11章磨削與砂輪哈工大版金屬切削原理與刀具課件

第11章

磨削與砂輪11.概述磨削質(zhì)量：一般用于半精加工、精加工。

精度：IT4～I(xiàn)T6，甚至±1微米表面粗糙度：Ra0.8-Ra0.1,甚至Ra0.01

近年來(lái)，還用于粗加工和毛坯去硬皮加工重型磨床：磨削余量6mm以上每小時(shí)金屬切除量：250～360kg加工材料：除有色金（塑性）金屬外的黑色金屬，特別是硬材料的有效加工手段磨削表面：應(yīng)用：機(jī)床總數(shù)的30%--40%磨平面磨孔磨軸磨螺紋花鍵齒輪11.1砂輪的特性及其選擇磨削砂輪的三要要素與五因素砂輪：由堅(jiān)硬礦物質(zhì)制成的磨料經(jīng)過(guò)結(jié)合劑粘合起來(lái)，并經(jīng)壓坯、干燥、焙燒及車(chē)整而成的磨削工具。因此，砂輪由磨料、結(jié)合劑及氣孔三要素組成。砂輪的性能由磨料、粒度、結(jié)合度、結(jié)合劑和組織這五個(gè)因素組成。這些稱(chēng)為砂輪的五因素。1.磨料磨料是制造砂輪的主要原料，

磨料具備的條件硬度高、紅硬性好；有一定的強(qiáng)度和韌性；有鋒利的邊刃砂輪結(jié)合劑磨粒磨屑?xì)饪坠ぜＳ玫哪チ舷盗?/p>

成

分

應(yīng)用氧化物系

Al2O3鋼件碳化物系

SiCBC鑄鐵、硬質(zhì)合金、寶石超硬磨料

CBN硬而韌的鋼材金剛石鋼鐵外所有材料磨料種類(lèi)代號(hào)主要特點(diǎn)主要應(yīng)用范圍棕剛玉A棕褐色，抗破碎能力強(qiáng)，抗氧化、抗腐蝕，韌性強(qiáng)適于磨削抗張強(qiáng)度大的金屬材料，如普通碳素鋼等白剛玉WA潔白的剛玉晶體，有微刃結(jié)構(gòu)，硬度比棕剛玉高，但脆性大，韌性低，切削能力強(qiáng)主要用于淬火鋼、合金鋼的細(xì)磨精磨，及磨螺紋及齒輪鉻剛玉PA玫瑰紅色，硬度與白剛玉接近，但韌性高，加工效率高，且加工表面精度、粗糙度高適用于精密刃具、量具、儀表零件。微晶剛玉MA灰色，呈微刃破碎狀態(tài)，有較好自銳性，韌性強(qiáng)度較高，適于重負(fù)荷磨削，可以磨不銹鋼、碳素鋼、軸承鋼等，也用于精密磨削單晶剛玉SA單晶體，淺玫瑰色或白色，硬度韌性都比白剛玉高，抗破碎能力切削能力強(qiáng)，但造價(jià)很高，有污染。適于加工韌性大硬度高的難磨材料，如工具鋼、合金鋼及高釩鋼等鋯剛玉ZA灰白色，韌性大、強(qiáng)度高，耐磨性好適于高速重負(fù)荷磨削，特別適宜加工鈦合金及耐熱合金鐠釹剛玉NA磨削性能優(yōu)于白剛玉適于加工不銹鋼、高速鋼等耐熱合金黑剛玉BA黑色，自銳性好，磨削發(fā)熱少，加工表面粗糙度好用于拋光因含鐵高，不適宜做陶瓷磨具黑碳化硅C蘭黑色，硬度高，脆性大，韌性低適宜抗拉強(qiáng)度低的金屬材料及非金屬合金如鑄鐵黃銅綠碳化硅GC綠色透明，純度高、硬度高，脆性大適宜加工硬而脆的的材料如硬質(zhì)合金、玻璃等立方碳化硅SC黃綠色，等軸晶系，硬度高，顆粒完整性好，切削能力強(qiáng)微型軸承精密研磨及精密軸承鋼和不銹鋼。碳化硼B(yǎng)C黑色，高溫易氧化分解，不易做磨具，單獨(dú)使用研磨或拋光硬材料金剛石D硬度高，磨削能力強(qiáng)，導(dǎo)熱性好，磨削力，磨削熱少，，但易發(fā)生化學(xué)磨損，耐熱性差根據(jù)不同牌號(hào)（主要有RVD、MBD、SCD、SMD、DMD）加工不同材料立方氮化硼CBN硬度，韌性略低于金剛石，但熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性高，導(dǎo)熱性能好，磨削效率高對(duì)各種材料都有十分優(yōu)良的磨削效果磨料選擇

