高效磨削技術(shù)

1、2021/3/171第八章 高效及精密磨削技術(shù)高速磨削緩進(jìn)給磨削高速深切磨削精密、高精密、超精密磨削工藝2021/3/172鏡面磨削加工工藝電解磨削其他高效磨削工藝簡介2021/3/1738.1 高速磨削u 高速磨削是通過提高砂輪線速度來達(dá)到提高磨高速磨削是通過提高砂輪線速度來達(dá)到提高磨削去除率和磨削質(zhì)量的工藝方法。一般砂輪線速度削去除率和磨削質(zhì)量的工藝方法。一般砂輪線速度高于高于45m/s時(shí)就屬于高速磨削。時(shí)就屬于高速磨削。u 高速磨削技術(shù)是磨削工藝本身的革命性躍變高速磨削技術(shù)是磨削工藝本身的革命性躍變,日本先端技術(shù)研究會(huì)把高速加工列為五大現(xiàn)代制造日本先端技術(shù)研究會(huì)把高速加工列為五大現(xiàn)代制造

2、技術(shù)之一。國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)技術(shù)之一。國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)( CIRA)將高速磨削技將高速磨削技術(shù)確定為面向術(shù)確定為面向21世紀(jì)的中心研究方向之一。世紀(jì)的中心研究方向之一。2021/3/174u 高速磨削的優(yōu)點(diǎn)高速磨削的優(yōu)點(diǎn) 磨粒的磨粒的未變形切屑厚度未變形切屑厚度減小減小,磨削力磨削力下降。下降。 砂輪磨損砂輪磨損減少減少,提高砂輪壽命。提高砂輪壽命。 在磨粒最大未變形切削厚度不變的情況下在磨粒最大未變形切削厚度不變的情況下,加大磨削加大磨削 深度或工件的速度深度或工件的速度,提高提高磨削效率。磨削效率。 切削變形程度小切削變形程度小,磨粒殘留切痕深度減小磨粒殘留切痕深度減小,磨削厚度變磨削厚度變

3、 薄薄,還可以改善表面質(zhì)量及減小尺寸和形狀誤差。還可以改善表面質(zhì)量及減小尺寸和形狀誤差。 高速磨削離心力大高速磨削離心力大,易導(dǎo)致砂輪破裂易導(dǎo)致砂輪破裂,需要開發(fā)高強(qiáng)度砂需要開發(fā)高強(qiáng)度砂輪輪, ,要求機(jī)床有足夠功率、剛度及精度和安全防護(hù)措施。要求機(jī)床有足夠功率、剛度及精度和安全防護(hù)措施。2021/3/1758.1.18.1.1 高速磨削原理高速磨削原理 高速磨削是高速磨削是提高磨削精度、表面質(zhì)量提高磨削精度、表面質(zhì)量的有效方法的有效方法,又是增又是增加磨削效率的有效方法。下面對(duì)高速磨削過程中的基本問題加磨削效率的有效方法。下面對(duì)高速磨削過程中的基本問題作一討論。作一討論。1. 未變形磨削層厚度

4、及切屑長度未變形磨削層厚度及切屑長度 在外圓切入磨削時(shí)在外圓切入磨削時(shí),單顆磨粒末變形切屑長度單顆磨粒末變形切屑長度ls及未變形切及未變形切屑的平均厚度屑的平均厚度 計(jì)算式為計(jì)算式為:gaswwsspswswsrwsgpssssvd dlavddvv daavlvl wsrswsvvvd式中：磨粒平均間距；切入進(jìn)給速度；-工件速度；砂輪速度；d工件直徑；砂輪直徑。2021/3/176從上述二式中可知從上述二式中可知, 增加增加, 、 均增加均增加(因因 小小,所以影響程所以影響程度不大度不大), 增加增加, , 、 均下降。在去除一定工件體積時(shí)均下降。在去除一定工件體積時(shí),增增加加 ,單位時(shí)間

5、內(nèi)通過磨削區(qū)的磨粒數(shù)增加單位時(shí)間內(nèi)通過磨削區(qū)的磨粒數(shù)增加,所以未變形所以未變形切削厚度減少。切削厚度減少。wvgaslwvsvgaslsv2021/3/1772. 磨削力磨削力 砂輪速度砂輪速度 及單位寬度金屬磨除率及單位寬度金屬磨除率 對(duì)單位磨削寬度對(duì)單位磨削寬度上磨削力（上磨削力（ ）的影響如圖）的影響如圖8-1所示。由圖可知所示。由圖可知,在金在金屬去除率屬去除率 一一 定時(shí)定時(shí), 提高提高, 均下降均下降,系統(tǒng)變形減少。系統(tǒng)變形減少。svwzntFFsvntFF2021/3/1783. 磨削熱磨削熱 在磨削中工件受到磨削熱的影響在磨削中工件受到磨削熱的影響,最高溫度發(fā)生在工件表最高溫度

6、發(fā)生在工件表面上。工件表面上最高溫度的近似計(jì)算公式如下面上。工件表面上最高溫度的近似計(jì)算公式如下:maxw ms rwAc qvvavww22p3cm cc0.7 0.9qcmsm/ sc /);mAkgm2式 中 ：受 熱 面 積 （） ；傳 入 工 件 的 熱 比 例 ，； -單 位 時(shí) 內(nèi) 單 位 面 積 的 熱 量 （ J/（） ） ； -導(dǎo) 熱 率 （ W/(m K); -熱 擴(kuò) 散 率 ，=（） ；體 積 質(zhì) 量 密 度 （2021/3/179n 圖圖8-4給出了工件速度給出了工件速度vw、砂、砂輪速度輪速度vs對(duì)工件對(duì)工件表面溫度表面溫度的影響。的影響。由圖中可以看出由圖中可以看

7、出,vw在在40m/min前前,增大增大vw 工件表面溫度顯著下降。工件表面溫度顯著下降。超過超過40m/min后后,再增大再增大vw,工件表工件表面溫度幾乎不變化。面溫度幾乎不變化。vs增大增大,其工其工件表面溫度變化不大。但件表面溫度變化不大。但vw 越過越過40m/min時(shí)時(shí),再增大時(shí)再增大時(shí),未變形磨削未變形磨削層厚度增大層厚度增大,因而使磨削力增大因而使磨削力增大,則砂輪磨粒破碎則砂輪磨粒破碎,脫落會(huì)變得嚴(yán)重脫落會(huì)變得嚴(yán)重起來起來,砂輪磨損加劇砂輪磨損加劇,導(dǎo)致工件表導(dǎo)致工件表面質(zhì)量惡化。面質(zhì)量惡化。2021/3/1710n 綜上所述綜上所述,可以認(rèn)為存在著工件速度的臨界速度。其原可

8、以認(rèn)為存在著工件速度的臨界速度。其原因是因是:當(dāng)當(dāng)q80時(shí)時(shí),砂輪處于磨碎與脫落的范圍砂輪處于磨碎與脫落的范圍,使總磨削能使總磨削能減少。當(dāng)減少。當(dāng)q120時(shí)時(shí),砂輪自銳作用較差砂輪自銳作用較差,因而使磨削溫度上因而使磨削溫度上升。但有的研究認(rèn)為升。但有的研究認(rèn)為,在高速磨削機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)存在著跳在高速磨削機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)存在著跳過引起工件熱損傷的臨界速度范圍?？梢詤⒖己竺孢^引起工件熱損傷的臨界速度范圍?？梢詤⒖己竺鍴EDG關(guān)于關(guān)于vs、vw對(duì)工件溫度的影響。對(duì)工件溫度的影響。2021/3/17114砂輪磨損與表面粗糙度砂輪磨損與表面粗糙度n 在普通磨削中砂輪磨損的主要原因是磨粒磨耗磨損在普通磨

