精密磨削和超精密磨削

精密磨削和超精密磨削總結(jié)人：張娜娜2016年4月24日超硬磨料砂輪磨削超精密磨削

精密和超精密砂帶磨削章節(jié)內(nèi)容超硬磨料砂輪磨削一、超硬磨料砂輪磨削特點可用來加工各種高硬度、高脆性金屬材料和非金屬材料。如硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體、石材等。立方氮化硼砂輪磨削時，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性強，不易與鐵素元素產(chǎn)生親和作用和化學(xué)反應(yīng)，加工黑色金屬時，有較高的耐磨性。磨削能力強，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實現(xiàn)加工自動化。磨削力小，磨削溫度低，加工表面質(zhì)量好，無燒傷、裂紋和組織變化。磨削效率高。綜合成本低。超硬磨料砂輪目前主要指金剛石砂輪和立方氮化硼（CBN）砂輪，用來加工難加工材料，如各種高硬度高脆性材料，其中有硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體材料及石材等。要求加工精度高，表面粗糙度較小。整形對砂輪進行微量切削，使砂輪達到所要求的幾何形狀精度，并使磨料尖端細(xì)微破碎，形成鋒利的磨削刃。修銳去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒間有一定的容屑空間，并使磨刃突出于結(jié)合劑之外（一般是磨粒尺寸的1/3左右），形成切削刃。二、超硬磨料砂輪修整（修整過程）2024/3/13二、超硬磨料砂輪修整（修整方法）車削法用單點、聚晶金剛石筆，修整片等車削金剛石砂輪達到修整目的。修整精度和效率高，但切削能力差。磨削法用普通磨料砂輪或砂塊與超硬磨料砂輪對磨進行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂輪上的樹脂、陶瓷、金屬結(jié)合劑，致使超硬磨粒就會脫落。目前最為廣泛采用的修整法。二、超硬磨料砂輪修整（修整方法）滾壓擠軋法用碳化硅、剛玉、硬質(zhì)合金或鋼鐵等制成修整輪，與超硬磨料砂輪在一定壓力下進行自由對滾，使結(jié)合劑破裂形成容屑空間，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、剛玉等游離磨料，依靠游離磨料擠軋作用進行修銳。1振動機；2氣源；3壓縮空氣；4流量調(diào)整閥；5磨料或玻璃球；6篩網(wǎng)；7電磁閥；8高壓空氣及磨料；9噴嘴；10磨料或玻璃球；11修整輪；12超硬磨料砂輪第3節(jié)超硬磨料砂輪磨削二、超硬磨料砂輪修整噴射法修銳效果好二、超硬磨料砂輪修整電加工法電解修銳法利用電化學(xué)腐蝕作用蝕除金屬結(jié)合劑，可方便實現(xiàn)在線修銳。多用于金屬結(jié)合劑砂輪的修銳，非金屬結(jié)合劑砂輪無效。（不能用于整形，電刷易損）二、超硬磨料砂輪修整電火花修整法電火花放電加工，適用于各種金屬結(jié)合劑砂輪。若在結(jié)合劑中加入石墨粉，可用于樹脂、陶瓷結(jié)合劑砂輪。既可整形，又可修銳。二、超硬磨料砂輪修整超聲波振動修整法用受激振動的簧片或超聲波振動頭驅(qū)動的幅板作為修整器，并在砂輪和修整器間放入游離磨料撞擊砂輪的結(jié)合劑，使超硬磨粒突出結(jié)合劑。三、超硬磨料砂輪磨床超精密磨削對磨床的要求：1）要求磨床的精度較高。砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度其徑向跳動應(yīng)<0.01mm，端面圓跳動應(yīng)<0.005mm。2）比普通磨床剛度提高50％左右。3）進給系統(tǒng)精度高、進給速度均勻準(zhǔn)確?？v向進給速度最小可達0.3m/min，橫向進給最小可達0.001～0.002mm/單行程。4）各運動件和主軸回轉(zhuǎn)部分、進給運動導(dǎo)軌部分有可靠的密封防超硬磨料進入。5）有比較完善的磨削液處理系統(tǒng)，防止超硬磨料對磨削液系統(tǒng)的磨損。6）采取相應(yīng)的防振、隔振措施。四、超硬磨料砂輪磨削工藝磨削用量選擇磨削速度人造金剛石砂輪的磨削速度為12～30m/s（熱穩(wěn)定性700-800°），立方氮化硼砂輪的磨削速度為45～60m/s（熱穩(wěn)定性好）。磨削深度磨削深度一般為0.002～0.01mm，粗粒度、金屬結(jié)合劑砂輪可取較大，立方氮化硼砂輪比金剛石砂輪可稍大。工件速度一般為10～20m/min（對磨削效果影響較小，過高會使砂輪磨損增加，出現(xiàn)振動和噪聲）縱向進給速度一般在0.45～1.5m/min，對工件磨削表面粗糙度影響較大，粗糙度要求小，應(yīng)取小值。四、超硬磨料砂輪磨削工藝磨削液選擇磨削液的作用磨削液分為油性液和水溶性液，油性液潤滑性能好，主要成分是礦物油，水溶液的冷卻性能好，主要成分是水。金剛石砂輪磨削時常用油性液和水溶性液為磨削液，視具體情況而定，如磨削硬質(zhì)合金時普遍采用煤油，但不宜使用乳化液；樹脂結(jié)合劑砂輪不宜使用蘇打水。立方氮化硼砂輪磨削時采用油性液為磨削液，一般不用水溶性液，（水解作用）降低磨削溫度，減少磨削力，改善磨削表面質(zhì)量，提高磨削效率和砂輪壽命。潤滑、冷卻、清洗性能，尚有滲透性、防銹性、防腐性、防火性、切削性和極壓性等磨削液的種類和組成極壓性：是指切削液與金屬表面起作用，形成一層牢固的潤滑膜，在磨削區(qū)域的高壓下有良好的潤滑和抗粘著性能。2024/3/13五、超硬磨料砂輪的平衡靜平衡動平衡

