機(jī)械制造工程學(xué)5.ppt

1、機(jī)械制造工程學(xué),南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 （5）,第四章 磨削加工基礎(chǔ),第一節(jié) 磨削運(yùn)動(dòng)與砂輪,一、磨削運(yùn)動(dòng),外圓磨削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng),徑向進(jìn)給量,軸向進(jìn)給量,工件速度,磨削時(shí)，一般有四個(gè)運(yùn)動(dòng)：,(1) 主運(yùn)動(dòng) Vc： 是砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,主運(yùn)動(dòng)速度是砂輪外圓的線速度:,(2) 徑向進(jìn)給量 fr (mm/s) or (mm/dstr),(3) 軸向進(jìn)給量 fa (mm/r),(4) 工件速度 vw (mm/s),二、磨削用量的選擇,磨削用量與一般切削用量的選擇不同,磨削用量的選擇原則通常是在保證工件表面質(zhì)量的前提下盡量提高生產(chǎn)率，一般磨床的磨削速度v是固定不變的，所以不必選擇，因此首先選較大的工件速度

2、vw,再選軸向進(jìn)給量fa，最后才選徑向進(jìn)給量fr。,Vw fa fr,三、砂輪的特性,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。,1、磨 料,常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三類。 P29 表2-1,氧化物系 適合磨削：各類鋼 主要成份AI2O3 碳化物系 適合磨削：鑄鐵、硬質(zhì)合金 主要成份碳化硅,碳化硼 高硬磨料系 主要成份人造金剛石,立方氮化硼,砂輪,工件,氣孔,結(jié)合劑,磨屑,磨粒,2、粒 度,粒度表示磨粒的大小程度。 P30 表2-2,60# 指磨粒剛可通過每英寸長(zhǎng)度上有60個(gè)孔眼的篩網(wǎng).當(dāng)磨粒的直徑小于40m時(shí)，這些磨粒稱為微粉。,選用: 粗磨,工件材

3、料軟,塑型大,磨削面積大粗磨粒 P31 表2-3,3、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。,陶瓷結(jié)合劑（Vitrified，代號(hào)V） 大多數(shù)砂輪采用 v35m/s樹脂結(jié)合劑（Bakelite，代號(hào)B） 多用高速磨削,切斷,開槽橡膠結(jié)合劑（Rubber，代號(hào)R）多用無心磨床的導(dǎo)輪,切斷,開槽, 拋光砂輪金屬結(jié)合劑（Metal，代號(hào)M） 主要用于制作金剛石砂輪,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。,由軟到硬共分14級(jí) P32 表2-4,選擇砂輪硬度時(shí)，可參照以下幾條原則：,工件硬度： 硬軟加工接觸面： 大軟精磨和成形磨削 硬砂

4、輪粒度大小 砂輪粒度號(hào)大軟工件材料 有色金屬,橡膠,樹脂 軟,5、組織,砂輪的組織反映了磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者的比例關(guān)系,砂輪的組織級(jí)別可分為緊密、中等、疏松三大類別。 P32 表2-5,砂輪的端面上一般都印有標(biāo)志，例如GZ60SV6P3003075，即代表該砂輪的磨料是：,6、砂輪形狀,P33 表2-6,GZ 棕剛玉， 60 60號(hào)粒度， S 硬度為硬1， V 陶瓷結(jié)合劑， 6 6號(hào)組織， P 平型砂輪， 3003075 外徑為300mm，厚度為30mm，內(nèi)徑為 75mm。,第二節(jié) 磨削過程,一、砂輪的形貌,外形,砂輪表面上磨粒的分布,每個(gè)磨粒的幾何形狀,特別是每個(gè)磨粒顯露出來的切削刃以及這

