選用細(xì)粒度、低濃度；拋光選用細(xì)粒度和更低濃度（有時(shí)低于25%）,涂覆磨具是指砂紙、砂布、砂帶等磨具的統(tǒng)稱，是以不同磨料用膠類均勻地粘結(jié)在紙、布或其他復(fù)合材料基體上的磨具。 特點(diǎn)：制造周期短，價(jià)廉；設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，容易掌握，操作安全。,三、涂覆磨具,5-2 磨削過(guò)程,一、磨削運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)：砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以砂輪的線速度Vs（m/s）表示 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：在內(nèi)、外圓磨削時(shí) 工件旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以工件的線速度Vw（mm/

9、min）表示 砂輪徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即砂輪切入工件的運(yùn)動(dòng)，以ap（mm/str）（單行程）或（mm/dstr）（雙行程）表示 工件相對(duì)砂輪的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以fa（mm/r）表示 在平面磨削時(shí) 工件縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以Vw（mm/min）表示 砂輪徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以ap（mm）表示 砂輪相對(duì)于工件的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以fa（mm/str）或（mm/dstr）表示,二、磨粒切除切屑的幾何圖形,磨削過(guò)程的實(shí)質(zhì) 磨削也是一種切削加工。砂輪表面上分布著為數(shù)甚多的磨粒，每個(gè)磨粒相當(dāng)于多刃銑刀的一個(gè)刀齒，因此磨削過(guò)程可以看作是眾多刀齒銑刀的一種超高速銑削。 砂輪表面磨粒形狀各異，排列很不規(guī)則，其間距和高

10、低隨機(jī)分布。據(jù)測(cè)量，剛修正后的剛玉砂輪， 平均為6580 ，磨削一段時(shí)間后增大到85。 由此可見(jiàn)，磨削時(shí)是負(fù)前角切削，且負(fù)前角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般刀具切削的負(fù)前角。負(fù)前角切削是磨削加工的一大特點(diǎn)。,單個(gè)磨粒的切削厚度,磨粒切除切屑的幾何圖形看成近似三角形,三、磨屑的形成過(guò)程,（1）滑擦階段（彈性變形階段） 切削厚度由零逐漸增大，只產(chǎn)生彈性變形，不產(chǎn)生切屑 （2）刻劃階段（塑性變形階段） 切削刃開始切入，產(chǎn)生塑性流動(dòng)，推向前方和兩側(cè)，刻劃出溝痕，兩側(cè)隆起 （3）切削階段（磨屑形成階段） 金屬層受擠壓，沿剪切面滑移，形成切屑流出,（1）砂輪表面突起高度較大和較為鋒利的磨粒，切入工件較深且有切屑產(chǎn)生，起切削

11、作用（圖a）。 （2）突起高度較小和較鈍的磨粒，只能在工件表面刻畫細(xì)微的溝痕，工件材料被擠向兩旁而隆起，此時(shí)無(wú)明顯切屑產(chǎn)生，僅起刻劃作用（圖b）。 （3）比較凹下和已經(jīng)鈍化的磨粒，既不切削也不刻劃，只能從工件表面滑擦而過(guò)，起摩擦拋光作用。 磨削過(guò)程的實(shí)質(zhì)是切削、刻劃和摩擦拋光的綜合作用過(guò)程，由此可獲得較小的表面粗糙度值。粗磨時(shí)以切削作用為主，精磨時(shí)切削作用和摩擦拋光作用同時(shí)并存。,磨屑形態(tài),塑性材料帶狀切屑 脆性材料擠裂切屑 高溫球狀或灰燼形態(tài),四、磨削中各參數(shù)的關(guān)系,砂輪等效直徑（砂輪當(dāng)量直徑）：在外圓（或內(nèi)圓）磨削時(shí)，換算成假想的平面磨削時(shí)砂輪的直徑。 從砂輪等效直徑公式可以看出，在同等徑

12、向進(jìn)給量和相同的砂輪直徑下，三種磨削方式的磨削接觸弧長(zhǎng)很不相同，內(nèi)圓磨削平面磨削外圓磨削,5-3 磨削力及功率,一、砂輪上的磨削力 外圓縱磨時(shí)，磨削力F可分為相互垂直的三個(gè)分力：主磨削力（沿砂輪切向的切向磨削力）、背向力（沿砂輪徑向的徑向磨削力）和進(jìn)給力（沿砂輪回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向磨削力），,磨削力有以下主要特征： （1）單位磨削力值K很大 由于磨料幾何形狀的隨機(jī)性和幾何參數(shù)的不合理，單位磨削力值K可達(dá)70KN/mm以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他切削加工的單位切削力。 （2）三項(xiàng)磨削分力中背向力最大 在正常的磨削條件下，的比值約為2.02.5。 （3）磨削力隨不同的磨削階段而變化 由于較大，使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生彈

