磨削原理

null第八节 磨削原理第八节 磨削原理2.8 磨削原理2.8 磨削原理磨削是一种精加工方法。 尺寸精度可达IT5～IT7。 表面粗糙度能达到0.8～0.08μm. 2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择砂轮是由磨料加结合剂烧制而成的。主要起切削作用主要起粘接作用主要起容屑和冷却作用常用的磨削工具：2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状 磨料：其选择主要取决于工件材料的硬度应具备的条件：硬度高、红硬性好；有一定的强度和韧性；有锋利的边刃 常用的磨料：氧化物系：主要成分是三氧化二铝 碳化物系：通常以碳化硅、碳化硼等为肌体 高硬磨料系：主要有人造金刚石和立方氮化硼(CBN)2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状 粒度：指磨料颗粒的尺寸大小，对颗粒的最大尺寸大于40μm的磨料用磨粒能通过的筛网上每英寸长度上的孔数表示粒度号；直径小于40μm时的磨粒称为微粉。60号粒度：磨粒能通过每英寸长度上有60个孔眼的筛网 尺寸为20μm的微粉，其粒度号为W20 砂轮粒度的对比粒度号越大，砂轮越细粒度的选择取决于加工表面粗糙度的要求2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状 粒度：常见砂轮粒度及使用范围2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状 结合剂：将磨粒粘合在一起，使砂轮具有一定的强度、气孔、硬度和抗腐蚀、抗潮湿等性能 。它直接影响砂轮的强度、耐热性和耐用度陶瓷结合剂（代号V） 树脂结合剂（代号B）        橡胶结合剂（代号R）                 金属结合剂（代号M） 结合剂的选择取决于磨削速度2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择结合剂的选择2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状 硬度：磨粒与结合剂的粘结强度。砂轮硬，磨粒不易脱落；砂轮软，磨粒易于脱落。 砂轮硬度选择原则：2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择 砂轮硬度选择原则：2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状 组织：砂轮组织表示磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占比例越大，砂轮组织越紧密，气孔越小。2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择决定砂轮特性的要素：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及尺寸形状 组织的选择：  1）紧密组织砂轮适于精加工、成型磨削及重压下的磨削。   2）中等组织砂轮适于一般磨削。   3）疏松组织砂轮不易堵塞，适于平面磨、内圆磨等磨削接触面大的工序，以及磨削热敏性强的材料或薄壁工件。2.8.1砂轮的特性和选择2.8.1砂轮的特性和选择常见砂轮形状、代号及其用途2.8.2磨削运动及磨削用量2.8.2磨削运动及磨削用量常用的磨削方法： 外圆磨削 平面磨削 内圆磨削 成型磨削 无心外圆磨削2.8.2 磨削运动及磨削用量2.8.2 磨削运动及磨削用量各 种 磨 削 加 工2.8.2磨削运动及磨削用量2.8.2磨削运动及磨削用量2.8.2磨削运动及磨削用量2.8.2磨削运动及磨削用量磨削的主运动：砂轮的旋转运动vc2.8.2磨削运动及磨削用量2.8.2磨削运动及磨削用量磨削的进给运动：工件的切向运动vw2.8.2磨削运动及磨削用量2.8.2磨削运动及磨削用量工件的轴向进给运动fa：工件转一周，工件和砂轮在砂轮轴线方向的相对位移 根据砂轮宽度B选则：粗磨： fa＝(0.3~0.85)B 精磨： fa＝(0.2~0.3)B2.8.2磨削运动及磨削用量2.8.2磨削运动及磨削用量径向进给运动fr：工作台两个行程之间砂轮在半径方向上的相对位移 选择：粗磨： fr＝(0.01~0.07)mm/行程 精磨： fr＝(0.005~0.02)mm /行程2.8.3磨削过程2.8.3磨削过程 磨削过程示意图磨粒在砂轮工作表面上是随机分布的 每一颗磨粒的形状和大小都是不规则的 砂轮工作表面的形貌特征2.8.3磨削过程2.8.3磨削过程 磨粒形状不规则，其刀尖角为90o~120o 均为负前角 磨粒的切削刃为空间曲线，前刀面为空间曲面且形状不规则 磨粒的切削刃有几个~几十个微米的圆角，经过修正磨粒上会出现微刃 磨粒的特点2.8.3磨削过程2.8.3磨削过程滑擦阶段 刻划阶段 切削阶段 切屑的形成过程磨削塑性材料时，形成带状切屑； 磨削脆性材料时，形成挤裂切屑。 