精密加工__第2章_精密磨削加工.

精密与特种加工第2章精密磨削加工2.1概述2.2精密磨削加工机理2.3精密磨削加工的机床及应用2.4超精密磨削加工简介•磨削工艺是较早使用的加工工艺方法.•日常生活也使用此方法.•磨削工艺本身就是精加工或半精加工.•我国自动化机床也是从磨床开始的.(20世纪30年代,上海)•磨削加工机床是世界上加工机床最多的机床,占30%.第2章精密磨削加工磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，但不宜精加工塑性较大的有色金属工件。磨削加工的精度高，表面粗糙度值小。精度可达IT5及IT5以上；表面粗糙度值Ra为1.25~0.01µm，镜面磨削时Ra为0.04～0.01µm。磨削的径向磨削力Fy大，且作用在工艺系统刚性较差的方向上。(故一般要有防止措施)2.1.1概述磨削的基本特点2.1.1概述磨削温度高。磨削产生的切削热多，80％一90％传入工件，10％~15％传入砂轮，l％～10％由磨屑带走。砂轮的导热性很差，在磨削区形成瞬时高温。(因此:磨削时采用大量的切削液降低磨削温度|)砂轮有自锐作用。在磨削过程中，磨粒的破碎将产生新的较锋利的棱角，同时由于磨粒的脱落而露出一层新的锋利的磨粒，它们能够使砂轮的切削能力得到部分的恢复，这种现象叫做砂轮的自锐作用。2.1.1概述磨削加工的工艺范围广。磨削不仅可以加工外圆面、内圆面、平面、成形面、螺纹、齿形等各种表面，还常用于各种刀具的刃磨。磨削在切削加工中的比重日益增大。在工业发达国家磨床在机床总数中的比重已占到30％～40％，且有不断增长的趋势。定义精密磨削加工是利用细粒度的磨粒或微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，得到高加工精度和小表面粗糙度值。它是用微小的多刃刀具去除细微切屑的一种加工方法。一般多指砂轮磨削和砂带磨削。2.1.2精密磨削加工的分类2.1.2精密磨削加工的分类固结磨料加工磨料加工分类--按磨具形状/使用方法磨削:砂轮磨削、砂带磨削研磨超精加工珩磨砂带研抛超精研抛游离磨料加工抛光研磨:干式研磨、湿式研磨、磁性研磨精密研磨滚磨:回转式、振动式、离心式、主轴式、涡流式珩磨:挤压珩磨喷射珩磨固结磨料加工2.1.2精密磨削加工的分类将一定粒度的磨粒或微粉与结合剂粘结在一起，形成一定形状并具有一定强度，再采用烧结、粘结、涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。其中用烧结方法形成砂轮、砂条、油石等称为固结磨具；用涂敷方法形成砂带称为涂覆磨具或涂敷磨具。2.1.2精密磨削加工的分类精密砂轮磨削是利用精细修整的粒度为60#~80#的砂轮进行磨削，其加工精度可达1～0.1µm，表面粗糙度值Ra可达0.2～0.25µm。注:60#粒度.指每英寸长度上60个孔眼.具体查阅《粒度号及公称尺寸和适用范围》GB2477标准中有4#~270#，共27级。固结磨具•超精密砂轮磨削是利用经过精细修整的粒度为W40～W5的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1µm，表面粗糙度值为RaO.025～0.008µm的加工表面。2.1.2精密磨削加工的分类磨料及其选择2.1.2精密磨削加工的分类金刚石又分为天然和人造两大类。天然金刚石有透明、半透明和不透明，以透明的为最贵重。颜色上有无色、浅绿、浅黄、褐色等，以褐色硬度最高，无色次之。人造金刚石分单晶体和聚晶烧结体两种，前者多用来做磨料磨具，后者多用来做刀具。刚玉（氧化铝）系、碳化物系、超硬磨料（金刚石、立方氮化硼以及以它们为主要成分的复合材料）.精密和超精密磨削大量采用超硬磨料。2.1.2精密磨削加工的分类金刚石特点：a、硬度最高;b、有较高的耐磨性和有很高的弹性模量;c、有较大的热容量和良好的热导性，线膨胀系数小，熔点高;d、700℃时易与铁族金属产生化学作用而形成碳化物，造成化学磨损，故一般不适宜磨削钢铁材料.•立方氮化硼特点：a、硬度略低于金刚石;b、耐热性比金刚石高;c、有良好的化学稳定性，与碳在2000℃时才起反应，故适用于磨削钢铁材料;d、在高温下易与水产生反应，一般多用于干磨。2.1.2精密磨削加工的分类2.1.2精密磨削加工的分类a．