精密特种加工第3讲超精密磨削加工.

精密加工与特种加工Precisionandultraprecisionmachining第三讲（超）精密磨料加工=videoMultiNeed://baidu.ku6.com/watch/2198302659794861431.html?fr=&page=videoMultiNeed&list=1无心镜面磨3-1何谓固结磨料加工?何谓游离磨料加工?它们各有何特点?适用于什么场合?3-2试述超硬磨料磨具(金刚石砂轮、立方氮化硼砂轮)的特点。超硬磨料磨具为什么会成为精密加工和超精密加工的主要工具之一?3-3在表示普通磨料磨具和超硬磨料磨具的技术性能时，有哪些技术性能的表示方法相同?有哪些技术性能的表示方法不同?3-4为什么在超硬磨料磨具的结构中一般由磨料层、过渡层和基体三个部分组成?过渡层起什么作用?普通磨料磨具的结构为什么与超硬磨料磨具的结构不同?3-5涂覆磨具在制造技术上的质量关键是哪些?（超）精密磨料磨削2019/12/183-6试述近年来涂覆磨具在精密和超精密加工中所占的地位。3-7试述涂覆磨具制造中三种涂覆方法的特点和应用场合。3-8试从系统工程的角度分析精密磨削的技术关键。3-9试分析砂轮修整对精密磨削质量的影响。3-10精密磨削能获得高精度和小表面粗糙度表面的主要原因何在?3-11试分析超硬磨料砂轮的各种修整方法的机理．特点和应用范围。3-12试分析普通磨料砂轮和超硬磨料砂轮在修整机理上的不同。3-13在超硬磨料砂轮磨削时如何选用磨削液?3-14超精密磨削的含义是什么?镜面磨削的含义是什么?2019/12/183-15试从系统工程的角度来分析超精密磨削能达到高质量的原因。3-16试分析超硬微粉砂轮超精密磨削的特点。3-17试比较精密砂轮磨削和精密砂带磨削的机理．特点和应用范围。3-18比较闭式砂带磨削和开式砂带磨削的特点和应用场合。3-19论述接触轮外缘截面形状及其结构对砂带磨削的影响。3-20分析接触轮外缘材料的种类及其硬度对砂带磨削的影响。3-2l如何处理砂带磨削时的冷润与除尘问题?2019/12/18精密和超精密磨削概述精密磨削超硬磨料砂轮磨削超精密磨削精密和超精密砂带磨削精密磨削和超精密磨削2019/12/18精密和超精密磨削概述金刚石刀具主要是对铝、铜及其合金等材料进行超精密切削，而对于黑色金属、硬脆材料的精密与超精密加工，则主要是应用精密和超精密磨料加工。所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。2019/12/18精密和超精密磨削概述一、精密和超精密磨料加工分类固结磨料加工将磨料或微粉与结合剂粘合在一起，形成一定的形状并具有一定强度，再采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。精密和超精密砂轮磨削精密砂轮磨削：砂轮的粒度60＃～80＃，加工精度1μm，Ra0.025μm；超精密砂轮磨削：砂轮的粒度W40～W50，加工精度0.1μm，Ra0.025～0.008μm。精密和超精密砂带磨削精密砂带磨削：砂带粒度W63～W28，加工精度1μm，Ra0.025;超精密砂带磨削：砂带粒度W28～W3，加工精度0.1μm，Ra0.025～0.008μm。一、精密和超精密磨料加工分类2019/12/18精密和超精密磨削概述游离磨料加工磨料或微粉不是固结在一起，而是成游离状态。传统方法：研磨和抛光新方法：磁性研磨、弹性发射加工、液体动力抛光、液中研抛、磁流体抛光、挤压研抛、喷射加工等。一、精密和超精密磨料加工分类2019/12/18精密和超精密磨削概述2、精密和超精密砂轮磨料磨具磨料及其选择普通磨料碳化物系碳化硼碳化硅刚玉系超硬磨料金刚石天然人造立方氮化硼2、精密和超精密砂轮磨料磨具磨料粒度及其选择多选用180＃～240＃普通磨料、170/200～325/400超硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。结合剂及其选择将磨料粘合在一起，形成一定的形状，并有一定的强度。树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂组织和浓度及其选择普通磨具中磨料的含量用组织表示，超硬磨具中磨料的含量用浓度表示。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、精磨选用细粒度、中质量浓度；高精度、低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、精密和超精密砂轮磨料磨具硬度及其选择普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。