5、些切削刃所處的高度等等,構(gòu)成了砂輪的表面形貌。,砂輪的表面形貌對(duì)砂輪的磨削性能和工件已加工表面質(zhì)量有極大的影響。,砂輪上砂粒的形狀,二、磨削過程分析,單個(gè)磨粒的磨削過程,1.磨粒的模型,2.磨削表面形成過程,典型磨粒斷面,=1040-1080, = 7.4m -35 m,磨粒刃口鈍，形狀不規(guī)則，分布不均勻,a) b) c),3.實(shí)際磨粒的滑擦、耕犁與切削過程,三、磨削階段,：初磨階段 ：穩(wěn)定階段 ：清磨階段,四、砂輪的磨損與修正,砂輪的磨損可分為磨耗磨損和破碎磨損,砂輪的磨損過程可分為三個(gè)磨損期,A:,B:,C:,棱角磨平-形成棱面,磨粒破碎,磨粒脫落,常用的修整工具有： 單顆粒金剛石，碳化硅

6、修整輪，電鍍?nèi)嗽旖饎偸瘽L輪等。 其中最常用的是單顆粒金剛石修整工具。,一般修整深度只要略大于0.04 mm 即可。,修整砂輪的合理工藝條件是：,（1）選用較小的修整導(dǎo)程：,.25.4/h, 磨粒的平均直徑， ； h 磨粒的粒度號(hào)。,（2）選用適宜的修整深度,第三節(jié) 磨削力與磨削溫度,一、磨削力,Fx,Fz,Fy,Fz主磨削力 （切向磨削力） Fy切深抗力 （徑向磨削力） Fx進(jìn)給抗力 （軸向磨削力）,同其他切削加工一樣，總磨削力可分解為三個(gè)分力：,合力：F,F,外圓磨削時(shí)，切向力Fz:,磨削功率：,Fz: 主磨削力 （切向）,Vs: 砂輪的線速度 m/s,CFz: 常數(shù) （202122）,vw

7、: 工件轉(zhuǎn)速 m/s,fa: 砂輪軸向進(jìn)給量 mm,ap: 磨削深度或徑向進(jìn)給量 mm,(3) 磨削力隨不同的磨削階段而變化。,磨削力的主要特征有以下三點(diǎn)：(與切削力相比),(1) 單位磨削力kc值很大: kc=7-20KN/mm2 (普通切削kc7KN/mm2),(2)三向分力中切深力Fy值很大：Fy/Fz=2.0-2.5 5-10 (普通切削Fy/Fz=0.15-0.7),二、磨削溫度,耕犁和滑擦所產(chǎn)生的熱能,幾乎全部傳入工件.,磨削時(shí)較大,切除單位切削體積所需的能約為普通切削加工的10-20倍.,磨削溫度的幾個(gè)名詞的含義及其影響,磨削溫度-指砂輪與工件接觸面平均溫度 A 磨粒點(diǎn)的溫度do

8、t(1000C)-磨削區(qū)的溫度A(幾百度)-工件的平均溫升(幾十度),2.各種磨削溫度對(duì)已加工表面質(zhì)量的影響,a.工件的平均溫升b.磨粒磨削點(diǎn)的溫度： dot vw0.26vc0.24fr0.13c.砂輪磨削區(qū)的溫度 ： A fr0.63vw0.26vc0.24 -磨削溫度,1.磨削溫度的幾個(gè)名詞的含義,二. 磨粒磨削點(diǎn)溫度與砂輪磨削區(qū)的溫度,(1)工件速度對(duì)磨粒磨削點(diǎn)溫度的影響比砂輪速度影響大。 (2)徑向進(jìn)給量是通過單個(gè)磨粒的切削厚度的變化以及同時(shí)工作的磨粒數(shù)的變化來影響磨粒磨削點(diǎn)溫度dot。當(dāng)fr 增加時(shí),dot 也增加,但沒有vw和vc的影響大。 (3)徑向進(jìn)給量fr對(duì)砂輪磨削區(qū)溫度的

9、影響最大,這是因?yàn)閒r增加將使砂輪和工件接觸區(qū)增大的緣故。,三. 磨削溫度的測(cè)量,影響磨削溫度的因素也是復(fù)雜的。一般是通過實(shí)際測(cè)量來直接獲得較準(zhǔn)確的磨削溫度。,除上述因素外,還有其它影響磨削溫度的因素,如fa增加時(shí)，或工件材料的硬度高、強(qiáng)度高、韌性大時(shí)，dot和均增高，反之則降低。,第四節(jié) 磨削表面質(zhì)量,一、磨削表面粗糙度,磨削表面質(zhì)量包括磨削表面的微觀不平度(表面粗糙度)和磨削表面層的機(jī)械物理性能兩方面內(nèi)容,分析上述理論公式，亦可提出減小磨削表面粗糙度的主要措施：,磨削表面的微觀不平度一般都比普通切削為小,比較容易獲得粗糙度小于Ra24m的表面。,理論微觀最大不平度Rmaxz:,vw ,vc

