第6章_磨削加工.

第6章磨削加工磨削：用磨具（砂轮、砂带、油石等）对表面加工的方法。磨削是常用的半精加工和精加工方法，加工精度IT5～IT6，粗糙度Ra1.25～0.01μm适用难切削的高硬度材料的半、精加工。例如：内外圆柱面、平面、螺旋面、花键、齿轮等6.1砂轮砂轮:是用结合剂把磨料粘结起来，经压坯、干燥和焙烧的方法制成的。砂轮特性主要有磨料、粒度、结合剂、硬度和组织决定。常用磨料有刚玉类、碳化硅类、高硬磨料类。6.1.1磨料表6-1常用磨料性能及应用范围6.1.2粒度粒度分磨粒及微粉二类。磨粒用筛选法分级，如粒度60＃的磨粒，表示其大小正好能通过1英寸长度上孔眼数为60的筛网。直径小于40μm的磨粒叫微粉，微粉按实际尺寸大小表示，如尺寸为28μm的微粉，其粒度号标为W28。表6-2常用磨料粒度尺寸及应用范围应用磨粒的粒度直接影响磨削的表面质量和生产率。粗磨磨削量较大、效率高，宜用粒度粗的砂轮；精磨为获得高的加工精度，宜用粒度细的砂轮。材料软、塑性大时，为避免砂轮堵塞应选用粒度粗┉。大面积磨削，为避免过度发热而引起工件表面烧伤，应选粒度粗┉。6.1.3结合剂—将磨粒粘结在一起，具有必要的形状、强度表6-3常用结合剂的性能及适用范围磨粒在外力作用下从其表面脱落的难易程度。磨粒容易脱落，砂轮硬度软，反之则硬。6.1.4硬度表6-4砂轮的硬度等级名称及代号砂轮硬度的选用原则:①工件材料越硬，应选用越软的砂轮。②磨削面积较大时，磨粒易磨损，应选较软的砂轮。③半精磨与粗磨相比，需用较软的砂轮。④精磨和成形磨削时，需用较硬的砂轮。GB2484-84规定个15组织号：0、1┉14，0号最致密，14号最疏松。6.1.5组织—磨粒、结合剂和气孔之间体积的比例关系磨粒占百分比越大，组织越致密，反之疏松。选取：磨削钢、铸铁，中等组织砂轮；成型磨削、精密磨削，组织紧密砂轮图6-1砂轮的组织磨料结合剂气孔组织—磨粒、结合剂、气孔之间体积的比例关系表6-5砂轮组织的分级6.1.5砂轮的形状表6-6常用砂轮形状、代号及用途砂轮的特性参数，一般都标在砂轮的端面上。A60SV6P300×30×75|||||||||磨料粒度硬度结合剂组织形状外径厚度内径砂轮的标记示例如下：超硬磨具：用金刚石、立方碳化硼等高硬度磨料制成的磨具。金刚石砂轮6.2磨削原理6.2.1磨料的形状特征形状很不规则，但大多呈菱形八面体。顶锥角在80°～145°范围内，但大多数顶锥角为90°～120°。6.2.2磨屑形成过程磨削过程——磨具上的无数个磨粒的微切削刃对工件表面的微切削过程。图6-2磨粒的切削过程单个磨粒的磨削过程分三个阶段1、滑擦阶段：磨粒切削刃刚开始与工件接触，切削厚度由零开始逐渐增大，实际磨粒并未切削工件，而只是在其表面滑擦而过，工件仅产生弹性变形。特征：磨粒与工件之间的相互作用主要是摩擦作用，其结果是磨削区产生大量的热，使工件温度升高。2、耕梨阶段（也称刻划阶段）：当磨粒继续切入工件，工件表面产生塑性变形，使磨粒前方受挤压的金属向两边塑性流动，在工件表面上耕梨出沟槽，而沟槽的两侧微微隆起。特征：工件表层材料在磨粒的作用下，产生塑性变形，表层组织内产生变形强化。3、切削阶段磨粒继续向工件切入，切削厚度不断增大，达到临界值时，被磨粒挤压的金属材料产生剪切滑移而行成切屑。砂轮上磨粒随机分布，形状高低各不相同，实际上：⑴凸起、锋利的磨粒：起切削作用⑵凸起较小、较钝的磨粒：起刻滑、挤压作用。⑶凹下、更钝的磨粒：起滑擦作用。磨削过程是切削、刻滑、滑擦三个作用的综合。径向分力Fx与砂轮轴、工件的变形及振动有关，影响加工精度、质量6.2.3磨削力的主要特征磨削力可分解为互相垂直的三个分力:切向力Fy径向力Fx轴向力Fz且，径向力Fx最大，是Fy的2-4倍图6-3磨削力6.2.4磨削温度基本概念磨削时，切除单位体积切削层所削耗的功率为车、铣等的10～20倍，且大部分转变为热能，使磨削区形成高温。