9、削中砂輪磨損的主要原因是磨粒磨耗磨損及磨粒的破損與脫落。高速磨削中及磨粒的破損與脫落。高速磨削中,由于未變形磨屑層厚由于未變形磨屑層厚度較小度較小,磨粒不易破損與脫落磨粒不易破損與脫落,砂輪耐用度增加砂輪耐用度增加,磨削力下磨削力下降降,磨削表面質(zhì)量好。磨削表面質(zhì)量好。u 在一定金屬切除率條件下在一定金屬切除率條件下,vs增加增加,砂輪徑向磨損量降砂輪徑向磨損量降低低,表面粗糙度得到改善表面粗糙度得到改善,發(fā)生顫振的金屬磨除體積發(fā)生顫振的金屬磨除體積vw增增大大,提高了磨削效率。提高了磨削效率。vs增加增加,切屑變薄切屑變薄,則工件表面上磨則工件表面上磨痕深度變小痕深度變小,表面上殘留凸峰變小

10、表面上殘留凸峰變小,表面粗糙度得到改善。表面粗糙度得到改善。2021/3/17128.1.2 高速磨削砂輪高速磨削砂輪1. 高速磨削砂輪應(yīng)力分析高速磨削砂輪應(yīng)力分析u 磨削中在砂輪上的作用力有磨削中在砂輪上的作用力有磨削力、熱應(yīng)力、夾緊力和離心磨削力、熱應(yīng)力、夾緊力和離心力。高速磨削中造成砂輪破損的力。高速磨削中造成砂輪破損的主要因素是砂輪自身的離心力。主要因素是砂輪自身的離心力。離心力與砂輪速度離心力與砂輪速度vs的平方成比的平方成比例增大。受離心力影響例增大。受離心力影響,砂輪受到砂輪受到很大應(yīng)力。很大應(yīng)力。 2021/3/1713應(yīng)力應(yīng)力r r , ,t t的計(jì)算式如下的計(jì)算式如下: :

11、 222222222231()()83131()()830.20 0.25ssirsssssitssssisiwvrrrKgrrwvvrrrKgvrrvrrrr式中：砂輪泊松比，陶瓷結(jié)合劑砂輪約為； K-砂輪孔徑與外圓半徑之比，即K=; 砂輪外圓半徑； 砂輪內(nèi)孔半徑。u 一般高速砂輪寬度與砂輪半徑之比一般高速砂輪寬度與砂輪半徑之比 bs/rs0.5 ,可用上可用上兩式計(jì)算兩式計(jì)算r r 和和t t 。2021/3/1714u右圖給出了砂輪的應(yīng)力分布情況右圖給出了砂輪的應(yīng)力分布情況,從圖中看出從圖中看出 t t r r,對(duì)于砂輪因離對(duì)于砂輪因離心力破壞而言心力破壞而言,力力t t的大小是非常重的

12、大小是非常重要的。要的。n不同的不同的 比值比值,砂輪應(yīng)力分布不砂輪應(yīng)力分布不同同,經(jīng)研究應(yīng)力分部有如下特點(diǎn)經(jīng)研究應(yīng)力分部有如下特點(diǎn): (1)無孔砂輪無孔砂輪,在砂輪中心處在砂輪中心處, t t = =r rsirrK 圖圖8.6 砂輪應(yīng)力分布情砂輪應(yīng)力分布情況況(2)在在ri 0 時(shí)時(shí),切向力切向力 總足大于徑向力總足大于徑向力,t t的最大值在砂的最大值在砂輪孔壁處。輪孔壁處。(3)在相同的任意半徑處在相同的任意半徑處,K值越大的砂輪值越大的砂輪,其徑向應(yīng)力越大。其徑向應(yīng)力越大。應(yīng)盡量采用應(yīng)盡量采用K值小的砂輪值小的砂輪2021/3/1715n 經(jīng)過上述分析可知經(jīng)過上述分析可知,離心力引起

13、砂輪破壞離心力引起砂輪破壞,應(yīng)主要考慮應(yīng)主要考慮切切向應(yīng)力向應(yīng)力,砂輪孔壁處應(yīng)有較大的強(qiáng)度砂輪孔壁處應(yīng)有較大的強(qiáng)度,所以可根據(jù)此采取補(bǔ)所以可根據(jù)此采取補(bǔ)強(qiáng)劑強(qiáng)劑(如樹脂如樹脂),以增強(qiáng)砂輪孔壁處的強(qiáng)度以增強(qiáng)砂輪孔壁處的強(qiáng)度,以經(jīng)受切向應(yīng)力以經(jīng)受切向應(yīng)力的作用。最大切向應(yīng)力達(dá)到砂輪的單向抗拉強(qiáng)度時(shí)的作用。最大切向應(yīng)力達(dá)到砂輪的單向抗拉強(qiáng)度時(shí),砂輪砂輪即破裂。即破裂。2021/3/17162提高高速砂輪強(qiáng)度的途徑提高高速砂輪強(qiáng)度的途徑 主要途徑是提高砂輪結(jié)合劑強(qiáng)度主要途徑是提高砂輪結(jié)合劑強(qiáng)度,以提高砂輪的抗拉強(qiáng)以提高砂輪的抗拉強(qiáng)度度,減少砂輪孔徑減少砂輪孔徑,對(duì)砂輪孔壁處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)砂輪孔壁處進(jìn)行

14、補(bǔ)強(qiáng)。 (1) 提高砂輪結(jié)合劑強(qiáng)度提高砂輪結(jié)合劑強(qiáng)度 在陶瓷結(jié)合劑中加入硼、鋰、在陶瓷結(jié)合劑中加入硼、鋰、鋇、鈣等可使結(jié)合劑強(qiáng)度提高。鋇、鈣等可使結(jié)合劑強(qiáng)度提高。(2)補(bǔ)強(qiáng)砂輪補(bǔ)強(qiáng)砂輪 圖圖8-6是各種補(bǔ)強(qiáng)砂是各種補(bǔ)強(qiáng)砂輪輪,圖圖a是砂輪內(nèi)部增加金屑絲或是砂輪內(nèi)部增加金屑絲或玻璃纖維網(wǎng)玻璃纖維網(wǎng),圖圖b是增加砂輪孔壁是增加砂輪孔壁的厚度的厚度,圖圖c是孔區(qū)使用細(xì)粒磨削是孔區(qū)使用細(xì)粒磨削,圖圖d是砂輪孔區(qū)浸漬樹脂是砂輪孔區(qū)浸漬樹脂,圖圖e是孔是孔區(qū)鑲嵌金屬環(huán)。區(qū)鑲嵌金屬環(huán)。2021/3/17173. 高速磨削的磨削液及供給方式高速磨削的磨削液及供給方式 (1)磨削液磨削液 常用常用水基及油基磨削

15、液水基及油基磨削液,在同一砂輪速度下在同一砂輪速度下,油基磨削液的金屬去除率高于水基磨削液。砂輪速度油基磨削液的金屬去除率高于水基磨削液。砂輪速度vs愈高愈高,油基的效果愈好。但油基磨削液冷卻性差油基的效果愈好。但油基磨削液冷卻性差,在高速磨在高速磨削中易產(chǎn)生油霧及著火削中易產(chǎn)生油霧及著火,從工件溫升角度考慮從工件溫升角度考慮,應(yīng)避免與防應(yīng)避免與防止工件表面燒傷。所以止工件表面燒傷。所以, 工件表面溫度應(yīng)低工件表面溫度應(yīng)低,要求磨削液要求磨削液的冷卻作用要足夠。的冷卻作用要足夠。 一般將一般將油與水混合油與水混合,采用水包油或油包水兩種形式采用水包油或油包水兩種形式,水水包油形式是以水為分散相

