机械制造技术基础课件 第二章-12-12.pptx

2.9 磨削,宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来警世贤文,磨削是用磨具对工件进行加工的方法，常用的磨具有砂轮、砂带、油石等，其中砂轮应用最广 磨削常用于半精加工和精加工，加工精度达IT5IT6，加工表面粗糙度可小至Ra0.80.01m当采用镜面磨削时，可达Ra0.040.01m砂轮、砂带、油石,磨削适用于加工较硬的金属材料及非金属材料，如淬硬钢、硬质合金刀具、陶瓷等 磨削的加工余量可以很小，磨削速度(35m/s以上)和磨削温度很高 近年来，由于采用新型砂轮和新的磨削工艺，磨削加工的应用日益广泛，不仅用于精加工，也可直接将毛坯磨削到加工精度磨削方式主要有外圆磨削、内圆磨削和平面磨削 磨削加工中砂轮的旋转运动是主运动，砂轮与工件之间的相对直线移动为进给运动外圆磨削 内圆磨削 平面磨削,砂轮是由一定比例磨料和结合剂经压制和烧结而成其特性取决于磨料、粒度、结合剂、硬度和组织等因素2.9.1 砂轮的特性与选择,一、磨料,磨料是砂轮的主要组成部分具备锋利的尖角; 高硬度、高耐热性; 一定的韧性常用磨料的特点及应用,粒度是指磨料颗粒尺寸的大小粒度分为粗磨粒和微粉两类 国家标准GB/T2481.1-1998(替换GB 2477-1983 )。

颗粒尺寸大于63m的磨粒,称为粗磨粒，用筛分法分级粗磨粒标示为F4F220共26级 颗粒尺寸小于63m的磨料，称为微粉，用沉降法进行分级微粉标示为F230F1200共11级 标示号数字越大，颗粒尺寸越小二、粒度,砂轮磨料的粒度对磨削表面的粗糙度和磨削效率有很大影响粗粒度砂轮磨削深度大，故磨削效率高，但表面粗糙度值大 细粒度砂轮加工效率低而被加工工件表面粗糙度值较小 粗磨时，一般选粗粒度砂轮，精磨时选细粒度砂轮 磨软金属时，多选用粗的磨粒，磨脆硬的金属时，则选用较细的磨粒粒度和适用范围,砂轮的硬度是指砂轮工作时，磨粒在外力作用下自砂轮上脱落的难易程度砂轮硬表示磨粒难脱落，砂轮软表示磨粒易脱落 一般情况下，加工硬度大的金属，应选用软砂轮；加工软金属时，应选用硬砂轮粗磨时，选用软砂轮；精磨时，选用硬砂轮 国家标准规定了砂轮的硬度共为7个等级，硬度等级用英文字母标记，“A”到“Y”表示由软至硬砂轮硬度等级,三、硬度,结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料常用结合剂的性能及适用范围,四、结合剂,砂轮的组织是指组成砂轮的磨料、结合剂、空隙三部分体积的比例关系通常以磨粒所占砂轮的体积百分比来分级，国家标准规定有三种组织状态（紧密、中等、疏松），共15级（014）。

组织号越小，磨粒所占的比例越大，砂轮越致密 砂轮疏松则不易堵塞，并可把磨削液或空气带入磨削区，降低磨削温度但过分疏松则磨粒含量小，容易磨钝和失去正确的廓形故粗磨时应采用疏松砂轮，精磨时应采用组织较紧密的砂轮砂轮组织分级,五、组织,磨具通常都具有标识，以砂轮为例，标识: P 400 x100 x127 A 60 L(ZR2) 5 B 35 P表示平形砂轮(中空圆柱形)，外径400，厚度100，内径127，棕刚玉磨料，60号粒度，中软硬度，5号组织(中等)，树脂结合剂，允许的最高磨削线速度为35m/s等 砂轮的标识可查阅相关的国家标准六、砂轮标识,2.9 磨削概述 2.9.1 砂轮的特性与选择,磨料 粒度 硬度 结合剂 组织 标识,磨削时，加工对象不同，其所需运动也不同以外圆磨削为例，包括四个运动2.9.2 磨削运动及磨削过程,1）磨削运动,（1）主运动,砂轮的旋转运动磨削速度v是指砂轮外圆的线速度普通磨削速度为3035m/s，当v45m/s时，称为高速磨削2）径向进给运动,（3）轴向进给运动,（4）工件运动,工件的旋转或移动，以工件转（移）动线速度vw表示工件相对于砂轮的轴向运动 以轴向进给量fa表示。