超硬磨具无硬度项指标。磨具的强度高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。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。基体材料与结合剂有关，金属结合剂磨具多采用铁或铜合金；树脂结合剂磨具采用铝及合金或电木；陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。2019/12/183、精密和超精密涂覆磨具涂覆磨具分类涂覆磨具工作条件基底材料形状耐水干磨复合纸棉布化纤布塑料膜盘状页状卷状环状带状2019/12/18涂覆磨料及粒度棕刚玉、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。涂覆磨料的粒度无论磨粒还是微粉，都用P字粒度号表示。粘接剂又称为胶，作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。动物胶：皮胶、明胶、骨胶等。用于轻切削的干磨和油磨。树脂：醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂等。用于难磨材料或复杂形面的磨削或抛光。高分子化合物：聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。精密和超精密磨削概述三、精密和超精密涂覆磨具2019/12/18涂覆方法重力落砂法涂覆法静电植砂法三、精密和超精密涂覆磨具2019/12/18精密磨削一、精密磨削机理(1)微刃的微切削作用(2)微刃的等高切削作用(3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用2019/12/18精密磨削二、精密磨削砂轮选择精密磨削使所用砂轮的选择以易产生和保持微刃及其等高性为原则。磨削钢件及铸铁件时，采用刚玉磨料较好，单晶刚玉最好，白刚玉、铬刚玉应用最普遍。砂轮的粒度可选择粗粒度和细粒度两类。结合剂选择树脂较好，加入石墨填料加强摩擦抛光作用。2019/12/18精密磨削三、精密磨削时砂轮的修整砂轮修整是精密磨削的关键，有单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结型修整器修整和金刚石超声波修整等。砂轮的修整用量有修整导程、修整深度、修整次数和光修次数。修整导程（纵向进给量）为10～15mm/min，修整深度为2.5μm/单行程，精修次数2～3次，光修次数1次单行程。2019/12/18精密磨削四、精密磨床精密磨削要在精密磨床上进行。精密磨床应满足的要求：1、高几何精度：主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度，以保证工件的几何形状精度要求，主轴轴承一般采用动压和动静压组合轴承。2、低速进给运动的稳定性：要求无爬行和冲击现象，能平稳工作。特殊设计液压系统，采取排除空气、低流量节流阀、工作台导轨压力润滑。3、减少振动1）电动机的转子应进行动平衡，电动机与砂轮架之间进行隔振；2）砂轮要进行动平衡；3）精密磨床最好安装在防振地基上。精密磨削五、磨削用量砂轮速度一般在15～30m/s一般在6～12m/min工作速度工件纵向进给量一般为50～100mm/min或0.06～0.5mm/r横向进给量（吃刀量）一般取0.6～2.5μm/单行程横向进给次数一般约2～3次（单行程）光磨（无火花磨削）粗粒度砂轮精细修整后，光磨次数采用5～8次细粒度砂轮精细修整后，光磨次数采用10～25次。2019/12/18超硬磨料砂轮磨削一、超硬磨料砂轮磨削特点1）可加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体、石材等。立方氮化硼砂轮磨削时，热稳定性好，化学惰性强，不易与铁素元素产生亲和作用和化学反应，加工黑色金属时，有较高的耐磨性。2）磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。3）磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。4）磨削效率高。5）综合成本低。2019/12/18整形对砂轮进行微量切削，使砂轮达到所要求的几何形状精度，并使磨料尖端细微破碎，形成锋利的磨削刃。