16、包油形式是以水為分散相,油為連續(xù)相油為連續(xù)相;油包水是以油為分油包水是以油為分散相散相,水為這續(xù)相。通常將水為這續(xù)相。通常將26的水混入油中形成油包水的水混入油中形成油包水的乳化液。油包水的磨削液的磨削比高的乳化液。油包水的磨削液的磨削比高,表面粗糙度得到表面粗糙度得到改善。改善。2021/3/1718(2)供給方式供給方式 高速磨削時(shí)高速磨削時(shí),砂輪回轉(zhuǎn)表面生成較強(qiáng)砂輪回轉(zhuǎn)表面生成較強(qiáng)氣流氣流。經(jīng)測(cè)試經(jīng)測(cè)試,砂輪兩端部氣流體壓力最大。砂輪速度提高一倍砂輪兩端部氣流體壓力最大。砂輪速度提高一倍,則氣流壓力將提高則氣流壓力將提高2.53倍。較強(qiáng)的氣流不能使磨削液進(jìn)倍。較強(qiáng)的氣流不能使磨削液進(jìn)入磨

17、削區(qū)。入磨削區(qū)。 解決這一問題可采用解決這一問題可采用氣流擋板氣流擋板、高壓磨削液高壓磨削液及及加大磨削液流量加大磨削液流量等辦等辦法。氣流擋板示意圖如圖法。氣流擋板示意圖如圖8-7所示所示,將將其安裝噴油嘴上方其安裝噴油嘴上方,使氣流經(jīng)擋板改使氣流經(jīng)擋板改變流動(dòng)方向變流動(dòng)方向,破壞氣流流入磨削區(qū)。破壞氣流流入磨削區(qū)。氣流擋板的上擋板及兩側(cè)擋板均可氣流擋板的上擋板及兩側(cè)擋板均可調(diào)。調(diào)。2021/3/1719n 用用加大磨削液壓力加大磨削液壓力的方法的方法,可以加大磨削液的流速可以加大磨削液的流速,沖沖破磨削區(qū)砂輪表面的氣膜破磨削區(qū)砂輪表面的氣膜,達(dá)到冷卻潤滑作用。加大磨削達(dá)到冷卻潤滑作用。加大

18、磨削液壓力液壓力,可提高金屬磨除率及磨削比可提高金屬磨除率及磨削比,工件表面溫升降低。工件表面溫升降低。n 磨削液流量增大后磨削液流量增大后,使磨削區(qū)溫度降低使磨削區(qū)溫度降低,可提高金屬磨可提高金屬磨除率及磨削比除率及磨削比,改善磨削質(zhì)量。但隨磨削液流量增大改善磨削質(zhì)量。但隨磨削液流量增大,砂輪砂輪與工件之間產(chǎn)生的與工件之間產(chǎn)生的楔形壓力增加楔形壓力增加,使磨削功率增大。使磨削功率增大。2021/3/17208.2 緩進(jìn)給磨削u 緩進(jìn)給磨削是一種高效的磨削加工工藝方法緩進(jìn)給磨削是一種高效的磨削加工工藝方法,它是它是采用采用增大磨削深度、降低進(jìn)給速度、形成砂輪與工件增大磨削深度、降低進(jìn)給速度、形

19、成砂輪與工件有較大的接觸面積有較大的接觸面積As（As=lsap）及高的速度比）及高的速度比q（q=vs/vw）,達(dá)到高的金屬磨除率達(dá)到高的金屬磨除率zw及精度、粗糙度要及精度、粗糙度要求高的目的。求高的目的。u 緩進(jìn)給磨削也稱作深切緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削或蠕動(dòng)磨削。緩進(jìn)給磨削也稱作深切緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削或蠕動(dòng)磨削。在平面磨削中占有主導(dǎo)地位在平面磨削中占有主導(dǎo)地位;現(xiàn)在已成為一種加工現(xiàn)在已成為一種加工韌性韌性材料材料（如鎳基合金）和（如鎳基合金）和淬硬材料淬硬材料的有效方法的有效方法,特別適用特別適用于加工各種于加工各種型面和溝槽型面和溝槽。其最理想的狀況是。其最理想的狀況是,原來需要原來需要經(jīng)過成型銑削

20、、倒角、熱處理和精磨幾道工序完成的經(jīng)過成型銑削、倒角、熱處理和精磨幾道工序完成的工作工作,采用緩進(jìn)給磨削采用緩進(jìn)給磨削,一道工序就可以完成。一道工序就可以完成。2021/3/1721 緩進(jìn)給磨削與普通磨削的緩進(jìn)給磨削與普通磨削的差別在于差別在于,砂輪的砂輪的磨削深度大磨削深度大（1-30mm）和工件的）和工件的進(jìn)給速進(jìn)給速度低度低（5-300mm/min）,工件工件的最終輪廓成形精度高。的最終輪廓成形精度高。 由于工件速度低由于工件速度低,在磨削在磨削時(shí)顯示出對(duì)工件成型表面的時(shí)顯示出對(duì)工件成型表面的形狀精度保持性比普通磨削形狀精度保持性比普通磨削好。好。2021/3/17228.2.1 砂輪與

21、工件接觸弧長度及接觸時(shí)間砂輪與工件接觸弧長度及接觸時(shí)間u 緩進(jìn)給磨削速比大緩進(jìn)給磨削速比大,單顆磨粒切下切屑薄而長單顆磨粒切下切屑薄而長,砂輪砂輪與工件接觸弧長度與工件接觸弧長度lc大大,普通磨削接觸弧長僅幾毫米普通磨削接觸弧長僅幾毫米,緩緩進(jìn)給磨削砂輪與工件接觸弧長進(jìn)給磨削砂輪與工件接觸弧長lc達(dá)幾厘米達(dá)幾厘米。接觸弧度。接觸弧度lc大大,消耗較大的磨削能消耗較大的磨削能,緩進(jìn)給磨削所需要的能量約是普緩進(jìn)給磨削所需要的能量約是普通磨削的通磨削的8倍。倍。u 當(dāng)緩進(jìn)給磨削選用與普通磨削相同的砂輪直徑與當(dāng)緩進(jìn)給磨削選用與普通磨削相同的砂輪直徑與砂輪速度時(shí)砂輪速度時(shí),緩進(jìn)給磨削砂輪轉(zhuǎn)一周中每顆磨粒

22、與工件緩進(jìn)給磨削砂輪轉(zhuǎn)一周中每顆磨粒與工件接觸長度大接觸長度大,延續(xù)的時(shí)間較長。單顆磨粒接觸工件的延延續(xù)的時(shí)間較長。單顆磨粒接觸工件的延續(xù)時(shí)間與磨削深度續(xù)時(shí)間與磨削深度ap是函數(shù)關(guān)系是函數(shù)關(guān)系,如圖如圖8-8所示。所示。2021/3/1723從圖中可知從圖中可知,緩進(jìn)給磨削與普通磨削有相同的金屬切除率時(shí)緩進(jìn)給磨削與普通磨削有相同的金屬切除率時(shí),在砂輪一周中在砂輪一周中,兩者砂輪上單顆磨粒所切除的金屬體積應(yīng)是兩者砂輪上單顆磨粒所切除的金屬體積應(yīng)是相同的。如平面緩進(jìn)給磨削深度相同的。如平面緩進(jìn)給磨削深度ap為為1.28mm時(shí)時(shí),單顆磨粒單顆磨粒切除一定金屬體積所需時(shí)間切除一定金屬體積所需時(shí)間tc為