可用来加工各种高硬度、高脆性金属和非金属材料。b．磨削能力强、耐磨性好、耐用度高，可较长时间保持切削性，修整次数少，易于保持粒度；易于控制加工尺寸及实现加工自动化。c．磨削力小、磨削温度低，从而可减少内应力、裂纹、烧伤等缺陷，加工表面质量好。d．磨削效率高。e．加工综合成本低。用超硬材料磨削陶瓷、光学玻璃、宝石、硬质合金以及高硬度合金钢、耐热钢、不锈钢等材料。超硬磨料砂轮磨削的特点：磨料粒度及其选择粒度的选择应根据加工要求、被加工材料、磨料材料等来决定。其中影响很大的是被加工件的表面粗糙度值、被加工材料和生产率。一般多选用180#～240#的普通磨料、(170／200)～(325／400)超硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。粒度号越大加工表面粗糙度值越小，但生产率相对也越低。2.1.2精密磨削加工的分类•砂轮粒度的选择和适用范围：•12-16#：用于粗磨、荒磨和打磨毛刺的砂轮磨具。•20-36#：用于磨钢锭，打磨铸件毛刺，切断钢坯，磨电瓷和耐火材料的砂轮磨具。•40-60#：用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨、工具磨等的砂轮磨具。•60-80#：用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨、工具磨等半精磨和精磨的砂轮磨具。•100-240#：用于精磨、超精磨、珩磨、螺纹磨等。•W10-20：用于精磨、精细磨、超精磨、镜面磨等。•W7-更细：用于精磨、超精磨、镜面磨等，制作研磨膏用于研磨和抛光。2.1.2精密磨削加工的分类2.1.2精密磨削加工的分类结合剂结合剂（也叫胶）的作用是将磨料粘合在一起，形成一定的形状并有一定的强度。常用的结合剂有树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂等。结合剂会影响砂轮的结合强度、自锐性、化学稳定性、修整方法等。2.1.2精密磨削加工的分类组织和浓度及其选择普通磨具中磨料的含量用组织表示，它反映了磨料、结合剂和气孔三者之间体积的比例关系。超硬磨具中磨料的含量用浓度表示，它是指磨料层中每1cm3体积中所含超硬磨料的重量。浓度越高，其含量越高。浓度值与磨料含量的关系如表2.1所示。•选择时应综合考虑磨料材料、粒度、结合剂、磨削方式、质量要求和生产率等因素。2.1.2精密磨削加工的分类选择的原则：a.对于人造金刚石磨料、树脂结合剂磨具的常用质量浓度为50％～75%，陶瓷结合剂磨具的质量浓度为75％～100%，青铜结合剂磨具的质量浓度为100%～150％。b.对于立方氮化硼磨料，树脂结合剂磨具的常用质量浓度为100%，陶瓷结合剂磨具的质量浓度为100％～150％，一般都比人造金刚石磨具的质量浓度高一些。总则：成形磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削选用高质量浓度；半精磨选用细粒度、中质量浓度；高精度、小表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削选用细粒度，低质量浓度。2.1.2精密磨削加工的分类硬度普通磨具的硬度是指磨粒在外力作用下，磨粒自表面脱落的难易程度。磨具硬度低表示磨粒容易脱落。超硬磨具中，由于超硬磨料耐磨性高，又比较昂贵，硬度一般较高，在其标志中无硬度项。2.1.2精密磨削加工的分类磨具的强度磨具的强度是指磨具在高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力，对各类磨具都有最高工作线速度的规定。2.1.2精密磨削加工的分类磨具的形状和尺寸及其基体材料根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。超硬磨具一般由磨料层、过渡层和基体三个部分组成。超硬磨具结构中，有些厂家把磨料层直接固定在基体上，取消了过渡层。图2.1超硬磨具结构基体的材料与结合剂有关，金属结合剂磨具大多采用铁或铜合金；树脂结合剂磨具采用铝、铝合金或电木；陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。