磨料硬度：必須選則比工件硬度高，且熱硬度要好；⑵.磨料韌性：主要影響磨具磨削時(shí)自銳性；⑶.抗壓強(qiáng)度：影響使用過(guò)程中的切削性能；⑷.線膨脹系數(shù)：磨料與結(jié)合劑線膨脹系數(shù)一定要一致，否則將引起砂輪裂紋；⑸.化學(xué)成份：直接影響磨料強(qiáng)度、韌性、磨削性能及色澤。如碳化硅磨料其碳化硅含量越高，其磨削性能越好，而棕剛玉中氧化鋁含量不應(yīng)超過(guò)97%，這樣切削力增加，韌性降低。白剛玉中βAl2O3含量高，切削力差。如碳化硅磨具磨鋼材時(shí)易與鋼發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，所以磨削鋼材時(shí)不易采用碳化硅磨具；⑹.磨粒形狀：直接影響有效磨削粒數(shù)；⑺.導(dǎo)熱性：影響整個(gè)磨具導(dǎo)熱性；⑻.親水性：影響磨具成形能力。2.粒度粒度：磨料顆粒的大小GB/2481.1.2-2006規(guī)定F粒度號(hào)磨料用于固結(jié)磨具、研磨拋光用的顆粒大于63μm粗磨料粒度，用F+粒度號(hào)表示；用篩分法區(qū)別，以能通過(guò)的篩網(wǎng)上1英寸（25.4mm）長(zhǎng)度上的篩孔數(shù)表示。粒度號(hào)越大，則磨粒越細(xì)。

用于涂附用的，顆粒小于63μm磨料粒度，磨料粒度號(hào)是用水選法生產(chǎn)：稱(chēng)為微粉分粗磨料Ｆ４－Ｆ２２０，微粉Ｆ２３０－１２００。磨具粒度選擇與工件性質(zhì)及磨削條件的關(guān)系表粒度選擇趨向細(xì)←磨具粒度→粗大←粒度號(hào)→小工件性質(zhì)高←工件硬脆→低小←工件材料塑性→大大←工件導(dǎo)熱性→小磨削條件小←接觸面積→大精加工←加工方式→粗加工小←加工效率→大小←砂輪速度→大3.結(jié)合劑結(jié)合劑：將磨料粘結(jié)成各種形狀和尺寸的砂輪材料直接影響砂輪的強(qiáng)度、耐熱性和耐用度。砂輪強(qiáng)度：砂輪在離心力作用下不被破壞的能力，用安全速度表示，一般取30m/s。結(jié)合劑的選擇種類(lèi)

主要成分特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合無(wú)機(jī)類(lèi)陶瓷V(A)黏土、生長(zhǎng)石、滑石、硼玻璃、硅石等

化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫，但脆性大、易碎裂

適宜各類(lèi)磨削，速度小于35m/s

金屬M(fèi)(J)青銅

強(qiáng)度高、韌性好，但自礪性差

金剛石砂輪

有機(jī)類(lèi)樹(shù)脂B(S)酚醛、環(huán)氧

彈性好，但化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐酸堿，溫度不能超過(guò)200℃

磨狹窄的溝槽、切割磨片、高速磨具

橡膠R(X)人造橡膠

彈性好，但化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐酸堿，溫度不能超過(guò)200℃

磨狹窄的溝槽、切割磨片、無(wú)心磨導(dǎo)輪。

金剛石砂輪金剛石砂輪一般由基體、非金剛石層、金剛石層組成金剛石層內(nèi)每1㎝3體積內(nèi)金剛石含量稱(chēng)為濃度。100%濃度是指金剛石層內(nèi)每1㎝3體積內(nèi)金剛石含量為4.39克拉（1克拉=0.2克）。50%濃度是指金剛石層內(nèi)每1㎝3體積內(nèi)金剛石含量為2.2克拉。11.1.4.硬度硬度：指砂輪工作時(shí)在磨削力作用下磨粒脫落的難易程度。取決于結(jié)合劑的結(jié)合能力及所占比例，與磨料硬度無(wú)關(guān)。砂輪自礪性：砂輪上磨粒鈍化后，磨削力增大，表層的磨粒自行脫落，里層有鋒利邊刃的磨料露出，代替磨鈍的磨粒參加磨削。砂輪自礪（銳）性與砂輪硬度有關(guān):硬度高，磨粒不易脫落，自礪性差；硬度低，磨粒易脫落，自礪性好。砂輪硬度的選擇磨削條件