23、為2000s。普通平面磨削深度。普通平面磨削深度ap = 0.02 mm時(shí)時(shí),切除相同體積的金屬所需的時(shí)間要短得多。切除相同體積的金屬所需的時(shí)間要短得多。2021/3/17248.2.2 磨削力磨削力GWerner的研究所建立的緩進(jìn)給磨削力數(shù)學(xué)模型為的研究所建立的緩進(jìn)給磨削力數(shù)學(xué)模型為:2 11wnnp scsZFKa dvnwKssc式中：與工件、砂輪規(guī)格和磨粒微刃分布特 性、冷卻潤滑條件等有關(guān)系數(shù) Z單位時(shí)間單位砂輪寬度金屬磨除率； v砂輪速度； d砂輪當(dāng)量直徑； 指數(shù)，與砂輪工件材料有關(guān)。 2021/3/1725n 試驗(yàn)表明試驗(yàn)表明,指數(shù)指數(shù) 僅在僅在 范圍內(nèi)變化范圍內(nèi)變化, 增大增大

24、,磨削磨削力減小力減小;增大工件速度增大工件速度vw、磨削深度、磨削深度ap及砂輪當(dāng)量直徑時(shí)及砂輪當(dāng)量直徑時(shí),磨磨削力均增大。削力均增大。n 磨削力隨工件速度磨削力隨工件速度vw減少而減少。緩進(jìn)給法向磨削力約減少而減少。緩進(jìn)給法向磨削力約為普通磨削的為普通磨削的24倍。在緩進(jìn)給磨削中倍。在緩進(jìn)給磨削中,磨削深度中磨削深度中ap對(duì)磨對(duì)磨削力影響程度大于普通磨削。削力影響程度大于普通磨削。l 同普通磨削一樣同普通磨削一樣,緩進(jìn)給磨削砂輪磨粒有一個(gè)開始磨損至緩進(jìn)給磨削砂輪磨粒有一個(gè)開始磨損至鈍化的過程鈍化的過程,這使磨削過程的效率隨磨削時(shí)間的增加而降低這使磨削過程的效率隨磨削時(shí)間的增加而降低,而磨削

25、力則隨著時(shí)間的增加而增加而磨削力則隨著時(shí)間的增加而增加,其影響情況如圖其影響情況如圖8-9所所示。示。0.512021/3/1726圖圖8-9 磨削力與磨削時(shí)間的關(guān)系磨削力與磨削時(shí)間的關(guān)系 從圖中可以看出從圖中可以看出,在磨削過程中在磨削過程中,磨削力約有磨削力約有40S的持續(xù)增加的持續(xù)增加過程過程,固將磨削時(shí)的磨削力保持在砂輪新修整后的水平上固將磨削時(shí)的磨削力保持在砂輪新修整后的水平上,可可以使緩進(jìn)給磨削發(fā)生燒傷以前的金屬切除量大大增加。因以使緩進(jìn)給磨削發(fā)生燒傷以前的金屬切除量大大增加。因此此,緩進(jìn)給磨床最好具有緩進(jìn)給磨床最好具有連續(xù)修整砂輪連續(xù)修整砂輪的裝置。的裝置。2021/3/1727

26、8.2.3 磨削溫度磨削溫度u 在普通磨削中在普通磨削中,隨切深增大隨切深增大, 工件進(jìn)給速度減少工件進(jìn)給速度減少,磨削溫磨削溫度明顯上升度明顯上升;而在緩進(jìn)給磨削中而在緩進(jìn)給磨削中,隨磨削深度增大、進(jìn)給速隨磨削深度增大、進(jìn)給速度減少度減少,磨削溫度有明顯下降磨削溫度有明顯下降。u 由于緩進(jìn)給磨削中工件速度由于緩進(jìn)給磨削中工件速度vw很小很小(vw10mm/s ),接觸接觸弧長區(qū)弧長區(qū)lc很大很大(lc20mm),進(jìn)入工件熱量為穩(wěn)定熱流量進(jìn)入工件熱量為穩(wěn)定熱流量,在較在較長的持續(xù)時(shí)間過程中長的持續(xù)時(shí)間過程中,以較低的速度向工件流動(dòng)。工件表以較低的速度向工件流動(dòng)。工件表面的溫度隨面的溫度隨ap增

27、大及增大及vw減少而逐漸減少減少而逐漸減少,并向工件擴(kuò)展并向工件擴(kuò)展,磨磨削熱被磨屑帶走的熱量較多。削熱被磨屑帶走的熱量較多。2021/3/17288.2.4 砂輪磨損砂輪磨損 砂輪磨損是由機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力造成的。與普通磨砂輪磨損是由機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力造成的。與普通磨削相比削相比,緩進(jìn)給磨削中緩進(jìn)給磨削中,由于磨粒受的磨削力小由于磨粒受的磨削力小,砂輪形面砂輪形面的徑向磨損比普通磨損要小得多、砂輪邊棱磨損亦較的徑向磨損比普通磨損要小得多、砂輪邊棱磨損亦較小、有利于保證工件成形面的精度。小、有利于保證工件成形面的精度。圖圖8-10 砂輪上有效磨粒所受力的大小與砂輪磨損的關(guān)系砂輪上有效磨粒所受力的大

28、小與砂輪磨損的關(guān)系2021/3/17298.2.5 表面完整性表面完整性1. 表面粗糙度表面粗糙度 緩進(jìn)給磨削砂輪與工件接觸弧長度緩進(jìn)給磨削砂輪與工件接觸弧長度lc大大,速度比大速度比大,單顆單顆磨粒承受的磨削力小磨粒承受的磨削力小,隨磨削時(shí)間隨磨削時(shí)間ta延長延長,砂輪磨損不嚴(yán)砂輪磨損不嚴(yán)重重,砂輪地貌變化小砂輪地貌變化小,因而零件表面粗糙度變化較緩慢。因而零件表面粗糙度變化較緩慢。圖圖8-11給出了速度比與表面粗糙度之間的關(guān)系。給出了速度比與表面粗糙度之間的關(guān)系。2021/3/17302.磨削表面燒傷磨削表面燒傷 在緩進(jìn)給磨削時(shí)比磨削能較大在緩進(jìn)給磨削時(shí)比磨削能較大,固加工表面的熱損傷是考

29、固加工表面的熱損傷是考慮的主要問題。圖慮的主要問題。圖8-12表示工件產(chǎn)生燒傷時(shí)表示工件產(chǎn)生燒傷時(shí),測(cè)量到的三種測(cè)量到的三種類型的法向力。類型的法向力。圖圖8-12 緩進(jìn)給磨削產(chǎn)生燒傷時(shí)法向磨削力的變化情況緩進(jìn)給磨削產(chǎn)生燒傷時(shí)法向磨削力的變化情況2021/3/1731u 在圖在圖a的情況下的情況下,發(fā)生燒傷時(shí)發(fā)生燒傷時(shí),法向力在微量增加后接著減小法向力在微量增加后接著減小,然后急劇地連續(xù)增加然后急劇地連續(xù)增加,這有可能是由于工件因磨削熱變軟后的這有可能是由于工件因磨削熱變軟后的熱膨脹造成的。熱膨脹造成的。u在圖在圖b中中,當(dāng)發(fā)生燒傷時(shí)當(dāng)發(fā)生燒傷時(shí),法向力減小法向力減小,磨削力持續(xù)處于低水平磨削