10、分別為工件和砂輪的速度； Rw,Rt分別為工件和砂輪的半徑； m 單位面積上的磨粒數(shù)； e 切削寬度與平均切屑厚度的比值。,（1）采用粒度號(hào)數(shù)大的砂輪，使m值增大，可減小磨削表面粗糙度。,（2）提高砂輪轉(zhuǎn)速，或降低工件轉(zhuǎn)速，使vw /vc的比值增大，亦可顯著減小磨削表面粗糙度。,（3）采用直徑較大的砂輪，有利于減小磨削表面粗糙度；同理，在磨削直徑大的工件時(shí)表面粗糙度較小。,（4）如前所述，砂輪寬度大時(shí)，同時(shí)參加工作的磨粒數(shù)增加，分?jǐn)傇诿總€(gè)磨粒上的磨削量減少，單個(gè)磨粒的最大切削厚度hDgmax減小，上式中的e值增大，可減小磨削表面粗糙度。也可以用砂輪寬度與軸向進(jìn)給量fa的比值j=B/fa來表示，

11、j越大，向則垂直于磨削方測(cè)量的不平度越小。,（5）磨粒切削刃高度的等高性越好，則垂直于磨削方向所測(cè)量的不平度越小。,二、磨削表面層的機(jī)械（物理）性能,1.磨削表面層金相組織的變化磨削燒傷,磨削時(shí)表面燒傷顏色的變化,對(duì)于已淬火的鋼件，很高的磨削溫度往往會(huì)使表層金屬的金相組織產(chǎn)生變化，使表層金屬硬度下降，使工件表面呈現(xiàn)氧化膜顏色，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。,磨削淬火鋼時(shí)，在工件表面形成的瞬時(shí)高溫將使表層金屬產(chǎn)生以下三種金相組織變化：,（1）回火燒傷,如果磨削區(qū)內(nèi)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度（碳鋼的相變溫度為 720C），但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度（中碳鋼為 300C），工件表層金屬的馬氏體將轉(zhuǎn)化為硬度較

12、低的回火組織（索氏體或托氏體），這稱為 回火燒傷。,回火組織 淬火組織 退火組織,如果磨削區(qū)內(nèi)的溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，硬度比回火馬氏體高；在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原來的回火馬氏體低的回火組織（索氏體或托氏體），這稱為 淬火燒傷。,（2）淬火燒傷,（3）退火燒傷,如果磨削區(qū)內(nèi)的溫度超過了相變溫度，而磨削過程又沒有冷卻液，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，表層金屬的硬度將急劇下降，這稱為 退火燒傷。,退火燒傷,淬火燒傷,回火燒傷,2.磨削表面質(zhì)量表面殘余應(yīng)力,產(chǎn)生原因：,1）金屬組織相變引起的體積變化,2）不均勻熱脹冷縮,3）殘留的塑性變形

13、,采取措施：立方氮化硼砂輪、減少切入量fr、采用切削液、增加清磨次數(shù)。,1）磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響,（一）幾何因素的影響,2、磨削加工后的表面粗糙度,磨削加工表面粗糙度的形成由幾何因素和表面層金屬的塑性變形（物理因素）決定的，但磨削過程要比切削過程復(fù)雜的多。, V : 砂輪的速度越高，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)就越 多，因而工件表面的粗糙度值就越小。, VW : 工件速度對(duì)表面粗糙度的影響正好與砂輪速度的影響相 反，增大工件速度時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒 數(shù)減少，表面粗糙度值將增加。, fr : 砂輪的縱向進(jìn)給減小，工件表面的每個(gè)部位被砂輪重復(fù) 磨削的次數(shù)增加，被磨表面粗糙度值將

