模具加工之砂轮与单颗磨粒加工.ppt

1.1 磨削分类,1.按磨削精度分：粗磨,半精磨,精磨,镜面磨削,超精加工 2.按进给形式分：切入磨削,纵向磨削,缓进给磨削,无进给磨削,定压研磨,定量研磨 3.按磨削形式分：砂带磨削,无心磨削,端面磨削,周边磨削,宽砂轮磨削,成型磨削,仿形磨削,振荡磨削,高速磨削,强力磨削,恒压力磨削,手动磨削,干磨削,湿磨削,研磨,珩磨等 4.按加工表面分：外圆磨削,内圆磨削,平面磨削和刃磨(齿轮磨削和螺纹磨削) 5.按磨削中使用的磨削工具的类型分为：固结磨粒磨具的磨削加工方法和游离磨粒的磨削加工方法.固结磨粒磨具的磨削加工方法主要包括砂轮磨削,珩磨,砂带磨削,电解磨削等;游离磨粒磨削的加工方法主要包括研磨,抛光,喷射加工,磨料流动加工,振动加工等 6.按砂轮线速度Vs的高低分为：普通磨削Vs=150m/s 7.按采用的新技术情况分为：磁性研磨,电化学抛光等1.1 磨削分类,1.2 磨削运动,磨削加工类型不同，运动形式和运动数目也就不同外圆与平面磨削时，磨削运动包括主运动、径向进给运动、轴向进给运动和工件旋转或直线运动四种形式外圆磨削,平面磨削,1.2 磨削运动,1、主运动 砂轮回转运动称为主运动。

主运动速度（即砂轮外圆的线速度），称磨削速度，用vs表示： 式中，ds为砂轮直径mm；ns为砂轮转速r/min 2、径向进给运动 砂轮切入工件的运动称为径向进给运动1.2 磨削运动,3、轴向进给运动 工件相对于砂轮沿轴向的运动称轴向进给运动 4、工件圆周（或直线）进给运动 外圆磨削时： 平面磨削时： 式中，nw为工件转速r/min；nt为工作台往复运动频率s-1；L为工作台行程mm2、砂轮的组成及特性,2、砂轮的组成及特性,2.1 固结磨具 2.2 砂轮概述 2.3 磨粒种类 2.4 磨粒尺寸 2.5 砂轮硬度 2.6 砂轮组织 2.7 砂轮形状 2.8 结合剂种类 2.9 砂轮标记 2.10 超硬磨料砂轮,2.1、固结磨具,这类磨具由起磨削作用的硬质磨粒和较软的结合剂组成（砂轮属于固结磨具） 根据结合剂的不同，磨粒之间的间隙可能只是被部分地充满（留有间隙或气孔），或是被全部充满 除了磨粒和结合剂之外，有时还要填加填料和助磨材料 它的性质和性能取决于磨粒材料的性质、磨粒大小、结合剂材料、磨料和结合剂的比例，以及气孔率2.2、砂轮概述,砂轮,2.2 砂轮概述,1、砂轮是一种用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整，具有一定形状的多孔体。

2、砂轮是磨具中用量最大、使用面最广的一种，使用时高速旋转，可对金属或非金属工件的外圆、内圆、平面和各种型面等进行粗磨、半精磨和精磨以及开槽和切断等 3、砂轮种类繁多按所用磨料可分为普通磨料（刚玉和碳化硅等）砂轮和超硬磨料（金刚石和立方氮化硼等）砂轮；按形状可分为平形砂轮、斜边砂轮、筒形砂轮、杯形砂轮、碟形砂轮等；按结合剂可分为陶瓷砂轮、树脂砂轮、橡胶砂轮、金属砂轮等 4、砂轮的特性参数主要有磨料、粘度、硬度、结合剂、形状、尺寸等 5、由于砂轮通常在高速下工作，因而使用前应进行回转试验（保证砂轮在最高工作转速下，不会破裂）和静平衡试验（防止工作时引起机床振动）砂轮在工作一段时间后，应进行修整以恢复磨削性能和正确的几何形状2.2 砂轮概述,砂轮可由很宽尺寸范围的多种磨粒和多种结合剂材料及成分组成 通常使用的“普通”砂轮由氧化铝或碳化硅磨料与陶瓷的或树脂结合剂组成 而“超硬磨料”砂轮由金刚石或立方氮化硼磨料与陶瓷化、树脂或金属结合剂组成 尽管一般砂轮通常是整个由结合剂粘接的磨料结构构成，但超硬磨料砂轮为减少昂贵的金刚石或CBN的用量，则只是在塑料或金属轮芯表面由结合剂粘接一薄圈或仅一层磨料。

