CH3 精密磨削加工.doc

机自专081及机自专升本09级第3章 精密磨削加工§3-1 概述一、磨削加工的基本特点1、适于加工硬质材料一般结构材料（铸铁、碳钢、合金钢），也可以加工高硬度材料，但不适合加工塑形较大的有色金属2、加工精度高，表面粗糙度小精度IT5-IT3，表面粗糙度1.25-0.01μm，镜面磨削时可达0.04-0.01μm3、径向磨削力Fy较大 加工刚性较差的工件时应采取措施防止变形4、 磨削温度高 在磨削区域会形成瞬时高温，造成工件表面烧伤，所以必须采用大量切削液5、砂轮有自锐作用自锐作用概念使用时要选择合适的砂轮硬度磨粒破碎会导致外形精度变低、砂轮堵塞，要修正来恢复、6、工艺范围广 可以加工多种表面7、在切削加工中的比例日益增大二、精密磨削加工的分类（一）概述1、精密磨削加工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的加工方法2、大概分类（表3-1）磨料加工固结磨料加工磨削：砂轮、砂带磨削研磨超精加工桁磨砂带研磨超精研抛游离磨料加工抛光研磨：干式、湿式、磁性精密研磨滚磨：回转式、振动式、离心式、主轴式、涡流式桁磨：挤压桁磨喷射加工3、固结磨料加工将一定力度的磨粒或者微粉与粘结剂黏结在一起，形成一定形状并具有一定强度，再采用烧结、黏结、涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。

烧结方法——固结磨具涂敷方法——涂敷磨具（二）固结磨具精密加工：砂轮60-80#、加工精度0.1-1μm，表面粗糙度0.2-0.25μm超精密磨削：砂轮W40-50、精度0.1μm、表面粗糙度0.025-0.008μm1、磨料及其选择（选用超硬磨料） 刚玉、碳化物系、超硬磨料（金刚石、立方碳化硼）超硬磨料的特点： 可加工高硬度、高脆性和非金属材料磨削能力强、耐磨性好、耐用度高，容易保持粒度；一控制加工尺寸和实现自动化磨削力小、磨削温度低磨削效率高加工综合成本低2、磨料粒度及其选择 选择依据是：加工要求、被加工材料、磨料材料（被加工工件表面粗糙度、被加工材料和生产率影响较大）一般选180-240#，号越大粗糙度越小，生差率越低3、结合剂及其选择常见：树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂影响：结合强度、自锐性、化学稳定性、修正方法等4、组织和浓度及其选择（表3.2）组织——普通磨料含量表示方法，反映磨料、结合剂和气孔三者的比例关系浓度——超硬磨具中磨料的含量的表示方法，指1cm3中所含超硬磨料的重量影响： 磨削质量、效率和加工成本经验：高质量浓度——成型磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削中质量浓度——半精磨（细粒度）细粒度，低质量浓度——高精度、小表面粗糙值的精细超精细磨削。

5、硬度及选择普通磨具的硬度——磨粒在外力作用下，磨粒自表面脱落的难易程度超硬磨具中，一般不标注6、磨具的强度 磨具高速旋转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力7、磨具的形状、尺寸及其集基体材料 磨料层、过渡层、基体（图3.1）（三）涂覆磨具 将磨料用粘结剂均匀的涂覆在纸、布或者其他复合材料基地上的磨具1、分类根据磨具的形状、基底材料、工作条件用途等分类：干磨砂布、干磨砂纸、耐水砂布、耐水砂纸、环装砂带、卷状砂带等2、磨料及粒度 磨料：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 表示方式：P240=普通240，P320=W503、粘结剂 胶，将砂粒牢固的粘结在基底上，分为：粘结膜、底胶和覆胶分类：动物胶——（皮胶、明胶、骨胶）粘结性能好、价格便宜、易受潮，用于轻切削的油磨和干磨树脂——粘结性好，耐热、耐水、耐湿有弹性，用于难磨削材料或复杂形面的磨削和抛光高分子化合物——粘结性好、耐湿有弹性，用于精密磨削，成本高 超图层粘结剂——提高加工质量4、涂覆方法（3种）影响涂覆磨具质量的重要因素之一（1）重力落沙法 一般方法，成本较低（2）涂敷法 类似于印刷，可获得较好的表面质量（3）静电植砂法采用静电原理吸附砂粒，特点的尖端朝上，切削性强、等高性好。