14、減小,2）砂輪粒度和砂輪修整對(duì)表面粗糙度的影響,在相同的磨削條件下，砂輪的粒度號(hào)數(shù)越大，參加磨削的磨粒越多，表面粗糙度就越小。,修整砂輪的縱向進(jìn)給量對(duì)磨削表面的粗糙度影響甚大。,（二）表面層金屬的塑性變形物理因素的影響,1）磨削用量,磨削特點(diǎn)： 砂輪的磨削速度遠(yuǎn)比一般的切削加工速度高的多，且磨粒大多為負(fù)前角，磨削比壓大，磨削區(qū)溫度很高，工件表面溫度有時(shí)可達(dá)900C，工件表層金屬容易產(chǎn)生相變而燒傷。因此，磨削過程的塑性變形要比一般切削過程大的多。,砂輪速度 V,磨削深度 ap,工件速度 V,磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響:,磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響:,2）砂輪的選擇,砂輪粒度,砂輪硬度,砂輪組織,

15、砂輪材料,（二）改善磨削燒傷的工藝途徑,(1)正確選擇砂輪,磨削導(dǎo)熱性差的材料，容易產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。硬度太高的砂輪，砂輪鈍化之后不易脫落，容易產(chǎn)生燒傷為避免產(chǎn)生燒傷，應(yīng)選擇較軟的砂輪。選擇具有一定彈性的結(jié)合劑，也有助于避免產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。,正確選擇砂輪 合理選擇磨削用量 改善冷卻條件 開槽砂輪,(2)合理選擇磨削用量, 加大工件的回轉(zhuǎn)速度 vw，磨削表面的溫度升高，但其增長(zhǎng)速度與磨削深度 ap 的影響相比小的多，實(shí)踐證明，同時(shí)提高砂輪速度 vs 和工件速度 vw ，可以避免燒傷。,結(jié)論: 從減輕燒傷而同時(shí)又盡可能保持較高的生產(chǎn)效率考慮，應(yīng)選用較大的工件速度 Vw 和較小的磨削深度 ap 。, 磨削

16、深度 ap 對(duì)磨削溫度影響極大，從減輕燒傷的角度考慮， ap 不宜過大。, 加大橫向進(jìn)給量 ft 對(duì)減輕燒傷有好處。,(3)改善冷卻條件,磨削時(shí)磨削液若能直接進(jìn)入磨削區(qū)，對(duì)磨削區(qū)進(jìn)行充分冷卻，能有效的防止燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。然而目前通用的冷卻方法效果很差，實(shí)際上沒有多少冷卻液真正進(jìn)入磨削區(qū)。因此，必須采用切實(shí)可行的措施，改善冷卻條件，防止燒傷現(xiàn)象產(chǎn)生。,(4)開槽砂輪,內(nèi)冷卻是一種較為有效的冷卻方法。,第五節(jié) 先進(jìn)磨削方法簡(jiǎn)介,一、深切緩進(jìn)給磨削,燃?xì)廨啓C(jī)葉片,三爪自定心卡盤的卡爪,磨削深度：130 mm,Vw=10100mm/min,二、高速磨削,普通磨削:Vs=3035m/s 高速磨削:Vs45m/s,三、超精密磨削與鏡面磨削,超精密磨削: Ra=0.050.01um,鏡面磨削: Ra0.05um,工藝要求:,1.選擇合適的砂輪,2.砂輪需精細(xì)修整,3.磨床精度要高,4.選擇合理的磨削用量,四、砂帶磨削,砂帶磨削的幾種形式,磨外圓,磨平面,無心磨,自由磨,成型磨,砂帶的結(jié)構(gòu),總結(jié)：磨削過程與切削過程比較，有何特點(diǎn)？,磨削過程和切削過程一樣，都經(jīng)歷彈性變形，塑性變形，和滑移的過程，也有切削力和切削熱的產(chǎn)生，但磨削過程又有它的特點(diǎn)：,（1）磨削溫度高。磨削速度為車削速度的1020倍，因此磨削區(qū)內(nèi)溫度很高，瞬時(shí)溫度達(dá)到1000C左右，這樣高的溫度將會(huì)引起