工件硬度

工件種類(lèi)

加工接觸面

磨削種類(lèi)

砂輪粒度

高低有色金屬、橡膠、樹(shù)脂

淬火鋼

大

小精磨、成形磨

粗磨

細(xì)粗砂輪硬度軟特別難磨材料，選用超硬砂輪。

硬有色金屬韌性大，砂輪孔隙易被磨屑堵塞，一般不宜磨削。

軟軟硬硬為了較好的保持砂輪的形狀精度

軟軟硬5.

組織磨料、結(jié)合劑、氣孔三者比例關(guān)系。磨料的比例越大，則砂輪越緊密磨粒氣孔結(jié)合劑砂輪組織選擇組織號(hào)01234567891011121314磨粒率(%)626058565452504846444240383634分類(lèi)緊密類(lèi)中等疏松類(lèi)用途成型磨削,精密磨削磨削淬火鋼,刀具刃磨磨削韌性大而硬度不高材料磨削熱敏性大的材料（六）砂輪的標(biāo)志方法按GB2484—84規(guī)定，標(biāo)志順序如下：磨具形狀、尺寸、磨料、粒度、硬度、組織、結(jié)合劑和最高線速度。砂輪標(biāo)志方法示例如下：

41400×40×60A60L5B35

形狀代號(hào)薄片外經(jīng)D＝400mm

厚度H＝40mm

內(nèi)徑d＝60mm

磨料（棕剛玉）

60號(hào)粒度硬度中軟25號(hào)組織樹(shù)脂結(jié)合劑最高工作線速度（m/s）11.2磨削加工與磨削運(yùn)動(dòng)磨削方法：外圓磨內(nèi)圓磨平面磨無(wú)心磨磨削運(yùn)動(dòng)：1)主運(yùn)動(dòng)，砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)Vc即磨削速度，vc↑,Ra↓，但受砂輪的強(qiáng)度限制，常用30－35m/s2)工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)Vw又稱(chēng)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即工件速度vw↑，生產(chǎn)率↑，工件磨削燒傷↓；但vw過(guò)大，振動(dòng)↑，工件Ra↑。3)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fa工件轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，工件和砂輪在砂輪軸線方向的相對(duì)移動(dòng)。根據(jù)砂輪寬度B選擇。粗磨fa＝(0.3~0.85)B精磨fa＝(0.2~0.3)B4)徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fr工作臺(tái)兩個(gè)行程之間砂輪在半徑方向上的相對(duì)位移。粗磨fr＝0.01~0.07mm/str精磨fr＝0.005~0.02mm/str常用磨削用量11.3磨削過(guò)程1．速度高、精度高機(jī)床名稱(chēng)立式銑床車(chē)床平面磨床外圓磨床精密外圓磨床內(nèi)圓磨床刻度值0.050.020.010.0050.0020.002不同機(jī)床控制切深機(jī)構(gòu)的刻度值（mm）2511.3.1磨削特點(diǎn)一般30—50m/s,是車(chē)銑的10—20倍

2.冷硬程度與能量消耗大溫度高磨粒不規(guī)則多邊形，前角很大的負(fù)值，后角很小，塑性變形大，冷硬嚴(yán)重，能量消耗大，是一般加工的10—30倍，溫度高，瞬時(shí)可達(dá)1000°，引起燒傷和裂紋。3.單顆磨粒切削厚度小，單位磨削力大4.徑向分力較大5.砂輪有自銳作用使得磨粒能夠以較鋒利的刃口對(duì)工件進(jìn)行切削。6.磨粒分布隨機(jī)磨削過(guò)程復(fù)雜工件材料普通鋼淬硬鋼鑄鋼Fp/Fc1.6～1.81.9～2.62.7～3.2一、砂輪的形貌砂輪上磨粒的形狀a）外形b）典型磨粒斷面11.3.2磨削過(guò)程4.磨削過(guò)程滑擦階段磨粒擠壓工件，工件表層產(chǎn)生彈性變形和熱應(yīng)力，不切削耕犁（刻劃）階段產(chǎn)生塑性變形溝痕隆起現(xiàn)象和熱應(yīng)力切削階段切削厚度、切應(yīng)力和溫度達(dá)一定值，材料明顯滑移形成切屑。5.磨削厚度的分析1)圓周磨削單個(gè)磨粒切削厚度的計(jì)算端面磨削時(shí)每個(gè)磨粒的最大切削厚度為