砂轮径向切入工件的运动在工件每转或工作台每行程内工件相对砂轮径向位移的距离称为径向进给量fr磨削是用分布在砂轮表面上的磨粒通过砂轮和被磨工件的相对运动进行切削 每个磨粒可以当作一把微小的刀具，因此可以把砂轮看作是一个刀齿数极多的圆盘铣刀 由于磨粒在砂轮表面上所分布的高度是极不规则的，并且每个磨粒的几何形状又有很大差异，所以每个磨粒的切削层形状又各不相同，磨粒的切削过程与铣刀的切削过程不同2）磨削过程, 滑擦阶段,（1）磨屑的形成过程,砂轮表面的磨粒在切入工件时，其作用大致可分为三个阶段：滑擦、刻划、切削磨粒开始与工件接触，切削厚度由零逐渐增大由于切削厚度较小，而磨粒切削刃的钝圆半径及负前角又很大，磨粒沿工件表面滑行并发生强烈的挤压摩擦，使工件表面材料产生弹性变形，工件表层产生热应力 刻划阶段（耕犁阶段）,随着切削厚度的增大，磨粒与工件表面的摩擦和挤压作用加剧，磨粒开始切入工件，使工件材料因受挤压而向两侧隆起，在工件表面形成沟纹或划痕此时除磨粒与工件间相互摩擦外，还有材料内部的摩擦，工件表层不仅有热应力，而且有由于弹塑性变形所产生的变形应力此阶段将影响工件表面粗糙度及表面烧伤、裂纹等缺陷。

当切削厚度继续增大到一定值时，磨削温度不断升高，挤压力大于工件材料的强度，使被切材料明显地沿剪切面滑移而形成切屑，并沿磨粒前刀面流出工件表面也产生热应力和变形应力 切削阶段,由于砂轮表面磨粒高低分布不均，每个磨粒的切削厚度也不相同，故有些磨粒切削工件形成切屑，有些磨粒仅在工件表面上划刻、滑擦，从而产生很高温度 在强烈的挤压和高温作用下，磨屑的形状极为复杂，常见的磨屑形态有带状屑、节状屑和灰烬 磨粒的前角为负前角磨粒的大小、形状和方位是随机的，形成的工作角度也是随机的磨粒的基面是通过磨粒上的选定点包含砂轮轴线的平面，故其前角为一个绝对值很大的负前角，且每一点都不相同 磨粒切削刃相对于很小的切削厚度(0.110m)，切削刃钝圆半径(一般为1035m)很大，因此磨削时会产生强烈的摩擦和挤压作用2）磨削特点, 磨削过程的金属去除是多个磨粒与工件作用的综合结果磨粒在砂轮表面分布参差不齐，大小不一，形状各异，高低不同，有些仅起滑擦(抛光)作用，另一些起滑擦和刻划作用，还有一些完成从滑擦、刻划到切除切屑的全部功能此外，在磨削过程中砂轮与工件之间还会掺入碎裂和脱落的磨粒细末，产生一定的抛光和研磨作用所以，磨削过程是一种复杂的切削、刻划、抛光和研磨的综合加工过程。

每个磨粒的切削厚度都非常小，综合作用可以得到高的加工精度和小的表面粗糙度 砂轮具有自锐性在切削加工中，如果刀具磨钝或损坏，则切削不能再继续进行而必须重磨刀具然而磨削时磨粒的破裂可形成新的锐利的刀刃，磨钝的磨粒在磨削力的作用下可自行脱落而露出锋利的新磨粒，使磨削过程继续进行砂轮的这种性质称为自锐性(自砺性)磨削之所以能加工高硬度的工件，在工件和磨粒硬度十分相近的情况下也能进行磨削，就是因为砂轮具有自锐作用它使磨粒总能以锐利的刀刃对工件连续地进行切削非洲食人蚁,a）磨耗磨损指由于磨粒与工件之间的摩擦、粘结和扩散而在磨粒与工件的接触处发生的磨粒磨损，通常在磨粒上形成一个包含磨削速度的小平面(A)平面在磨损过程中，磨粒逐渐变钝，小平面不断扩大当小平面过大且变钝的磨粒过多时，应通过砂轮修整去除变钝的颗粒3）砂轮的磨损与修整, 砂轮的磨损,与刀具相同，砂轮在磨削一段时间后也会发生磨损，其磨损形态有以下三种：磨耗磨损、磨粒破碎、磨粒脱落b）磨粒破碎磨削过程中，若作用在磨粒上的应力超过磨粒本身的强度时，磨粒上的一部分就会以微小碎片的形式从砂轮上脱落沿B面破碎磨粒破碎能局部地恢复己磨钝磨粒的磨削性能c）磨粒脱落。