2.2 砂轮概述,左图为砂轮的结构 1－磨粒；2－结合剂； 3－气孔,2.3 磨料种类,磨料是制造砂轮的主要原料，磨料直接担负着切削工作，因此应具有很高的硬度、耐热性和一定的韧性，破碎时应能形成尖锐的棱角 分类：天然磨料、人造磨料天然磨料由于价格昂贵、含杂质多、性质不均匀，因此，主要用人造磨料做砂轮 目前生产中常用的磨料有氧化物（刚玉类）系、碳化物系和高硬磨料系三类 氧化物系（刚玉类）磨料：比碳化物系磨料强度、韧性好，但硬度差因此，用于磨削各种钢类工件 碳化物系磨料：用于磨削铸铁类、黄铜、软青铜、铝及硬质合金等硬脆工件2.3 磨料种类,金刚石是最硬的磨料，导热系数大、摩擦系数小，适于加工硬质合金、光学玻璃、陶瓷等硬质材料但不宜加工铁族金属，因为它与Fe在高温下化学稳定性差，易磨损 立方氮化硼（CBN）硬度仅次于金刚石，但抗热冲击性、抗弯强度比金刚石好得多，可用于磨削高硬度高强度钢等材料立方氮化硼易与水反应，生成氨和硼酸，故在磨削时不易用含水的磨削液2.3 磨料种类,2.3 磨料种类,2.4 磨粒尺寸（粒度）,粒度指磨料颗粒尺寸的大小 颗粒最大尺寸大于40m的磨料：用机械筛分法确定粒度号，其粒度号数值是该颗粒刚能通过的筛子每英寸（25.4mm）长度上的孔眼数。

粒度号数越大，则颗粒尺寸越小如：60＃，表示该磨料颗粒刚能通过的筛子每英寸长度上有60个孔眼 颗粒尺寸小于40m的磨粒：用显微镜分析法来测量，粒度号数是该颗粒最大尺寸的微米数如：W20，表示磨料颗粒最大尺寸为20m2.4 磨粒尺寸（粒度）,磨料粒度的选择，主要与加工表面粗糙度和生产率有关 粒度选择原则： 1）粗磨时，磨削余量大，要求的表面粗糙度值较大，应选用较粗的磨粒（粒度号小）因为磨粒粗、气孔大，磨削深度可较大，砂轮不易堵塞和发热精磨时，余量较小，要求粗糙度值较低，可选取较细磨粒（粒度号大）一般来说，磨粒愈细，磨削表面粗糙度愈好 2）磨塑性金属时，易选用粒度号小的砂轮，防止砂轮糊塞；磨脆性金属时，易选用粒度号大的砂轮，提高磨削生产率； 3）砂轮与工件接触弧大时，选择粒度号小的砂轮，以减少同时工作磨粒数，避免发热过多引起工件烧伤2.4 磨粒尺寸（粒度）,注：比14#粗的磨粒及比W3.5细的微粉很少使用，表中未列出磨料粒度号及其颗粒尺寸,2.4 磨粒尺寸（粒度）,不同粒度砂轮的使用范围,2.5 砂轮硬度,砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在磨削力作用下脱落的难易程度，反映磨粒与结合剂粘结的强度。

砂轮的硬度软，表示砂轮的磨粒容易脱落，砂轮的硬度硬，表示磨粒较难脱落 硬度从超软到超硬分若干级，软1级的砂轮结合剂体积占砂轮体积的1.5％，超硬级砂轮的结合剂约占砂轮体积的24％结合剂体积每增加1.5％，砂轮硬度将增加一级 砂轮的硬度和磨料的硬度是两个不同的概念 同一种磨料可以做成不同硬度的砂轮，它主要决定于结合剂的性能、数量以及砂轮制造的工艺 磨削与切削的显著差别是砂轮具有“自锐性”，选择砂轮的硬度，实际上就是选择砂轮的自锐性，希望还锋利的磨粒不要太早脱落，也不要磨钝了还不脱落2.5 砂轮硬度,常用砂轮硬度等级,2.5 砂轮硬度,砂轮硬度对磨削加工影响很大，应合理选择： 1）加工软金属时，为了使磨料不致过早脱落，则选用硬砂轮加工硬金属时，为了能及时的使磨钝的磨粒脱落，从而露出具有尖锐棱角的新磨粒（即自锐性），选用软砂轮前者是因为在磨削软材料时，砂轮的工作磨粒磨损很慢，不需要太早的脱离；后者是因为在磨削硬材料时，砂轮的工作磨粒磨损较快，需要较快的更新 2）工件热敏性越强，为控制磨削温度不致过高而烧伤工件，使磨钝了的磨粒及时脱落，应选择软一些的砂轮； 3）磨削时易堵塞砂轮时，应选择较软的砂轮； 4）成形磨和精磨时，为保持砂轮廓形、保证磨削精度和粗糙度，应选择较硬一些的砂轮； 5）工件与砂轮接触面积大时，磨粒工作环境差，易磨损，应选择较软一些的砂轮。