30、力持續(xù)處于低水平,這有可能是由于工件膨脹所產(chǎn)生的力的增加為材料變軟減小這有可能是由于工件膨脹所產(chǎn)生的力的增加為材料變軟減小的力所抵消。的力所抵消。u圖圖c表示熱波動(dòng)的情況表示熱波動(dòng)的情況,這有可能是由于熱膨脹和熱軟化反這有可能是由于熱膨脹和熱軟化反復(fù)進(jìn)行產(chǎn)生的。復(fù)進(jìn)行產(chǎn)生的。2021/3/17323.殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 緩進(jìn)給磨削所形成的工件表面殘余應(yīng)力是擠光效應(yīng)、壓緩進(jìn)給磨削所形成的工件表面殘余應(yīng)力是擠光效應(yīng)、壓粗效應(yīng)、熱效應(yīng)及熱比容變化效應(yīng)等綜合作用的結(jié)果。擠粗效應(yīng)、熱效應(yīng)及熱比容變化效應(yīng)等綜合作用的結(jié)果。擠光效應(yīng)作用占主導(dǎo)光效應(yīng)作用占主導(dǎo),殘余應(yīng)力主要是塑性變形引起的殘余應(yīng)力主要是塑性變形

31、引起的,基本基本上是壓應(yīng)力。增大磨削深度上是壓應(yīng)力。增大磨削深度ap及工件速度及工件速度vw,均使單顆形粒均使單顆形粒的磨削厚度增加的磨削厚度增加,加劇壓粗效應(yīng)大于擠光效應(yīng)加劇壓粗效應(yīng)大于擠光效應(yīng),同時(shí)熱效應(yīng)同時(shí)熱效應(yīng)亦增加亦增加,ap的影響顯著的影響顯著,所以所以ap、 vw增加都使殘余應(yīng)力增大。增加都使殘余應(yīng)力增大。2021/3/1733u 用用X射線測(cè)量第射線測(cè)量第類類殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力,即宏觀應(yīng)力即宏觀應(yīng)力 。根據(jù)根據(jù) X 射線應(yīng)力測(cè)量原射線應(yīng)力測(cè)量原理理,只要測(cè)出試樣表面某只要測(cè)出試樣表面某個(gè)方向的表面層中不同個(gè)方向的表面層中不同取向晶粒的某同一晶面取向晶粒的某同一晶面的間距變化的間距

32、變化,就可按下式就可按下式算出該方向上的殘余應(yīng)算出該方向上的殘余應(yīng)力值力值殘余應(yīng)力的一種測(cè)量方法殘余應(yīng)力的一種測(cè)量方法:X射線法射線法2021/3/17342021/3/17358.2.7 緩進(jìn)給磨削中溫升控制緩進(jìn)給磨削中溫升控制 控制緩進(jìn)給給磨削中的溫升控制緩進(jìn)給給磨削中的溫升,可采用可采用大流量磨削液大流量磨削液進(jìn)行冷進(jìn)行冷卻、采用卻、采用超軟大氣孔組織砂輪超軟大氣孔組織砂輪、采用、采用高壓磨削液高壓磨削液沖洗砂輪沖洗砂輪及采用及采用開槽砂輪開槽砂輪改善冷卻條件等措施。改善冷卻條件等措施。 超軟大氣孔砂輪使砂輪與工件的實(shí)際接觸面積減少超軟大氣孔砂輪使砂輪與工件的實(shí)際接觸面積減少,可可大大降

33、低摩擦熱大大降低摩擦熱,超軟砂輪可保持磨粒處于銳利狀態(tài)。亦使超軟砂輪可保持磨粒處于銳利狀態(tài)。亦使磨削熱降低。若將高壓大流量磨削液沖洗大氣孔砂輪磨削熱降低。若將高壓大流量磨削液沖洗大氣孔砂輪,通過通過氣孔將磨削液帶入磨削區(qū)氣孔將磨削液帶入磨削區(qū),并在離心力作用下磨削液進(jìn)入磨并在離心力作用下磨削液進(jìn)入磨削區(qū)削區(qū),進(jìn)行熱交換后又被氣孔帶出磨削區(qū)進(jìn)行熱交換后又被氣孔帶出磨削區(qū),使磨削溫度下降。使磨削溫度下降。2021/3/17362021/3/1737 開槽砂輪如右圖示開槽砂輪如右圖示,開槽砂輪與工件接開槽砂輪與工件接觸面積減少觸面積減少,磨削液通過槽內(nèi)壓入磨削區(qū)磨削液通過槽內(nèi)壓入磨削區(qū),并改變磨削液

34、流動(dòng)方向并改變磨削液流動(dòng)方向,提高冷卻效果提高冷卻效果,降降低磨削溫度。還可以在砂輪端面上開環(huán)低磨削溫度。還可以在砂輪端面上開環(huán)形槽形槽,再打孔通過圓柱面上螺旋槽再打孔通過圓柱面上螺旋槽,使磨削使磨削液直接進(jìn)入磨削區(qū)。液直接進(jìn)入磨削區(qū)。 離心力作用下離心力作用下,磨削區(qū)可得到壓力較大的磨削液。如日本磨削區(qū)可得到壓力較大的磨削液。如日本在在205mm x 5mm電鍍陶瓷結(jié)合劑砂輪開出電鍍陶瓷結(jié)合劑砂輪開出2mm寬的槽寬的槽,槽數(shù)槽數(shù)120條條,開槽率達(dá)開槽率達(dá)37,其磨削性能良好其磨削性能良好,尤其在大切深磨削氯尤其在大切深磨削氯化硅陶瓷時(shí)效果更佳。砂輪開槽較多化硅陶瓷時(shí)效果更佳。砂輪開槽較多,

35、磨削力下降磨削力下降,砂輪壽命砂輪壽命提高。提高。圖圖8-14 開槽砂輪開槽砂輪2021/3/17388.2.8 緩進(jìn)給磨削過程中砂輪連續(xù)修整緩進(jìn)給磨削過程中砂輪連續(xù)修整 所謂連續(xù)修整是指所謂連續(xù)修整是指邊進(jìn)行磨削邊將砂輪再成形和修整的邊進(jìn)行磨削邊將砂輪再成形和修整的方法方法。修整時(shí)金剛石修整滾輪始終與砂輪接觸。修整時(shí)金剛石修整滾輪始終與砂輪接觸,使砂輪始終使砂輪始終處于銳利狀態(tài)處于銳利狀態(tài),有利于提高磨削精度。它是采用專門的連續(xù)有利于提高磨削精度。它是采用專門的連續(xù)修整磨床修整磨床,其原理見圖其原理見圖8-15。 磨削時(shí)磨削時(shí),由于工件尺寸逐漸由于工件尺寸逐漸減少減少,需砂輪相應(yīng)地切入工件需

36、砂輪相應(yīng)地切入工件,修整滾輪亦應(yīng)改變切入速度修整滾輪亦應(yīng)改變切入速度對(duì)砂輪進(jìn)行修整對(duì)砂輪進(jìn)行修整, 這樣使修整這樣使修整滾輪相對(duì)砂輪的位置發(fā)生了滾輪相對(duì)砂輪的位置發(fā)生了變化變化,則由修整磨床實(shí)現(xiàn)其位則由修整磨床實(shí)現(xiàn)其位置調(diào)整。置調(diào)整。2021/3/1739n 連續(xù)修整砂輪連續(xù)修整砂輪,節(jié)省了修整時(shí)間節(jié)省了修整時(shí)間,提高磨削效率提高磨削效率;比磨削能幾比磨削能幾乎保持不變乎保持不變,磨粒銳利程度幾乎不變磨粒銳利程度幾乎不變,對(duì)保持工件形狀和尺寸對(duì)保持工件形狀和尺寸十分有利十分有利,尤其對(duì)長形工件磨削尤其對(duì)長形工件磨削,不再受砂輪磨損的影響不再受砂輪磨損的影響,使工使工件的磨削長度不受砂輪磨損的限