也叫结合桥断裂，磨削过程中，如果磨粒受到的磨削力大于结合剂所能提供的结合力，磨粒就会从砂轮上整体脱落（C面）磨粒脱落能去除已磨钝的磨粒，保持砂轮的磨削能力 砂轮的修整,砂轮磨钝后需要进行修整当砂轮的形状精度被破坏、砂轮表面磨钝的磨粒太多、磨钝磨粒的小平面过大砂轮表面已经被堵塞，就应修整砂轮修整的目的有三个：,一、去除已经磨损或被磨屑堵塞的砂轮表层，使里层锐利的磨粒显露出来参与切削； 二、使砂轮表面形成更多的切削刃，在一个磨粒上切出很多个高低相近的微刃，从而减小工件表面的粗糙度值； 三、把砂轮已经损坏的形状进行修复为了达到上述修整砂轮的目的，尤其是目的之二，除了要根据具体情况选择合适的修整工具外，还要确定适当的修整用量 修整砂轮常用的工具有单粒金刚石笔、多粒细碎金刚石笔、金刚石滚轮等应用最广的是用单粒金刚石笔以车削法修整砂轮，其运动情况类似于在车床上切削螺纹砂轮上单个磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同时对被磨金属层进行挤压、刻划和滑擦，加之磨粒的工作角度又很不合理，因此总的磨削力很大2.9.3 磨削力,为了便于测量和计算，将总磨削力分解为三个相互垂直的分力,轴向磨削力Fx 径向磨削力Fy 切向磨削力Fz,与切削力相比，磨削力有以下特征： 径向磨削力Fy最大。

这是因为磨粒大都以负前角工作，当磨粒磨钝后，形成包含切削速度的小平面，增大了与工件的实际接触面积，从而使Fy增大通常Fy =(1.63.2)Fz 轴向磨削力Fx很小，一般可以忽略在初磨阶段，磨削力由小至大变化较大； 进入稳定磨削阶段，工艺系统的弹性变形达到一定程度，此时磨削力较为稳定； 光磨阶段实际磨削深度趋近于零，此时磨削力渐小磨削力随不同的磨削阶段而变化,磨削过程中磨粒的切削厚度很小，摩擦力很大，磨削速度很高，故切除单位体积的材料所消耗的功率为车、铣等其他切削方法的10倍以上磨削消耗的能量基本都转变为热能2.9.4 磨削温度,由于产生的热量很多，而磨粒经过磨削区的时间极短，传给工件的热量不多，砂轮的导热性又不好，所切下的切屑数量很少，在这期间内产生的热量很难传出，磨削区的瞬时点温度高达1000C以上磨削中看到的火花，就是高温下切屑在空气中燃烧的现象砂轮与工件接触区的平均温度它与磨削烧伤、磨削裂纹密切相关由于磨削热很多而且很难传出，在工件和砂轮接触区的工件表面一层极薄的金属内形成非常高的温度(磨削区温度)和极大的温度梯度，可能改变工件表层的金相组织，产生磨削残余应力，甚至出现磨削烧伤和微裂纹，影响磨削表面质量。

因此，磨削时需要使用大量的磨削液，以降低磨削区的温度磨削温度可以分为如下几种:,1）磨削点温度,2）磨削区温度,磨粒与磨屑和工件接触点的温度它是磨削区中温度最高的部位，直接影响磨粒的耗损和磨屑形态是指磨削热传入工件后引起工件的平均温升由于磨削热很多，可引起工件温度的明显升高，影响工件的形状精度和尺寸精度由于干磨(不使用磨削液)时磨削热大都传给了工件，因此要充分考虑工件温升问题3）工件平均温升,磨削温度通常是指磨削区温度2.9.2 磨削运动及磨削过程 2.9.3 磨削力 2.9.4 磨削温度（3种温度）,磨削运动（4个运动） 磨削过程,（1）磨屑的形成过程（3个阶段） （2）磨削特点（5个特点） （3）砂轮的磨损与修整 砂轮的磨损（3种形态） 砂轮的修整（3个目的）,。