13、性變形，在開始幾次進(jìn)給中，實(shí)際徑向進(jìn)給量遠(yuǎn)小于名義進(jìn)給量。隨著進(jìn)給次數(shù)的增加，實(shí)際進(jìn)給量逐漸加大，直至達(dá)到名義進(jìn)給量，這個(gè)階段稱為粗磨階段。之后磨削進(jìn)入穩(wěn)定階段，實(shí)際進(jìn)給量與名義進(jìn)給量相等。當(dāng)余量即將磨完時(shí)，進(jìn)行光磨（無(wú)進(jìn)給磨削），靠工藝系統(tǒng)的彈性變形恢復(fù)，磨削至尺寸要求。 （4）磨削力的構(gòu)成 在磨削力的構(gòu)成中，材料剪切所占的比重較小，而摩擦所占的比重較大，可達(dá)70%80%。,二、影響磨削力的因素, 砂輪速度vs增大，磨粒數(shù)量增大，切削厚度減小，磨削力減小 工件速度vw和軸向進(jìn)給量增大，磨去金屬量增大，磨削力增大 徑向進(jìn)給量f r 增大，切削厚度增大，磨削力增大 砂輪磨損，磨削力增大,三、磨削

14、功率,磨削時(shí)，砂輪速度很高，所以功率消耗很大。主運(yùn)動(dòng)所消耗的功率Pm為： 式中Pm為主運(yùn)動(dòng)所消耗的功率；Ft為主磨削力（N）；Vs為砂輪線速度（m/s）。,四、磨削用量 （1）砂輪線速度砂輪線速度一般比車削速度大1015倍左右，但太高時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)或工件表面燒傷。一般=3035 m/s；高速磨削時(shí)，可用=45100 m/s或更高些。 （2）工件速度V粗磨時(shí)，時(shí)常取V=1585 m/min；精磨時(shí)為1550 m/min。外圓磨時(shí)，速比q=V/V=60150；內(nèi)圓磨時(shí)，q=4080。V太低時(shí)工件易燒傷；V太高時(shí)磨床可能產(chǎn)生振動(dòng)。 （3）磨削深度a粗磨時(shí)，可取a=0.010.07mm；精磨時(shí)，可

15、取a=0.00250.02mm；鏡面磨削時(shí)，可取a=0.00050.0015mm。 （4）砂輪軸向進(jìn)給量砂輪軸向進(jìn)給量是指工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一往復(fù)時(shí)砂輪的軸向位移量（mm），設(shè)砂輪寬度為b（mm），則：粗磨時(shí)，取=（0.30.85）b；精磨時(shí)，取=（0.10.3）b。,每分鐘金屬磨除量Z為： 設(shè)砂輪磨削寬度為b（mm），則砂輪單位寬度上的金屬磨除量為：,5-4 磨削溫度,五、磨削熱和磨削溫度,磨削溫度的基本概念 砂輪磨削區(qū)溫度A1000C左右 磨粒磨削點(diǎn)溫度dot幾百度,一、來(lái)源 磨粒磨削點(diǎn)溫度：指磨粒切削刃與切屑接觸部分的溫度，是磨削中溫度最高的部位，其值可達(dá)1000左右，是研究磨削刃的熱損傷

16、、砂輪的磨損、破碎和粘附等現(xiàn)象的重要因素。 砂輪磨削區(qū)的溫度：是砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度，一般約有500800，它與磨削燒傷和磨削裂紋的產(chǎn)生有密切關(guān)系。 工件平均溫度：指磨削熱傳入工件而引起的工件溫升，它影響工件的形狀和尺寸精度。在精密磨削時(shí)，為獲得高的尺寸精度，要盡可能降低工件的平均溫度并防止局部溫度不均。,二、影響磨削溫度的主要因素有磨削用量、工件材料和砂輪特性等。 （1）磨削用量對(duì)磨削溫度的影響 隨著徑向進(jìn)給量的增大，單顆磨料的切削深度增大，產(chǎn)生的熱量增多，磨削溫度升高； 隨著工件速度V的增大，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入磨削區(qū)的工件材料增加，單顆磨料的切削深度增大，磨削溫度升高；但從熱量傳遞的方面

17、分析，工件表面被磨削點(diǎn)與砂輪的接觸時(shí)間縮短，工件上受熱影響區(qū)的深度較淺，可以有效防止工件表面層產(chǎn)生磨削燒傷和磨削裂紋； 隨著砂輪線速度的增大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)工件表面的磨料數(shù)增多，單顆磨料的切削深度減小，擠壓和摩擦作用加劇，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量增加，使磨削溫度升高。 所以，要使磨削溫度降低，應(yīng)該采用較小的徑向進(jìn)給量（即磨削深度）和砂輪線速度V，并加大工件速度V。,（2）工件材料對(duì)磨削溫度的影響 磨削韌性大、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性差的材料，因?yàn)橄挠诮饘僮冃魏湍Σ恋哪芰看?，發(fā)熱多，散熱性能又差，所以磨削溫度較高；磨削脆性大、強(qiáng)度低、導(dǎo)熱性好的材料，磨削溫度相對(duì)較低。 （3）砂輪硬度對(duì)磨削溫度的影響 砂輪硬