2.1.2精密磨削加工的分类涂覆磨具涂覆磨具是将磨料用粘结剂均匀地涂覆在纸、布或其它复合材料基底上的磨具，又称涂敷磨具。常用的涂覆磨具有砂纸、砂布、砂带、砂盘和砂布套等。图2.2涂覆磨具结构示意图2.1.2精密磨削加工的分类涂覆磨具分类涂覆磨具产品有干磨砂布、干磨砂纸、耐水砂布、耐水砂纸、环状砂带(有接头、无接头)、卷状砂带等。涂覆磨具形状基底材料工作条件页状（Y）卷状（J）环状带状（D）盘状（P）纸（Z）棉布（B）化纤布塑料膜复合干磨（G）耐水（N）2.1.2精密磨削加工的分类磨料及粒度常用的涂覆磨料有棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石等。涂覆磨料的粒度与普通磨料粒度近似，但无论是磨粒还是微粉，一律用冠以P字的粒度号表示，如涂覆磨料粒度号P240与普通磨料粒度号240一样，而P320相当于W50，P1000相当于W20。2.1.2精密磨削加工的分类粘结剂粘结剂又称为胶，其作用是将砂粒牢固地粘结在基底上。粘结剂是影响涂覆磨具的性能和质量的重要因素。根据涂覆磨具基底材料、工作条件和用途等不同，粘结剂又可分为粘结膜、底胶和覆胶。当基底材料为聚酯、硫化纤维时，为了使底胶能与基底牢固粘结，要在聚酯膜、硫化纤维布上预先涂上一层粘结膜，而对于基底材料为纸、布等则不必预涂粘结膜。有些涂覆磨具采用底胶和覆胶的双层粘结剂结构，一般取粘结性能较好的底胶和耐热、耐湿、富有弹性的覆胶，使涂覆磨具性能更好。大多数涂覆磨具都是单层胶。2.1.2精密磨削加工的分类2.1.2精密磨削加工的分类粘结剂的种类如下：动物胶主要有皮胶、明胶、骨胶等。粘结性能好，价格便宜，但溶于水易受潮，稳定性受环境影响。用于轻切削的干磨和油磨。树脂主要有醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂等，树脂粘结性能好，耐热、耐水或耐湿，有弹性，有些树脂成本较高，且易溶于有机溶液。用于难磨削材料或复杂形面的磨削和抛光。高分子化合物如聚醋酸乙烯脂等，粘结性能好，耐湿有弹性，用于精密磨削，但成本较高。2.1.2精密磨削加工的分类超涂层粘结剂特殊性能的在覆胶层上再敷一层超涂层粘结剂,如:Ⅰ)抗静电超涂层粘结剂，可避免砂带背面与支承物之间产生静电而附着切屑粉尘；Ⅱ)抗堵塞超涂层粘结剂是一种以金属皂为主的树脂，可避免砂带表面堵塞；Ⅲ)抗氧化分解超涂层粘结剂，由高分子材料和抗氧化分解活性材料所组成，加工中有冷却作用，可提高砂带耐用度和工件表面质量。2.1.2精密磨削加工的分类涂覆方法不同品种的涂覆磨具可采用不同的涂覆方法，以满足使用要求。当前，涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂敷法和静电植砂法等。a．重力落砂法先将粘结剂均匀涂敷在基底上，再靠重力将砂粒均匀地喷洒在涂层上，经烘干去除浮面砂粒后即成卷状砂带，裁剪后可制成涂覆磨具产品，整个过程自动进行。一般的砂纸、砂布均用此法，制造成本较低。2.1.2精密磨削加工的分类b．涂敷法先将砂粒和粘结剂进行充分均匀的混合，然后利用胶辊将砂粒和粘结剂混合物均匀地涂敷在基底上。粘结剂和砂粒的混合多用球磨机，而涂敷多用涂敷机，一般塑料膜材料的基底砂带都用这种方法。简单的涂敷方法可用喷头将砂粒和粘结剂的混合物均匀地喷洒在基底上，多用于小量生产纸质材料基底的砂带。精密和超精密加工中所用的涂覆磨具多用涂敷法制作。2.1.2精密磨削加工的分类c、静电植砂法其原理是利用静电作用将砂粒吸附在已涂胶的基底上，这种方法由于静电作用，使砂粒尖端朝上，因此砂带切削性强，等高性好，加工质量好而受到广泛采用。在加工时，磨粒或微粉不是固结在一起，而是成游离状态，其传统加工方法是研磨和抛光。近年来，在这些传统加工工艺基础上又出现了许多新的游离加工方法。如：磁性研磨、挤压研磨、喷射加工等特种加工方法。游离磨料加工2.1.2精密磨削加工的分类利用磁场跳跃的力量传导至不锈钢针、磨针、磨材；产生夹带工件高频率旋转流动、振动、换向翻滚，划过工件表面，工件内孔，内外牙及表面、凹凸面摩擦，达到清洗、去油垢杂质，去除毛刺、研磨等精密抛光效果2.2精密磨削加工机理精密与特种加工2.2.1磨削过程及磨削力概念精密磨削是指加工精度为l～0.1um、表面粗糙度值Ra达到0.2～0.025um的磨削加工方法。