力矩平衡，用于窄砂輪的平衡，是在一個平面上的平衡。（1）機外靜平衡架上平衡（2）機上動態(tài)平衡（3）機外動態(tài)平衡

力偶平衡，用于寬砂輪和多砂輪軸的平衡，是在一個有一定長度的體上進行力偶平衡。一般在動平衡機上進行。一、超精密磨削和鏡面磨削超精密磨削的加工精度達到或高于0.1μm，表面粗糙度Ra低于0.025μm，是一種亞微米級的加工方法；對于鋼、鐵材料和陶瓷、玻璃等硬脆材料是一種重要的加工方法。鏡面磨削加工表面粗糙度Ra達到0.02～0.01μm，屬于精密和超精密磨削范疇。

超精密磨削的特點：超精密磨床是超精密磨削的關(guān)鍵；超精密磨削是一種超微量去除加工；超精密磨削是一個高精度、高穩(wěn)定性的系統(tǒng)工程。超精密磨削2024/3/13二、超精密磨削機理超微量切除超精密磨削是一種極薄切削，切削厚度極小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒內(nèi)進行，因此磨削力一定要超過晶體內(nèi)部非常大的原子、分子結(jié)合力，從而磨粒上所承受的切應(yīng)力就急速地增加并變得非常大，可能接近被磨削材料的剪切強度極限。磨粒切削刃處受到高溫和高壓作用，要求磨粒材料有很高的高溫強度和高溫硬度。普通磨料在這種情況下會很快磨損或崩裂，以隨機方式不斷形成新切削刃，雖可連續(xù)磨削，但得不到高精度小表面粗糙度的磨削質(zhì)量。因此，在超精密磨削時，一般采用人造金剛石、立方氮化硼等超硬磨料砂輪。二、超精密磨削機理磨削加工過程單顆粒磨削1）磨粒是一顆具有彈性支承（結(jié)合劑）的和大負(fù)前角切削刃的彈性體。2）磨粒切削刃的切入深度是從零開始逐漸增加，到達最大值再逐漸減少，最后到零。3）磨粒磨削時在工件的接觸過程中，開始是彈性區(qū)，繼而塑性區(qū)、切削區(qū)、塑性區(qū)，最后是彈性區(qū)。4）超精密磨削時有微切削作用、塑性流動和彈性破壞作用，同時還有滑擦作用。磨削加工過程