§3-2 精密磨削加工机理微小多刃刀具削除细微切屑的方法一、磨削加工的基本特点（一）磨削过程磨粒——不规则菱形多面体；顶锥角——80-145°（90-120°）以较大的负前角切削磨粒在砂轮表面随机分布，一般10%参加磨削4种磨削形态——摩擦、塑性变形、飞边和切削影响因素——切削刃形状、工件材料、切削深度、切削速度二）精密磨削机理1、磨粒的微刃性2、磨粒的等高性（图3.6）3、微刃的滑擦、挤压、抛光作用4、弹性变形的作用（图3.7） 法向分力为切向分力的2倍，切削量非常微小，易行成镜面三）磨削力（图3.8） 如图所示FZ（主切削力）、FY（切深力）、FX（进给力）的方向1、磨削力的主要特征（1）单位磨削力很大（2）FY在三个力当中最大，直接影响工件表面质量2、影响磨削力的因素砂轮速度V：增加，磨粒增加，单个磨粒受力减少；工件速度VW和轴向进给量fN增大：切削厚度增加，切削力增大径向进给量fr增大：切削厚度增大、接触弧长增大，力增大砂轮磨损：磨削力增大四）单个磨粒的切削厚度 见图3.9的受力分析（详细讲解）二、磨削温度与磨削液（一）磨削温度1、磨削温度的基本概念明确两个温度：（温度是不同的）（1）磨削区域温度（工件）：几百℃（2）磨粒磨削点温度：800-1200℃2、影响磨削温度的主要因素（1）砂轮速度VV增加，挤压摩擦加剧、滑擦增多，温度上升。

2）工件速度VW增加，则热源移动速度增加，略降低；但是增大了金属切除量，增加发热量所以一般应同时降低径向进给量3）径向进给量fr增大，导致摩擦力增大，温度上升4）工件材料金属导热性差，则磨削去温度较高含碳量高导热性差，加入铬、镍、铝、硅、锰都会使导热性变差金相组织排序：奥氏体>淬火和回火马氏体>珠光体（5）砂轮硬度与粒度 软砂轮磨削时温度低，反之温度高原因是软砂轮自锐性好二）磨削液作用是：降低切削温度、减少切削力、减小工件热变形、减少表面粗糙度、改善磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命1、磨削液的作用机理基本性能：润滑、冷却、清洗；附加性能：渗透、防锈、防腐、消泡、防火、切削和挤压等1）冷却作用利用热传导带走大量热量关注液体的性质包括：导热系数、比热容、汽化热、气化速度、流量流速等，通常水>油2）润滑作用工作过程中属于边界摩擦（介于干摩擦和流体润滑摩擦之间）；不同的化学成分会影响润滑效果3）清洗作用冲刷产生的切削，深孔加工必须采用高压磨削液来排屑2、磨削液的添加剂 用于改善切削液性能，主要有油性添加剂、挤压添加剂、表面活性剂等1）油性添加剂极性分子能在金属表面形成牢固的吸附膜，主要起润滑作用。