⑴磨粒磨削点温度指磨粒切削刃与切屑点的温度，是磨削中温度最高的部位，达1000～1400℃，它影响加工质量，砂轮磨损。⑵磨削区温度是砂轮与工件接触区的平均温度，约有500～800℃，它与磨削烧伤和磨削裂纹的产生有密切关系⑶工件平均温度指磨削热传入工件而引起的工件温升，它影响工件的形状、尺寸精度。⑴合理选用砂轮例如：大气孔砂轮散热好，不易堵塞，能有效地避免烧伤。⑵合理选用磨削用量⑶采取良好的冷却措施。例如：用大流量、性能好的冷却液。表面烧伤损坏零件表层组织，使用寿命，预防措施：6.2.5砂轮的磨损及耐用度砂轮磨损有三种形态：磨耗磨损、破碎磨损及脱落磨损。(1)磨耗磨损——砂轮磨粒上形成磨损小棱面，在磨削过程中，由于工件硬质点的机械摩擦，高温氧化及扩散等作用均会使磨粒切刃产生耗损钝化。教材：P144，自学！(2)破碎磨损——磨粒在磨削过程中，经受反复多次急热急冷，在磨粒表面形成极大的热应力最后磨粒沿某面出现局部破碎。(3)脱落磨损——磨削过程中，随磨削温度的上升，结合剂强度相应下降。当磨削力增大超过结合剂强度时，整个磨粒从砂轮上脱落，即成脱落磨损。砂轮磨损的结果，导致磨削性能的恶化，主要形式有钝化型、脱落型及堵塞型①当砂轮硬度较高，修整较细，磨削载荷较轻时，易出现钝化型。这时，加工表而质量虽较好，但金属切除率显著下降。②当砂轮硬度较低，修整较粗，磨削载荷较重时，易出现脱落型。这时，砂轮廓形失真，严重影响磨削表面质量及加工精度。磨削碳钢时切屑在磨削高温下发生软化，嵌塞在砂轮空隙处，形成嵌入式堵塞；磨削钛合金时，由于切屑与磨粒的亲合力强，使切屑熔结粘附于磨粒上，形成粘附式堵塞。砂轮堵塞后磨削力及温度剧增，表面质量明显下降。6.3常用磨床的类型及功用磨床——用磨具（砂轮、砂带、等）作工具对工件表面进行磨削加工的机床。常见磨床：外圆磨床、万能磨床、内圆磨床、平面磨床、工刃具磨床，6.3.1M1432A型万能外圆磨床M1432A是万能外圆磨床。磨削精度IT6～IT7外圆或内孔，粗糙度在Ra1.25～0.08μm。特点：通用性较好，但生产率较低，适用于单件小批生产。M1432A主要参数磨削外圆直径8—320mm磨削内圆直径30—100mm最大磨削长度外圆1000/1500/2000内圆125mm砂轮尺寸400×50×203图6—4M1432A万能外圆磨床头架图6-5M1432A型万能外圆磨床典型加工示意图外圆磨削（按进给方向）纵磨法横磨法磨削效率低，磨削力小,散热条件好,磨削精度和表面质量好广泛采用。磨削效率高，磨削力大,散热条件不好,影响磨削精度和表面质量。纵磨削——（图6-5a、b、d）工件旋转并与工作台一起作纵向往复运动f纵。横磨法——（图6-5c），工件只作旋转运动，无纵向往复运动；砂轮作连续的横向进给运动。图6-6M1432A型万能外圆磨床机械传动系统图6.3.2平面磨床平面磨床主要用于磨削各种平面平面磨削周边磨削端面磨削优点：砂轮的周边磨削工件，接触面积小，磨擦发热少，排屑及冷却条件好、工件变形小，磨损均匀，精度高。缺点：砂轮轴水平，呈悬臂状态，刚性差，磨削用量小，生产效率低。⑴周边磨削⑵端面磨削优点：砂轮的端面磨削工件，砂轮轴伸出较短刚性好，磨削用量大，生产效率高。缺点：发热量大，冷却条件差，排屑困难，工件热变形大，表面易烧伤。磨削质量差。卧轴矩台式立轴矩台式立轴圆台式卧轴圆台式图6-7平面磨床加工示意图平面磨床的工作台有矩形和圆形两种。矩形：加工长工件；圆形：加工短工件或圆工件的端面。常见的平面磨削方式有四种，如图2-10所示。上图补充：(a)周边磨削(b)端面磨削卧轴矩台平面磨床立柱床身工作台砂轮架滑座立轴圆台平面磨床立柱床身工作台砂轮架6.3.3内圆磨床类型：普通内圆磨床、无心内圆磨床和行星运动内圆磨床。普通内圆磨床应用最广。应用：磨削圆柱形或圆锥形的通孔、盲孔、阶梯孔等。