磨削加工是無數(shù)磨粒的連續(xù)磨削。加工的實質(zhì)是工件被磨削的表層，在無數(shù)磨粒瞬間的擠壓，摩擦作用下產(chǎn)生變形，而后轉(zhuǎn)為磨屑，并形成光潔表面的過程。磨削過程可分為三個階段：砂輪表面的磨粒與工件材料接觸，發(fā)生彈性變形，磨粒繼續(xù)切入工件（切削深度增加），工件材料進入塑性階段，材料晶粒發(fā)生滑移。塑性變形不斷增大，當(dāng)力達到工件的強度極限時，被磨削層材料產(chǎn)生擠裂，即進入切削階段，最后被切離。當(dāng)磨削切入量達到最大值后，逐漸減少，最后到零，同時經(jīng)歷塑性區(qū)和彈性區(qū)。二、超精密磨削機理三、超精密磨床超精密磨床的特點

（1）高精度尺寸精度：±0.25～±0.5μm；圓度：0.25～0.1μm；圓柱度：25000：0.25～5000：1μm

表面粗糙度：Ra0.006～0.01μm

（2）高剛度剛度值一般應(yīng)在200N/μm以上（3）高穩(wěn)定性（4）微進給裝置使砂輪獲得行程為2～50μm，位移精度為0.02～0.2μm，分辨率達0.01～0.1μm。（5）計算機數(shù)控超精密磨床的結(jié)構(gòu)超精密磨床在結(jié)構(gòu)上的發(fā)展趨勢：（1）主軸軸承由動壓向動靜壓和靜壓發(fā)展，由液體靜壓向空氣靜壓發(fā)展。(空氣靜壓軸承精度高、發(fā)熱小穩(wěn)定、工作環(huán)境易清潔，但要注意提高承載能力)（2）多采用空氣靜壓導(dǎo)軌，也有采用精密研磨配制的鑲鋼滑動導(dǎo)軌。（3）床身、工作臺等逐漸采用穩(wěn)定性好的天然或人造花崗巖。（4）整個機床采用對稱結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)、淋浴結(jié)構(gòu)等熱穩(wěn)定性措施。四、超精密磨削工藝

砂輪線速度：1860m/min

工件線速度：4～10m/min

工作臺縱向進給速度：50～100mm/min

磨削深度：0.5～1μm

磨削橫進給次數(shù)：2～4次無火花磨削次數(shù)：3～5次磨削用量：2～5μm五、超硬微粉砂輪超精密磨削機理、特點和應(yīng)用超硬微粉砂輪超精密磨削機理與超精密磨削的機理基本相同，在磨削過程中微切削作用仍是主要的，還有塑性流動和滑移變形。塑性流動是由于磨粒與被加工表面磨擦所產(chǎn)生的冷塑性流動以及高速時磨粒磨擦發(fā)熱所引起的；滑移變形是由于材料晶體內(nèi)存在位錯缺陷或微裂紋所產(chǎn)生的。超硬微粉砂輪超精密磨削特點1.由于磨料是微粉級，粒度很細(xì)，磨削可獲得極小的表面粗糙度和很高的幾何尺寸和形狀精度；2.是一種固結(jié)磨料的微量去除加工方法，加工效率高；3.磨料粒度很細(xì)，容屑空間很小，磨削容易堵塞，需要進行在線修整，才能保證磨削的正常進行和加工質(zhì)量；4.磨削要在超精密磨床上進行，機床上應(yīng)有微進給裝置，設(shè)備價格高。超硬微粉砂輪超精密磨削應(yīng)用已成功用于加工各種非金屬材料和有色金屬及其合金材料零件中的各種表面加工。金剛石微粉砂粒金剛石微粉砂輪一般是以粒度為W40~W5的金剛石微粉為磨料，采用樹脂、陶瓷、金屬（銅、纖維鑄鐵）為結(jié)合劑，可采用燒結(jié)法、電鑄法和氣相沉積法制作。有關(guān)超硬微粉超精密磨削的砂輪選擇、砂輪修整、砂輪平衡和磨削液的選擇均可參考超硬磨料精密磨削加工所述。超硬微粉砂輪超精密磨削用量與所用機床、被加工材料、砂輪的磨粒材料、粒度、結(jié)合劑、結(jié)構(gòu)和平衡都有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況做工藝試驗來確定。磨削深度的值應(yīng)小于微粉顆粒的大小。超硬微粉砂輪超精密磨削工藝復(fù)合結(jié)合劑金剛石微粒砂輪超精密磨削樹脂—金屬復(fù)合結(jié)合劑金剛石微粉砂輪的結(jié)構(gòu)和特點砂輪的表層為樹脂結(jié)合劑結(jié)構(gòu)，里層為金屬結(jié)合劑結(jié)構(gòu)，得到整體支承剛度好、表面有柔性的金剛石砂輪，能夠同時達到精度高又表面粗糙值小的加工表面。但是由于樹脂結(jié)合劑彈性大、易變形、因此不利于保證高形狀精度；同時，樹脂結(jié)合劑金剛石微粉砂輪的磨粒易于埋在結(jié)合劑中，磨粒之間的容屑空間減小，磨削中易于發(fā)生阻塞，導(dǎo)致砂輪的切削能力大幅度降低，加工表面質(zhì)量惡化。