一般用于低速加工，成分包括动植物油、脂肪酸、胶类、醇类和脂类等2）挤压添加剂 含硫、磷、氯、碘等有机化合物，在高温时形成化学油膜，比较耐高温Eg1-3（3）表面活性剂乳化剂：作用是使矿物油和水乳化原因是其成分中的极性基团和非极性基团分别亲水和亲油，降低水和油表面的张力使得油粒可以均匀的分布在水中3、磨削液的分类与使用（1）分类（水溶性/非水溶性） 水溶性：水溶液、乳化液，冷却和清洗为主非水溶性：磨削油（矿物油+动植物油），润滑为主水溶性特例：离子型磨削液（2）选用磨削温度较高，应保证良好的冷却清洗作用，然后才是润滑和防锈，所以一般选择乳化液和离子型磨削液难加工材料加工时处于高温高压边界摩擦状态，所以应选择挤压磨削油/挤压乳化液3）使用方法浇注，效果不好喷雾冷却法：（图3.13所示）三、磨削质量和裂纹控制（一）磨削加工后的表面粗糙度1、几何因素的影响通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面粗糙度值越小1）磨削用量的影响砂轮速度高，粗糙度小；工件速度高，粗糙度大；纵向进给小，粗糙度小2）砂轮粒度和砂轮修整的影响 粒度号越大，参加磨削的砂粒越多，表面粗糙度越小。

见表3-4 修整时，金刚石纵向进给越小，砂轮等高性越好，粗糙度越小2、物理因素的影响（表层金属塑性变形）影响表层金属塑性变形的因素通常是影响表面粗糙度的决定因素1）磨削用量砂轮速度高，塑性变形小，粗糙度减小；工件速度增加，塑性变形增加，粗糙度变大；增大磨削深度，塑性变形增大，粗糙度变大2）砂轮的选择 粒度通常取46-60#（单位面积包含硬质砂粒的个数）硬度一般选取中软砂轮；组织一般选用中等组织；（磨粒结合剂和气孔的比例关系）材料的选择要根据实际加工情况选二）磨削加工后的表面层金属力学物理性能1、冷作硬化（1）一般概念 机械加工过程中差生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒滑移、拉长，使得表面金属硬度增加又称强化） 加工的高温又可以使冷硬结构向稳定状态转变，成为弱化 冷硬指标有：表层金属显微硬度；硬化层深度；硬化程度2）影响因素 工件材料性能：纯铁>碳钢 磨削用量选择：磨削深度增加，强化增加 砂轮粒度影响：粒度增大，强化减小2、表层金属的金相组织变化（图3.14）由于磨削加工速度高，容易造成被加工表面金相变化，造成工件表面的烧伤，影响零件使用性能。

尤其是对于淬火钢1）如果未超过淬火相变温度马氏体——索氏体（回火烧伤）（2）超过相变温度有冷却液 二次淬火，下层容易回火淬火烧伤）（3）超过相变温度没有冷却液 退火烧伤改善方法：正确选择砂轮（软性砂轮+弹性粘合剂）合理选择磨削用量：减小磨削深度，同时增大工件和刀具的速度改善冷却条件：保证每秒2ML的冷却水3、表面金属的残余应力加工时由于温度的不平衡会产生残余应力影响残余应力的因素有：（1）磨削用量（图3.15） 不同的阶段形成不同的残余应力，小进给量时差生压应力，大进给量时拉应力2）工件材料影响强度高的材料易产生拉伸残余应力§3-3 精密磨削加工的机床及其应用一、概述（精密机床满足条件） 精密机床是实现精密加工的基础条件条件如下：1、高几何精度 采用静压或者动压轴承砂轮主轴的回转精度（径向跳动<1μm，圆跳动2-3μm）；导轨的直线度； 2、低速进给运动的稳定性（1）工作台：对液压系统进行特殊设计，（排除空气、低流量节流阀、工作台导轨压力润滑）（2）横向进给： 配置较高精度的微进给运动3、减少振动措施如下：（1）电动机转子动平衡（采用隔振措施或者分离结构）；（2）砂轮动平衡；（3）安装在防振地基上工作（或加防振垫）。

4、减少热变形（主要障碍） 热变形引起的加工误差可以达到50%所以在恒温车间加工，采用冷却装置，在热变形稳定后。