2.6 砂轮组织,砂轮的组织指砂轮中磨粒、结合剂、气孔三者之间的体积比 组织紧密的砂轮：磨粒占砂轮体积百分比大、气孔较少；气孔率低、容屑空间小，易被磨屑堵塞另外组织紧密会使砂轮变硬，磨削效率低，但砂轮廓形保持长久，可用于精磨和成形磨削 组织疏松的砂轮：磨粒占砂轮体积百分比小、气孔较多一般较软，容屑空间较大，散热较好这种砂轮适用于粗磨、平面和内圆磨等磨削接触面积较大的加工，也适合热敏感性大的工件及易堵塞砂轮的软金属材料加工 组织中等的砂轮：性能介于紧密与疏松之间，故适用于一般的磨削 砂轮组织分类：三大级（紧密的、中等的、疏松的），共十五个号2.6 砂轮组织,2.6 砂轮组织,2.7 砂轮形状,根据机床结构与磨削加工的需要，砂轮制成各种形状与尺寸下表是常用的几种砂轮形状、尺寸、代号及用途 砂轮的外径应尽可能选得大些，以提高砂轮的圆周速度，这样对提高磨削加工生产率与表面粗糙度有利 此外，在机床刚度及功率许可的条件下，如选用宽度较大的砂轮，同样能收到提高生产率和降低粗糙度的效果，但是在磨削热敏性高的材料时，为避免工件表面的烧伤和产生裂纹，砂轮宽度应适当减小2.7 砂轮形状,2.8 结合剂种类,结合剂将磨料粘结起来，使砂轮具有一定的形状、强度、硬度和气孔等。

砂轮常用结合剂有：陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂和金属结合剂 (1) 陶瓷结合剂（代号V）由粘土、长石、滑石、硼玻璃、硅石等陶瓷材料配制而成的 特点：粘结强度高、刚性大、耐热性好、化学稳定性强、气孔率大及轮廓保持性好，是应用最广泛的一种结合剂；脆性大、韧性、弹性差，故普通陶瓷结合剂的砂轮允许线速度仅为35m/s，不能进行高速磨削2.8 结合剂种类,(2)树脂结合剂（代号B）通常为酚醛树脂或环氧树脂 特点：强度高、弹性好；耐热性和耐腐蚀性差、磨损快气孔率小易堵塞等；该结合剂制成的砂轮，用作切断和切槽，对热敏工件作精加工等 (3) 橡胶结合剂（代号R）主要是人造橡胶 特点：比树脂结合剂更具强度和弹性，允许切削速度65m/s，比树脂结合剂45m/s更高；耐热性更差，气孔更少；通常用作无心磨导轮、切断切槽砂轮以及抛光用砂轮 (4) 金属结合剂（代号M）常用青铜作结合剂，主要用于金刚石砂轮 特点：这种结合剂制成的砂轮型面保持性好、强度高、有一定韧性，但自砺性差；主要用作粗、精磨硬质合金，磨削与切断光学玻璃、宝石、陶瓷与半导体材料等2.9 砂轮标记--普通磨料,2.9 砂轮标记--超硬磨料,2.9 砂轮标记,2.10 超硬磨料砂轮,人造金刚石砂轮由磨料层、过渡层和基体三部分组成。

磨料层：由人造金刚石磨粒和结合剂组成，其厚度1.5～5mm； 过渡层：仅是一层结合剂，是将磨料层与基体连接起来，同时能充分利用磨料层而不会磨损基体； 基体：是砂轮的主体，基体形状不同，可得到不同型式的砂轮通常基体内铝、铜或钢制成2.10 超硬磨料砂轮,（1）金刚石砂轮 浓度金刚石砂轮一个重要的特性参数，它是指砂轮磨料层中单位体积内，金刚石磨料的含量浓度有25％，50％，75％，100％和150％五种 浓度25％指单位磨料层体积内含人造金刚石磨粒1.1克拉（1克拉=0.2克），每增加25％即增加1.1克拉磨料 浓度与磨削效率和磨削成本有很大关系浓度越高，砂轮的耐磨性和磨削效率越高，但成本增加 磨料层结合剂常用的有三种：树脂、陶瓷和青铜 不同结合剂的最佳浓度范围：树脂为50％～75％；陶瓷为75％～100％；青铜为75％～150％2.10 超硬磨料砂轮,2.10 超硬磨料砂轮,高浓度砂轮：型面保持性好，常采用粗粒度的磨粒，适于粗磨、小面积磨削和成形磨削； 低浓度砂轮：常采用细粒度磨粒，适于精磨、大面积磨削和抛光 工件特别硬的磨削：宜用高浓度砂轮，如金刚石砂轮磨削金刚石刀具采用150％浓度。

(2) 立方氮化硼砂轮 从结构上看，与人造金刚石砂轮相同，也是由磨料层、过渡层和基体组成 立方氮化硼砂轮用于磨削超硬、高耐磨性、难加工钢件，如高钒高速钢、耐热钢等3、单颗磨粒加工过程,可以直接地观察磨粒与工件材料的干涉 单颗磨粒磨削是认识复杂磨削作用的重要手段单颗磨粒磨削可在相似的磨。