图6-8普通内圆磨床的磨削方法纵磨法磨孔切入法磨孔端面磨削法磨削端面周面磨削法磨削端面砂轮高速旋转作主运动nc，工件旋转作圆周运动nw，同时砂轮或工件沿其轴线往复运动作纵向进给运动fa，工件沿其径向作横向进给fr内圆磨削运动与外圆磨相比较，内圆磨特点：三爪卡盘砂轮工件⑵砂轮的的许用转速转速要求高。⑴砂轮受到孔径尺寸限制，砂轮轴径一般为孔径的0.5～0.9倍，刚性较差，影响磨孔质量和效率。内圆磨床外形6.3.4无心（外圆）磨床无心外圆磨削是外圆磨削的一种特殊形式。图6-9无心磨床磨削示意图贯穿磨削法切入磨削法砂轮导轮托板挡销工件砂轮导轮无心外圆磨削贯穿磨削（纵磨）切入磨削（横磨）工作原理：磨削时，工件5放在砂轮1和导轮2之间，用托板3支承。工件5由导轮2的摩擦力带动旋转。工件5的线速度等于导轮2的线速度：10～50m/min而砂轮1的线速度很高，所以砂轮1与工件2之间有很大的切削速度。无心磨示意图无心外圆磨床6.4表面光整加工方法光整加工是指超精研、研磨、珩磨和抛光加工。作用：降低粗糙度，而形状精度和位置精度则主要由前面工序保证。6.4.1超精研：超精研是降低零件表面粗糙度的一种有效方法。1.超精研的工作原理磨条在一定压力和速度下作往复运动，对工件进行光整加工：图6-10超精研加工原理1—工件低速回转运动2—磨条轴向进给运动3—磨条高速往复振摆运动2.超精研的切削过程超精研与磨削不同，一般分为四个阶段：（1）强烈切削阶段：开始研磨时，工件表面粗糙，故切削作用强烈。（2）正常切削阶段：少数凸峰被磨平之后，接触面积增加，切削作用减弱。（3）微弱切削阶段：接触面积更大，压力更低，细小的切屑嵌入磨条的空隙中，使磨条产生光滑表面，对工件表面进行抛光。（4）自动停止阶段：表面被研平，接触处压力极低；磨条与工件之间有油膜，不再接触，故切削自动停止。上述整个加工过程时间约30s左右，生产率较高。6.4.2研磨研磨是一种最常用的光整加工和精密加工方法。应用：多用于精密偶件、精密量规和精密量块等的最终加工。粗糙度Rz0.04～0.4如：柱塞和柱套原理：通过工件与研具间研磨液的流动，在工件和研磨剂间产生摩擦或化学作用来去除微小加工余量。图6-11研磨加工原理示意图1.研磨加工的特点（1）研具比工件软：如铸铁、铜、青铜、塑料及硬木等，有时也用钢做研具。（2）研磨加工包含：磨粒切削机械作用、化学作用。（3）研具和工件的相对运动轨迹复杂。（4）研磨的尺寸精度和粗糙度好，但不能提高工件表面间的位置精度。2.研具研具的材料应软硬适当，一般选用：比工件材料软且组织均匀的材料。铸铁是制造研具的常用材料。铸铁研具适用于加工各种材料的工件，能保证较好的研磨质量和较高的生产率，且研具制造容易，成本也较低。3.研磨剂研磨剂是磨料、油脂混合起来的一种混合剂。4.研磨参数（1）磨料粒度磨料的粒度要根据加工表面的粗糙度来选择：粒度细粗糙度值小。粗研时为了提高生产率，用较粗的粒度，如W28～W40；精研时则用较细的粒度，如W5～W28；镜面研磨时则用更细的粒度W1～W3.5，甚至用W0.5的。（2）研磨速度（2）研磨速度研磨速度低，一般0.5m／s，精密研磨0.16m／s（3）研磨余量为了提高生产效率，研磨余量应尽量小：手工研磨不大于10μm机械研磨15μm（4）研磨压强手工研磨时主要靠操作者的感觉来确定；机械研磨时，可用0.01～0.03MPa。粗研时用0.1～0.3MPa，精研时用0.01～0.1MPa。6.4.3珩磨珩磨是常用的一种光整加工方法，可降低加工表面的粗糙度值。原理：珩磨与超精研相同，开始珩磨轮与工件接触面积小，单位面积压力大，切削作用强烈。随着工件加工表面的凸峰被逐渐磨平，压强下降，磨粒的切削作用也就逐渐趋于停止。珩磨加工后的表面粗糙度一般为Rz0.4～Rz3.2成形运动一根油石在双行程中的切削轨迹1、2、3、4—形成纹痕的顺序θ—网纹交叉角图6-12珩磨运动及其切削轨迹珩磨轮珩磨轮应用：珩磨加工主要用于内孔表面，但也可以对外圆或齿形表面进行加工。珩磨油石有三种运动：旋转、往复和施加压力的径向运动。旋转和往复是珩磨的主要运动，径向加压是油石的进给运动。6.