樹脂—金屬復(fù)合結(jié)合劑金剛石微粉砂輪的制作原理在砂輪制造過程中，加入銅粉可以限制樹脂變形，提高整體性。再燒結(jié)成形——修整——電解處理。

樹脂—金屬復(fù)合結(jié)合劑金剛石微粉砂輪的磨削電解處理后的砂輪磨削的表面的粗糙度明顯減小，銅粉所占比例越小，表面粗糙度越小。砂帶磨削方式閉式砂帶磨削開式砂帶磨削采用無接頭或有接頭的環(huán)形砂帶，通過張緊輪撐緊，由電動機通過接觸輪帶動砂帶高速回轉(zhuǎn)，工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺縱向及橫向進給運動，從而對工件進行磨削。效率高、噪聲大、易發(fā)熱，用于粗、半精和精加工。采用成卷砂帶，由電動機經(jīng)減速機構(gòu)通過卷帶輪帶動砂帶作極緩慢的移動，砂帶繞過接觸輪并以一定的工作壓力與工件被加工表面接觸，工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺縱向及橫向進給，從而對工件進行磨削。砂帶在磨削過程中的連續(xù)緩慢移動，切削區(qū)不斷出現(xiàn)新砂粒，磨削質(zhì)量高且穩(wěn)定，磨削效果好。效率不如閉式磨削，用于精密和超精密磨削。一、砂帶磨削方式、特點和應(yīng)用范圍精密和超精密砂帶磨削閉式砂帶削砂帶磨削分類：按砂帶與工件接觸形式分為接觸輪式、支承板（輪）式、自由浮動接觸式和自由接觸式。按加工表面類型分為外圓、內(nèi)圓、平面、成形表面等磨削方式。開式砂帶磨削一、砂帶磨削方式、特點和應(yīng)用砂帶磨削特點1）砂帶與工件是柔性接觸，磨粒載荷小而均勻，砂帶磨削工件表面質(zhì)量高，表面粗糙度可達Ra0.05～0.01μm，砂帶磨削又稱“彈性”磨削。2）砂帶制作時，用靜電植砂法易于使磨粒有方向性，力、熱作用小，有較好的切削性，有效地減小了工件變形和表面燒傷。工件的尺寸精度可達5～0.5μm，平面度可達1μm。砂帶磨削又有“冷態(tài)”磨削之稱。3）砂帶磨削效率高，無需修整，有“高效”磨削之稱。4）砂帶制作簡單方便，無燒結(jié)、動平衡等問題，價格也便宜，砂帶磨削設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，有“廉價”磨削之稱。5）砂帶磨削有廣闊的工藝性和應(yīng)用范圍、很強的適應(yīng)性，有“萬能”磨削之稱。砂帶磨削應(yīng)用砂帶磨削不能加工窄退刀槽的階梯軸、階梯孔、盲小孔、齒輪等，對形狀和位置精度要求高的也不如精密砂輪磨削。砂帶研拋加工：是在砂帶磨削的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，是一種精密和超精密加工方法，其加工為開式砂帶磨削方式，用細(xì)粒度砂粒，以聚酯薄膜作為基底的砂帶。1）接觸輪外緣材料為橡膠、塑料時，加工時的拋光作用強；2）接觸輪外緣材料為鋼鐵、銅、膠木時，加工時的研磨作用強；3）接觸輪外緣材料為半軟半硬時，加工時研磨、拋光兼有。二、砂帶磨削機理圖3-26砂輪磨削和砂帶磨削的接觸區(qū)和載荷分布情況砂帶磨削時，彈性變形區(qū)的面積較大，使磨粒承受的載荷減小，載荷值也較均勻，且有減振作用。砂帶磨削時材料的塑性變形和摩擦力均較砂輪磨削時減小，力和熱的作用降低，工件溫度降低。砂帶粒度均勻、等高性好，磨粒尖刃向上，有方向性，且切削刃間隔長，切屑不易堵塞，有較好的切削性。但提高工件幾何精度有困難。有砂輪磨削的滑擦、耕犁、切削；磨粒擠壓，使加工表面產(chǎn)生塑性變形、硬化和斷裂；摩擦升溫引起熱塑性流動。