18、度對(duì)磨削溫度的影響有明顯的規(guī)律。硬度低，砂輪自銳性好，磨料的切削刃鋒利，磨削力小，磨削溫度就低，；砂輪粒度粗，容屑空間大，磨屑不易堵塞砂輪，磨削溫度就低。,5-5 磨削表面質(zhì)量,一、粗糙度與波紋度 磨削表面波紋度來(lái)自于磨削過(guò)程中的震動(dòng) 獲得較小的粗糙度和波紋的措施 二、表面燒傷 磨削在滑擦、刻劃、切削工件過(guò)程中，產(chǎn)生大量的磨削熱，使磨削表面溫度升高，工件表面金屬發(fā)生相變，其硬度和塑性均發(fā)生變化，這種表層變質(zhì)的現(xiàn)象稱為表面燒傷。 減少表面燒傷的關(guān)鍵是降低磨削溫度。,磨削表面質(zhì)量,三、殘余應(yīng)力 指工件在除去外力、熱源的作用下，殘存工件內(nèi)部的保持工件內(nèi)部各部分平衡的應(yīng)力。 殘余應(yīng)力的出現(xiàn)，將降低工件

19、的疲勞強(qiáng)度，縮短使用壽命。 因素：較低的工件速度、硬而鈍的砂輪、干磨或水溶性乳化液磨削、較高的切入進(jìn)給率及較高的砂輪線速度 有效的潤(rùn)滑能減少工件與砂輪接觸區(qū)的熱輸入，并減少對(duì)加工表面的熱干擾，這是對(duì)殘余應(yīng)力控制的最主要方法。 四、磨削裂紋 減少磨削裂紋形成的途徑之一是改善磨削前的熱處理規(guī)范，以減少晶界的淬火變形，此外，磨削時(shí)使用油劑冷卻液能抑制燒傷而使裂紋出現(xiàn)的機(jī)會(huì)減少。,5-6 砂輪磨損與耐用度,磨削過(guò)程中，機(jī)械、物理和化學(xué)的作用會(huì)造成砂輪磨損，使其切削能力下降，甚至切削失效。由于砂輪表面上磨料的形狀和分布是隨機(jī)的，因此可以將砂輪的磨損分為三種類型。 1、磨損形態(tài) 磨耗磨損、磨粒破碎、脫落磨

20、損 2、磨損期 初期磨損磨粒破碎 第二期磨損磨耗磨損 第三期磨損脫落磨損,（1）砂輪的磨耗磨損 磨削過(guò)程中，由于磨粒與工件表面的滑擦作用，磨粒與磨削區(qū)的化學(xué)反應(yīng)以及磨粒的塑性變形作用，使磨粒逐漸變鈍，在磨粒上形成磨損小平面。 造成砂輪磨耗磨損的主要原因是機(jī)械磨損和化學(xué)磨損。因而造成： 摩擦熱使磨粒表面剝落極微小碎片； 弱化磨粒； 磨粒與被磨材料熔焊，因塑性流動(dòng)或滯流而加劇磨粒磨損； 摩擦熱加速化學(xué)反應(yīng)； 摩擦剪切而使磨粒損耗。,（2）砂輪的破碎磨損 1）磨粒破碎，即在磨削過(guò)程中，若作用在磨粒上的應(yīng)力超過(guò)了磨粒本身的強(qiáng)度時(shí)，磨粒上的一部分就會(huì)以微小碎片的形式從砂輪上脫落。 2）磨粒脫落，即在磨削過(guò)程中，若磨粒與磨粒之間的結(jié)合劑發(fā)生斷裂，則磨粒將從砂輪上脫落下來(lái)，而在原位置留下空穴。 造成破碎的主要原因是作用在磨粒上的拉應(yīng)力大小及其分布。而砂輪的粘附堵塞是引起磨粒破碎脫落的另一原因。砂輪發(fā)生粘附后，使擠壓，摩擦增大，當(dāng)由于磨粒粘附所產(chǎn)生的磨削力大于磨粒破碎的極限應(yīng)力或大于結(jié)合劑強(qiáng)度時(shí)，磨粒就發(fā)生破碎脫落。,（3）砂輪的堵塞粘附 磨料通過(guò)磨削區(qū)時(shí)，在磨削高溫和很大的接觸壓力作用下，被磨材料會(huì)粘附在磨料上。粘