37、制。件的磨削長度不受砂輪磨損的限制。n 同時(shí)同時(shí),修整的砂輪在單位時(shí)間內(nèi)去除量大修整的砂輪在單位時(shí)間內(nèi)去除量大,對(duì)工件熱影響小對(duì)工件熱影響小,工件精度一致性好。其磨削力也會(huì)降低工件精度一致性好。其磨削力也會(huì)降低,使磨削過程趨于穩(wěn)使磨削過程趨于穩(wěn)定定,從而可避免燒傷工件。從而可避免燒傷工件。n 連續(xù)修整也有它自身缺點(diǎn)連續(xù)修整也有它自身缺點(diǎn),如金剛石滾輪成本高如金剛石滾輪成本高,占用占用CNC裝置的一個(gè)坐標(biāo)用于控制并監(jiān)視滾輪進(jìn)給裝置的一個(gè)坐標(biāo)用于控制并監(jiān)視滾輪進(jìn)給,使磨頭功率增加使磨頭功率增加及滾輪、砂輪損耗大。及滾輪、砂輪損耗大。2021/3/1740u HEDG (High Efficienc

38、y Deep Grinding) 工藝是德國工藝是德國居林公司在居林公司在20世紀(jì)世紀(jì)80年代初期研制開發(fā)成功的年代初期研制開發(fā)成功的,是高速磨是高速磨削與緩進(jìn)給磨削的進(jìn)一步發(fā)展削與緩進(jìn)給磨削的進(jìn)一步發(fā)展,認(rèn)為是現(xiàn)代磨削技術(shù)的高認(rèn)為是現(xiàn)代磨削技術(shù)的高峰。峰。u HEDG以切深以切深0.130mm,工件速度工件速度vw0.510mmin,砂輪速度砂輪速度vs80200ms的條件進(jìn)行磨削的條件進(jìn)行磨削,其工藝特其工藝特征是征是砂輪高速度砂輪高速度,工件進(jìn)給快速及大的磨削深度工件進(jìn)給快速及大的磨削深度,既能達(dá)既能達(dá)到高的金屬切除率到高的金屬切除率,又能達(dá)到加工表面高質(zhì)量。又能達(dá)到加工表面高質(zhì)量。 8

39、.3 高效深切磨削高效深切磨削2021/3/1741u 用高效深切磨削工藝加工出的工件用高效深切磨削工藝加工出的工件,其表而粗糙度可與其表而粗糙度可與普通磨削相當(dāng)普通磨削相當(dāng),而其而其磨除率磨除率比普通磨削高比普通磨削高1001000倍。因此倍。因此,在許多場(chǎng)合在許多場(chǎng)合,可以替代銑削、拉削、車削等加工技術(shù)。住復(fù)可以替代銑削、拉削、車削等加工技術(shù)。住復(fù)磨削、緩進(jìn)給磨削、高效深切磨削方法工藝參數(shù)的對(duì)比列磨削、緩進(jìn)給磨削、高效深切磨削方法工藝參數(shù)的對(duì)比列于表于表83。2021/3/17428.3.1 高效深切磨削原理高效深切磨削原理 在緩進(jìn)給磨削中在緩進(jìn)給磨削中,工件進(jìn)給速度低工件進(jìn)給速度低,生產(chǎn)

40、效率較低生產(chǎn)效率較低,能量能量轉(zhuǎn)換的慢轉(zhuǎn)換的慢,接觸弧長接觸弧長,磨粒所經(jīng)歷的時(shí)間長磨粒所經(jīng)歷的時(shí)間長,能量的一部分緩能量的一部分緩慢地傳導(dǎo)給工件、易引起工件表面燒傷。慢地傳導(dǎo)給工件、易引起工件表面燒傷。 高效深切磨削與緩進(jìn)給磨削相反高效深切磨削與緩進(jìn)給磨削相反,其加工中的能量在其加工中的能量在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱量被傳散。由于短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱量被傳散。由于砂輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪高速轉(zhuǎn)動(dòng),工件快工件快速進(jìn)給速進(jìn)給,砂輪很快與磨削區(qū)脫離砂輪很快與磨削區(qū)脫離,熱量主要傳散到切屑與磨熱量主要傳散到切屑與磨削液。削液。 圖圖8-13是是HEDG磨削的金屬去除率磨削的金屬去除率Zw、工件進(jìn)給速度、工件進(jìn)給速度vw

41、與接觸區(qū)溫度的關(guān)系。與接觸區(qū)溫度的關(guān)系。2021/3/1743在三種磨削深度在三種磨削深度 ap(3、6、9mm)情況下情況下,金屬磨除率金屬磨除率Zw 增加增加,即工件速度增加即工件速度增加,溫度下溫度下降降,比磨削能增加比磨削能增加,接觸區(qū)溫度接觸區(qū)溫度則下降。則下降。 隨磨削深度隨磨削深度ap增加增加, 溫度有一定的上升傾向溫度有一定的上升傾向,工件工件表面溫度增加表面溫度增加,但總的趨勢(shì)是但總的趨勢(shì)是隨隨vw、 Zw增加磨削工件表面增加磨削工件表面溫度下降。溫度下降。2021/3/1744u 砂輪速度砂輪速度Vs增大時(shí)增大時(shí)HEDG的必要前提條件。砂輪速度與工件表面溫的必要前提條件。砂

42、輪速度與工件表面溫度的關(guān)系如下圖所示。該圖用度的關(guān)系如下圖所示。該圖用Al2O3、電鍍、電鍍CBN砂輪在不同砂輪速度下砂輪在不同砂輪速度下磨削時(shí)磨削時(shí),工件表層溫度變化情況。工件表層溫度變化情況。u 伴隨砂輪速度伴隨砂輪速度vs達(dá)到達(dá)到100ms,工件表面工件表面溫度上升溫度上升;CBN砂輪砂輪vs增大到增大到100ms ,工件工件表面溫度下降表面溫度下降,趨于穩(wěn)定。趨于穩(wěn)定。 Al2O3 砂輪約在砂輪約在100ms ,工件表面溫度下降。其原因是砂工件表面溫度下降。其原因是砂輪線速度輪線速度vs增加的初期增加的初期,摩擦力增加摩擦力增加,所以工所以工件溫度增加。砂輪速度再增加件溫度增加。砂輪速

43、度再增加,未變形切削未變形切削厚度減小厚度減小,磨粒微刃與工件接觸頻率增加磨粒微刃與工件接觸頻率增加,其摩擦力增加其摩擦力增加,工件表面溫度持續(xù)上升。工件表面溫度持續(xù)上升。 當(dāng)當(dāng)vs再繼續(xù)增加再繼續(xù)增加,超過某一特定的速度超過某一特定的速度,則工件則工件表面溫度下降。表面溫度下降。2021/3/1745u 砂輪線速度增加砂輪線速度增加,接觸面上溫度下降的原因接觸面上溫度下降的原因,可用可用“接觸層理論接觸層理論”說明。說明。砂輪與工件接觸面的表層叫接觸層砂輪與工件接觸面的表層叫接觸層,接觸層的厚度與磨屑厚度相接觸層的厚度與磨屑厚度相當(dāng)。磨粒微刃和工件開始接觸當(dāng)。磨粒微刃和工件開始接觸,微刃切入