在磨削过程中产生的高温作用下，切屑熔化可成为球状或灰烬形态 单颗磨粒的切削过程磨削的切削厚度很薄只有0.005-0.05mm2.8.3磨削过程2.8.3磨削过程 切屑的形成过程 单颗磨粒的切削过程滑擦—刻划—切削2.8.3磨削过程2.8.3磨削过程单个磨粒的切削厚度2.8.4磨削力2.8.4磨削力F的产生来源：工件弹性、塑性变形的阻力；磨粒与切屑、磨粒与工件之间的摩擦力 F的三个分力：主切削力Fc；切深力Fp；进给力Ff2.8.4磨削力2.8.4磨削力F的特点： 单位摩擦力大 切深力Fp大于主切削力Fc 主切削力Fc大于进给力Ff。 磨削力随不同的磨削阶段而变化表2－7 磨削时的Fp/Fc比值2.8.4磨削力2.8.4磨削力影响磨削力F的因素 砂轮速度增大，F随之减小 工件速度、轴向进给量增大，F增大 径向进给量增大，F增大 砂轮的磨损，F 增大2.8.5磨削热与磨削温度2.8.5磨削热与磨削温度磨削热的产生：划擦阶段、刻划阶段、切削阶段消耗的能量绝大部分转换为热量产生磨削热 磨削温度的概念： 工件平均温度：指磨削热传入工件引起的工件温升，它影响工件的形状和尺寸精度。在精磨时，为获得高尺寸精度，要尽可能降低工件平均温度并防止局部温度不均 磨粒磨削点温度θdot： 指磨粒切削刃与切屑接触部分的温度，是磨削中温度最高的部位，可达1000℃左右。是研究磨削刃的热损伤、砂轮的磨损、破碎和粘附等现象的重要因素。 磨削区温度θA：指砂轮与工件接触区的平均温度，一般约有500～800℃，它与磨削烧伤和磨削裂纹的产生有密切关系    磨削加工工件表面层的温度分布，是指沿工件表面层深度方向温度的变化，它与加工表面变质层的生成机理、磨削裂纹和工件的使用性能有关。2.8.5磨削热与磨削温度2.8.5磨削热与磨削温度砂轮磨削区温度和磨粒磨削点温度图磨削热的产生：划擦阶段、刻划阶段、切削阶段消耗的能量绝大部分转换为热量产生磨削热 磨削温度的概念：一定要把磨削区温度、磨粒磨削点温度和工件平均温度三者的含义区分清楚 2.8.5磨削热与磨削温度2.8.5磨削热与磨削温度影响磨削温度的因素： 砂轮速度 工件速度 径向进给量 工件材料 砂轮硬度与粒度2.8.6磨削表面质量2.8.6磨削表面质量 表面粗糙度： Vc、Vw—分别为砂轮和工件的速度 Rt、Rw—分别为砂轮和工件的半径 m—单位面积上的磨粒数 e—未变形切屑的宽度与平均厚度的比值经验公式2.8.6磨削表面质量2.8.6磨削表面质量磨削表面粗糙度公式的讨论：2.8.6磨削表面质量2.8.6磨削表面质量磨削表面层的机械物理性能：表面烧伤表面残余应力磨削裂纹2.8.6磨削表面质量2.8.6磨削表面质量改善磨削表面层的机械物理性变化的途径 ： 减少磨削热： 加速磨削热传出： 选择合适的磨削用量和适当的光磨次数减小径向进给量fr；选取较软的砂轮；减少工件和砂轮的接触面积；根据磨削要求合理选择砂轮的粒度；经常保持砂轮在锋利条件下磨削，并选择适宜的润滑性能较好的切削液，以减小磨粒与工件间摩擦等。 除了适当提高工件速度和轴向进给量外，主要是采用有效的冷却方法:采用喷雾冷却、高压冷却和内冷却2.8.7砂轮的磨损与修整2.8.7砂轮的磨损与修整砂轮的磨损磨耗磨损     破碎磨损     堵塞粘附按照磨损机理的不同将砂轮磨损过程分为三个阶段：     1）初期阶段的磨损主要是磨粒的破碎     2）第二阶段的磨损主要是磨耗磨损     3）第三阶段的磨损主要是结合剂破碎2.8.7砂轮的磨损与修整2.8.7砂轮的磨损与修整砂轮的修整砂轮工作表面修整后的砂粒微刃  修整工具本身不作旋转运动   修整工具本身作回转运动或直线运动   修整工具是钢的或硬质合金的挤压轮目的：用修整工具把砂轮工作表面修整成所要求的型廓和锐度修整方式2.8.8磨削液2.8.8磨削液磨削液的作用：润滑及冷却、洗涤和防锈 磨削液的种类：2.8.8磨削液2.8.8磨削液通常采用的磨削液供给方法是浇注法，即用低压泵把磨削液输送至喷嘴，借助液体本身的重力作用浇注到砂轮与工件的接触区。 为冲破环绕砂轮表面的气流障碍，提高冷却润滑效果，对供液方法做了不少改进，例如采用压力冷却，砂轮内冷却，喷雾冷却，浇注法与超声波并用以及对砂轮作浸渍处理，实现固体润滑等磨削液的磨削液的供给方法：2.8.9几种高效的磨削技术2.8.9几种高效的磨削技术高速磨削 强力磨削（缓进给大切深磨削） 砂带磨削2.8.9几种高效的磨削技术2.8.9几种高效的磨削技术高速磨削普通磨削：vc = 30～35m/s 高速磨削：vc > 45或50 m/s与普通磨削相比，生产效率可比普通磨削高30～40%。 表2－12高速磨削砂轮的选择2.8.9几种高效的磨削技术2.8.9几种高效的磨削技术强力磨削特点：材料去除率高 砂轮磨损小 磨削质量好 磨削力和磨削热大 进给深度：2～20mm 进给速度：10～30mm/min2.8.9几种高效的磨削技术2.8.9几种高效的磨削技术砂带磨削砂带是在带基上（带基材料多采用聚碳酸脂薄膜）粘接细微砂粒（称为"植砂"）而构成 磨削表面质量好：“弹性磨削”，粗糙度可达Ra 0.02μm 磨削性能强，磨削条件稳定 磨削效率高：“高效磨削” ，加工效率可达铣削的10倍 经济性好：设备简单，无须平衡和修整，砂带制作方便，成本低 适用范围广 ：可用于内、外表面及成形表面加工 砂带磨削特点：图2－44 静电植砂砂带结构2.8.9几种高效的磨削技术2.8.9几种高效的磨削技术导轮式砂带无心外圆磨削砂带定心外圆磨削接触轮式砂带磨削回转式砂带内圆磨削支承板式式砂带平面磨削支承轮式砂带平面磨削