砂帶磨削兼有磨削、研磨和拋光的綜合作用，是一種復(fù)合加工。三、精密砂帶磨床和砂帶頭架砂帶磨削頭架閉式磨削頭架組成：接觸輪（或支撐板）、主動輪、張緊輪、張緊機構(gòu)、調(diào)偏機構(gòu)、電動機、基座等。砂帶磨床與砂輪磨床只有頭架不同。開式磨削頭架電機9--減速器11--卷帶輪5--帶動砂帶緩慢移動。1和7產(chǎn)生的摩擦阻尼使砂帶在移動中保持撐緊。移動油缸4經(jīng)杠桿3使接觸輪2移向或離開工件。卷狀砂帶裝在砂帶輪上，通過斜面撐緊機構(gòu)，由三條滑塊撐緊，擰緊或松開帶錐面的螺母，可方便裝卸砂帶。砂帶設(shè)置在上方。砂帶振動磨削

砂帶振動磨削是開式砂帶磨削和振動疊加的復(fù)合加工。1)在開式砂帶磨削時，振動可彌補工件不能高速運動時效率下降，使加工效率大大提高。2）振動的疊加可以形成復(fù)雜而又不重復(fù)地磨削軌跡，形成網(wǎng)狀紋，有利于降低表面粗糙度，得到很低粗糙度值的加工表面。3）可采用干式磨削，加工表面不易出現(xiàn)劃痕。4）對寬砂帶，沿接觸輪軸向振動可使砂帶不跑偏和磨損均勻。三、精密砂帶磨床和砂帶頭架接觸輪接觸輪的輪轂和外緣由不同材料制成，一般輪轂用鋼鐵，外緣可用鋼、銅、橡膠等材料。有齒形的表面，螺旋角多選用30-60°，精磨選30°，粗磨選45-60°接觸輪外緣截面形狀有平滑形(精度高)、齒形和填充形2024/3/13三、精密砂帶磨床和砂帶頭架接觸輪的選用原則（1）接觸輪的硬度越大，加工表面粗糙度越大；（2）除軟質(zhì)接觸輪因超速而發(fā)生硬化外，速度高，所獲得的表面粗糙度就低；（3）鋸齒形接觸輪與表面平滑的接觸輪相比，砂帶的使用壽命要長；（4）在加工工件的硬度一定時，硬質(zhì)接觸輪比軟質(zhì)接觸輪的切削量大。其他元件：主動輪、張緊輪及張緊機構(gòu)（產(chǎn)生張緊力）、調(diào)偏機構(gòu)（防止砂帶在運動中跑偏）、振蕩機構(gòu)（使砂帶在運動過程中沿接觸輪軸向產(chǎn)生往復(fù)位移，使砂帶磨削均勻，減小加工表面粗糙度值）。四、精密砂帶磨削工藝砂帶磨削用量選擇砂帶速度對閉