44、工件微刃切入工件,所產(chǎn)生的切屑溫度和表所產(chǎn)生的切屑溫度和表面溫度都伴隨著磨粒微刃接觸弧長度的增加而增加。磨粒微刃接觸部面溫度都伴隨著磨粒微刃接觸弧長度的增加而增加。磨粒微刃接觸部的溫度達(dá)到切屑的平衡溫度的最大值。的溫度達(dá)到切屑的平衡溫度的最大值。u 圖圖8-15表示接觸層溫度隨砂輪速度變化的曲線表示接觸層溫度隨砂輪速度變化的曲線,接觸層的溫度達(dá)接觸層的溫度達(dá)到平衡溫度到平衡溫度,接觸區(qū)就達(dá)到最高溫度。這一層溫度可達(dá)接觸區(qū)就達(dá)到最高溫度。這一層溫度可達(dá)1000-1800。2021/3/1746u 這是由于這是由于HEDG磨削砂輪速度磨削砂輪速度vs增加增加,在給定的時(shí)間內(nèi)在給定的時(shí)間內(nèi),磨粒微刃

45、接觸數(shù)磨粒微刃接觸數(shù)量與切削刃的運(yùn)動(dòng)量成正比量與切削刃的運(yùn)動(dòng)量成正比,這就使得這就使得HEDG產(chǎn)生產(chǎn)生較長的切削軌跡較長的切削軌跡和和較緊較緊密的磨削軌跡密的磨削軌跡。砂輪接觸的有效磨粒刃數(shù)多。砂輪接觸的有效磨粒刃數(shù)多,產(chǎn)生熱量多產(chǎn)生熱量多,所以磨粒接觸所以磨粒接觸微刃部的快速產(chǎn)生高溫微刃部的快速產(chǎn)生高溫,研究表明研究表明,磨粒微刃產(chǎn)生的熱向接觸層擴(kuò)散的熱磨粒微刃產(chǎn)生的熱向接觸層擴(kuò)散的熱量量,多于直接進(jìn)入工件內(nèi)的熱量。多于直接進(jìn)入工件內(nèi)的熱量。u 圖圖8-16 表示從工件表面向內(nèi)部熱傳遞的等溫曲線。這是用高額電子表示從工件表面向內(nèi)部熱傳遞的等溫曲線。這是用高額電子束將鋼制零件表面加熱到熔點(diǎn)束將

46、鋼制零件表面加熱到熔點(diǎn),接觸而積為直徑接觸而積為直徑1mm的圓的圓,用用200wmm2能量能量,在在11.1ms時(shí)的加熱結(jié)果時(shí)的加熱結(jié)果,熱擴(kuò)散到接觸面上的熱量多于進(jìn)入工件本熱擴(kuò)散到接觸面上的熱量多于進(jìn)入工件本體內(nèi)的熱量。體內(nèi)的熱量。2021/3/1747u 經(jīng)計(jì)算經(jīng)計(jì)算,高效深磨中高效深磨中,金屬切除率金屬切除率Zw為為1000mm3/(mms)時(shí)時(shí),磨除接觸層所需的時(shí)間僅為磨除接觸層所需的時(shí)間僅為0.049ms,較緩進(jìn)給磨削快較緩進(jìn)給磨削快200020000倍。在這樣短的時(shí)間內(nèi)熱量流向工件的可能性很倍。在這樣短的時(shí)間內(nèi)熱量流向工件的可能性很小小,接觸層產(chǎn)生的熱量主要存留于切屑之中而被帶走。

47、通過接觸層產(chǎn)生的熱量主要存留于切屑之中而被帶走。通過接觸層向工件內(nèi)傳散熱量主要決定于兩個(gè)因素接觸層向工件內(nèi)傳散熱量主要決定于兩個(gè)因素:一是一是接觸層接觸層厚度厚度,二是二是溫度溫度。u 砂輪速度增大到某點(diǎn)砂輪速度增大到某點(diǎn),接觸層的溫度達(dá)到最高點(diǎn)接觸層的溫度達(dá)到最高點(diǎn),這時(shí)容易這時(shí)容易生成切屑。超過這點(diǎn)生成切屑。超過這點(diǎn),砂輪速度再增大砂輪速度再增大,接觸層高溫切屑形成接觸層高溫切屑形成加快加快,不再導(dǎo)致摩擦力增加。接觸層達(dá)到平衡溫度不再導(dǎo)致摩擦力增加。接觸層達(dá)到平衡溫度(約約10001800)后后,其熱量加速向外擴(kuò)散其熱量加速向外擴(kuò)散,但但vs增加增加,接觸層的厚接觸層的厚度減少度減少,保持

48、了接觸層平衡溫度不變。保持了接觸層平衡溫度不變。2021/3/1748u 接觸層厚度越小接觸層厚度越小,伴隨著高溫被加工零件所吸收的能量越伴隨著高溫被加工零件所吸收的能量越小小,換句話說換句話說,接觸層越薄接觸層越薄,磨削后接觸層下邊一層溫度越低于磨削后接觸層下邊一層溫度越低于平衡溫度平衡溫度。接觸層下邊一層的溫度在增大之前。接觸層下邊一層的溫度在增大之前,接觸層被切接觸層被切除除,所以磨削表面層溫度低所以磨削表面層溫度低,避開了燒傷溫度。避開了燒傷溫度。u工件的金屬切除率增加工件的金屬切除率增加,其磨削力和能量的比則不增加。其磨削力和能量的比則不增加。HEDG比緩進(jìn)給磨削所消耗的能量減少比緩

49、進(jìn)給磨削所消耗的能量減少,不足緩遲給磨削所消不足緩遲給磨削所消耗雖的耗雖的10。其原因是。其原因是,HEDG工藝工件進(jìn)給速度大工藝工件進(jìn)給速度大,未變形切未變形切屑變厚屑變厚,生成切屑所消耗的能量顯著減少。生成切屑所消耗的能量顯著減少。2021/3/1749u 圖圖8-17表示與工件表面溫度的關(guān)系。表示與工件表面溫度的關(guān)系。 工件表面存在一臨界溫度工件表面存在一臨界溫度(圖中圖中A、B點(diǎn)點(diǎn)),小于小于A點(diǎn)時(shí)點(diǎn)時(shí),所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的Zw增大增大,緩進(jìn)給磨緩進(jìn)給磨削工件表面沒有燒傷削工件表面沒有燒傷,在在A、B之間所對(duì)之間所對(duì)應(yīng)的應(yīng)的Zw,工件表面有最高的溫度工件表面有最高的溫度,超過發(fā)超過發(fā)生燒傷

50、的臨界溫度生燒傷的臨界溫度,這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行緩這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行緩進(jìn)給磨削進(jìn)給磨削,工件表面易發(fā)生燒傷。工件表面易發(fā)生燒傷。u 越過越過B點(diǎn)增點(diǎn)增Zw,工件表面溫度低于工件表面溫度低于燒傷的臨界溫度燒傷的臨界溫度,進(jìn)行磨削進(jìn)行磨削,工件表面不工件表面不發(fā)生燒傷發(fā)生燒傷,HEDG的的Zw大于緩進(jìn)給磨削大于緩進(jìn)給磨削,所所以工件表面溫度低得多以工件表面溫度低得多,跳過發(fā)生燒傷跳過發(fā)生燒傷的臨界溫度。的臨界溫度。2021/3/1750n HEDG磨削加工中金屬切除率很高磨削加工中金屬切除率很高,大量的切屑要停留在砂大量的切屑要停留在砂輪表面上輪表面上,堵塞砂輪、為了正常磨削堵塞砂輪、為了正常磨削,應(yīng)正確選