Vc-砂輪轉(zhuǎn)速:

Vc↑，Vw

↓，hDmax↓，可使工件表面質(zhì)量得到改善。砂輪直徑

D↑，砂輪寬度↑，m越大，fa

↓，fr

↓可使工件表面質(zhì)量得到改善。11.4磨削概念磨粒磨削點(diǎn)溫度磨粒切削刃與切屑接觸點(diǎn)的溫度，1000°-1400°磨削區(qū)域溫度砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度工件平均溫升磨削熱傳人工件而引起的溫升，影響工件精度11.4.2砂輪使用壽命、磨削比及磨耗比砂輪使用壽命T

砂輪兩次相鄰修整間的純磨削時(shí)間，也可用可磨削工件件數(shù)表達(dá)。壽命驗(yàn)算經(jīng)驗(yàn)公式11.8磨削比及磨耗比磨削比:單位時(shí)間內(nèi)磨除金屬體積與砂輪損耗體積之比

G=QW/QS

磨耗比:GS=1/G磨削的三個(gè)階段

由于磨削時(shí)徑向分力FP很大，在磨削過(guò)程中工件在半徑方向的變形很大，同時(shí)磨削的深度f(wàn)r很小，在磨削過(guò)程中fr會(huì)發(fā)生變化：三種情況:fr實(shí)<fr刻(初磨階段)fr實(shí)≈fr刻(穩(wěn)定階段)fr實(shí)>0，fr刻＝0(清磨)fr實(shí)實(shí)際磨削深度f(wàn)r刻刻度盤(pán)顯示進(jìn)給量初磨階段tm1：fr實(shí)<fr刻，原因是工藝系統(tǒng)由于磨削力產(chǎn)生讓刀。隨著進(jìn)給次數(shù)↑，工藝系統(tǒng)彈性變形↑，變形抗力↑，實(shí)際磨削深度f(wàn)r實(shí)↑。穩(wěn)定階段tm2：fr實(shí)≈fr刻，當(dāng)變形抗力和徑向磨削分力Fy相等時(shí)，工藝系統(tǒng)的彈性變形量穩(wěn)定，fr實(shí)≈fr刻。清磨階段tm3：fr實(shí)>0，fr刻＝0。機(jī)床的徑向進(jìn)給停止，fr刻＝0，仍然有火花，因?yàn)楣に囅到y(tǒng)彈性恢復(fù)，實(shí)際磨削深度逐漸減小，工件的精度↑，表面粗糙度↓。砂輪的磨損與修整一砂輪的磨損磨損表現(xiàn)為磨耗磨損和破碎磨損。自銳性有限，應(yīng)及時(shí)修整，保證砂輪有合理使用壽命，否則引起振動(dòng)、Ra值增大、表面燒傷或裂紋等。

砂輪修整除用于磨損砂輪外，還用于以下場(chǎng)合：①砂輪被切屑堵塞；②部分工材粘結(jié)在磨粒上；③砂輪廓形失真；④精密磨中的精細(xì)修整等。常用修整工具是大顆粒金剛石、多粒細(xì)碎金剛石筆、金剛石滾輪。多粒金剛石筆修整效率高，砂輪加工精度好，金剛石滾輪修整效率更高，適用與成形砂輪。大粒金剛石筆修整，修整深度ap

修整時(shí)應(yīng)使用充足的切削液。二砂輪的修整磨削表面質(zhì)量1.磨削表面粗糙度

K視磨削條件而異的常數(shù)a,b,c,指數(shù)，根據(jù)日本渡邊的研究a=0.25,b=0.5,c=038fr↓Ra↓；vw/v↓Ra↓；fa/B↓