修锐去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有一定的容屑空间，并使磨刃突出于结合剂之外，形成切削刃。超硬磨料砂轮磨削二、超硬磨料砂轮修整2019/12/18二、超硬磨料砂轮修整车削法用单点、聚晶金刚石笔，修整片等车削金刚石砂轮达到修整目的。磨削法用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂轮上的树脂、陶瓷、金属结合剂，致使超硬磨粒就会脱落。目前最为广泛采用的修整法。二、超硬磨料砂轮修整滚压挤轧法用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮，与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚，使结合剂破裂形成容屑空间，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、刚玉等游离磨料，依靠游离磨料挤轧作用进行修锐。2019/12/18二、超硬磨料砂轮修整喷射法碳化硅和刚玉2019/12/18二、超硬磨料砂轮修整电加工法电解修整法利用电化学腐蚀作用蚀除金属结合剂，多用于金属结合剂砂轮的修锐，非金属结合剂砂轮无效。2019/12/18二、超硬磨料砂轮修整电火花修整法电火花放电加工，适用于各种金属结合剂砂轮。若在结合剂中加入石墨粉，可用于树脂、陶瓷结合剂砂轮。既可整形，又可修锐。2019/12/18二、超硬磨料砂轮修整超声波振动修整法用受激振动的簧片或超声波振动头驱动的幅板作为修整器，并在砂轮和修整器间放入游离磨料撞击砂轮的结合剂，使超硬磨粒突出结合剂。2019/12/18三、超硬磨料砂轮磨床超精密磨削对磨床的要求：1）要求磨床的精度较高，砂轮主轴回转精度其径向跳动应0.01mm，端面圆跳动0.005mm。2）比普通磨床刚度提高50％左右。3）进给系统精度高、进给速度均匀准确，纵向进给速度最小可达0.3m/min，横向进给最小可达0.001～0.002mm/单行程。4）各运动件和主轴回转部分、进给运动导轨部分有可靠的密封。5）有比较完善的磨削液处理系统。6）采取相应的防振、隔振措施。2019/12/18超硬磨料砂轮磨削四、超硬磨料砂轮磨削工艺磨削用量磨削速度人造金刚石砂轮的磨削速度为12～30m/s，立方氮化硼砂轮的磨削速度为45～60m/s.磨削深度工件速度一般为10～20m/min纵向进给速度一般在0.45～1.5m/min磨削深度为0.002～0.01mm2019/12/18超硬磨料砂轮磨削四、超硬磨料砂轮磨削工艺磨削液磨削液的作用磨削液的种类和组成降低磨削温度，减少磨削力，改善磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。润滑、冷却、清洗性能，尚有渗透性、防锈性、防腐性、防火性、切削性和极压性等油性液：成分是矿物油，如机油、轻质柴油、煤油，加入脂肪油和添加剂。水溶性液：成分是水，如乳化液、无机盐水溶液和化学合成液等。金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性液，立方氮化硼砂轮磨削时用油性液。2019/12/18超硬磨料砂轮磨削五、超硬磨料砂轮的平衡静平衡动平衡力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。（1）机外静平衡架上平衡（2）机上动态平衡（3）机外动态平衡力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡。一般在动平衡机上进行。2019/12/18超精密磨削一、超精密磨削和镜面磨削超精密磨削的加工精度达到或高于0.1μm，表面粗糙度低于0.025μm，是一种亚微米级的加工方法；对于钢、铁材料和陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种重要的加工方法。镜面磨削加工表面粗糙度达到0.02～0.01μm。超精密磨削的特点：1）超精密磨削是一种超微量去除加工2）超精密磨削是一个高精度、高稳定性的系统工程3）超精密磨床是超精密磨削的关键2019/12/18超精密磨削二、超精密磨削机理磨削加工过程单颗粒磨削1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合剂）的和大负前角切削刃的弹性体。2）磨粒切削刃的切入深度是从零开始逐渐增加，到达最大值