51、擇砂輪濃度及應(yīng)正確選擇砂輪濃度及磨削用量磨削用量,保證砂輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一周所生成的切屑體積應(yīng)小于擴(kuò)砂輪保證砂輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一周所生成的切屑體積應(yīng)小于擴(kuò)砂輪容屑空間容屑空間,砂輪堵塞后砂輪堵塞后,使磨削液迅速消除使磨削液迅速消除(沖沉沖沉) 下來。下來。n 防止切屑堵塞的措施之一是使用氣孔砂輪。但是氣孔率增防止切屑堵塞的措施之一是使用氣孔砂輪。但是氣孔率增加加,其磨削效率降低其磨削效率降低,加工表面粗糙度增加加工表面粗糙度增加,砂輪表面層強(qiáng)度下砂輪表面層強(qiáng)度下降、則又是不利的。降、則又是不利的。2021/3/17518.3.2 HEDG的磨削力的磨削力1.砂輪速度對(duì)磨削力的影響砂輪速度對(duì)磨削力的影響n 圖圖8-

52、18是用直徑是用直徑400mm,厚厚8mm的的電鍍電鍍CBN砂輪砂輪,兩種粒度號(hào)為兩種粒度號(hào)為252#、427#,濃度號(hào)均為濃度號(hào)均為200;磨削磨削15MnCr,磨削深度磨削深度ap10mm,Zw50mm3(mms),工件速度工件速度vw5mms,乳化乳化液條件下液條件下,砂輪速度對(duì)磨削力的影響。砂輪速度對(duì)磨削力的影響。隨隨vs的增加的增加,Fn、Ft均下降均下降。粒度。粒度252#的的CBN砂輪比粒度砂輪比粒度427#砂輪磨砂輪磨削的磨削力削的磨削力顯著增加顯著增加,切向力切向力Ft比法比法向力向力(徑向力徑向力)小。小。2021/3/1752u 采用與圖采用與圖8-18同樣直徑同樣直徑,

53、厚厚2mm的砂輪的砂輪,粒度為粒度為151號(hào)及號(hào)及252號(hào)號(hào),乳化液乳化液,砂輪速度砂輪速度vs120mm,ap=6mm情況下情況下,考察考察Zw與與vw對(duì)磨削力的影響結(jié)果示于對(duì)磨削力的影響結(jié)果示于圖圖8-19。u 可以看出可以看出,磨削力隨著工件速磨削力隨著工件速度及金屬去除率的增加而增大度及金屬去除率的增加而增大。這是因?yàn)檫@是因?yàn)殡S著工作臺(tái)速度的提隨著工作臺(tái)速度的提高高,單顆粒磨削厚度增加單顆粒磨削厚度增加,磨削力磨削力增大增大。2磨削加工金屬磨除率磨削加工金屬磨除率Zw及工件速度及工件速度vw對(duì)磨削對(duì)磨削力的影響力的影響2021/3/17533.磨料粒度對(duì)磨削力的影響磨料粒度對(duì)磨削力的影

54、響u 圖圖8-20是是CBN粒度變化對(duì)磨削力的影響粒度變化對(duì)磨削力的影響,在中等粒在中等粒200#有最小的有最小的磨削力磨削力,小于或大于粒度小于或大于粒度200#,磨削力均有較大的值。磨削力均有較大的值。u 在實(shí)際的工程計(jì)算過程中在實(shí)際的工程計(jì)算過程中,磨削力目前仍舊以磨削力目前仍舊以采用經(jīng)驗(yàn)公式為采用經(jīng)驗(yàn)公式為主主,而這些公式幾乎都是以而這些公式幾乎都是以磨削參數(shù)的冪指數(shù)形式磨削參數(shù)的冪指數(shù)形式予以表示的。予以表示的。 使用粒度使用粒度252#的砂輪的砂輪,其法向磨削其法向磨削Fn力為力為 使用粒度使用粒度252#的砂輪的砂輪,其法向磨削力其法向磨削力Fn為為 式中的式中的K為與單位磨削力

55、有關(guān)的系數(shù)為與單位磨削力有關(guān)的系數(shù)0.70.150.85WnpssZKFadv0.60.20.80WnpssZKFa dv2021/3/17548.4精密、高精密和超精密磨削工藝精密、高精密和超精密磨削工藝8.4.1概述概述n 磨削加工一般分為普通磨削、精密磨削、高精密磨削和超精密磨削加工一般分為普通磨削、精密磨削、高精密磨削和超精密磨削加工。在生產(chǎn)發(fā)展的磨削加工。在生產(chǎn)發(fā)展的不同歷史時(shí)期有著不同的精度范圍不同歷史時(shí)期有著不同的精度范圍。n 普通磨削當(dāng)前大體是指加工表面粗糙度為普通磨削當(dāng)前大體是指加工表面粗糙度為Ra0.16-1.25um,Ra0.16-1.25um,加工加工精度精度1um1u

56、m的磨削方法。所用磨具一般為普通磨料砂輪。的磨削方法。所用磨具一般為普通磨料砂輪。l 精密磨削當(dāng)前大體是指加工表面粗糙度為精密磨削當(dāng)前大體是指加工表面粗糙度為Ra0.04-0.16umRa0.04-0.16um, ,加工加工精度為精度為1-0.5um1-0.5um的磨削方法。精密磨削主要靠對(duì)的磨削方法。精密磨削主要靠對(duì)砂輪的精細(xì)修整砂輪的精細(xì)修整, ,使用金剛石修整工具以極小而又均勻的微進(jìn)給使用金剛石修整工具以極小而又均勻的微進(jìn)給 （10-15mm/min10-15mm/min）, ,獲得眾多的等高微刃獲得眾多的等高微刃, ,加工表面磨削痕跡微細(xì)加工表面磨削痕跡微細(xì), ,最后采用無火花光最后采

57、用無火花光磨。由于微切削、滑擠和摩擦等綜合作用磨。由于微切削、滑擠和摩擦等綜合作用, ,達(dá)到低表面粗糙度和高達(dá)到低表面粗糙度和高精度要求。精密磨削主要靠精度要求。精密磨削主要靠精密磨床的精度保證精密磨床的精度保證。2021/3/1755l 高精密磨削當(dāng)前是指加工高精密磨削當(dāng)前是指加工表面粗糙度為表面粗糙度為Ra0.01-0.04umRa0.01-0.04um, ,精度為精度為0.5-0.1um0.5-0.1um的磨削方法。高精密磨削的切屑很薄的磨削方法。高精密磨削的切屑很薄, ,砂砂輪磨粒承受很高的應(yīng)力輪磨粒承受很高的應(yīng)力, ,磨粒表面受高溫、高壓作用磨粒表面受高溫、高壓作用, ,一般一般使用

58、使用金剛石和立方氮化硼金剛石和立方氮化硼等高硬度磨料砂輪磨削。等高硬度磨料砂輪磨削。l 超精密加工當(dāng)前一般是指加工超精密加工當(dāng)前一般是指加工表面粗糙度表面粗糙度Ra0.01umRa0.01um, ,加工精度加工精度0.1um0.1um的磨削方法。超精密磨削是當(dāng)代能達(dá)到的磨削方法。超精密磨削是當(dāng)代能達(dá)到最低磨削表面粗糙度和最高加工精度的磨削方法。超精密最低磨削表面粗糙度和最高加工精度的磨削方法。超精密磨削的光磨微細(xì)摩擦作用帶有一定的研拋?zhàn)饔眯再|(zhì)。磨削的光磨微細(xì)摩擦作用帶有一定的研拋?zhàn)饔眯再|(zhì)。2021/3/17568.4.2 8.4.2 精密、高精密和超精密磨削磨料磨具精密、高精密和超精密磨削磨料

59、磨具1.1.磨料選擇磨料選擇（1 1）應(yīng)易形成好的）應(yīng)易形成好的微刃微刃。圖。圖8-218-21為不同磨料與不同工件材料對(duì)表為不同磨料與不同工件材料對(duì)表面粗糙度的影響。面粗糙度的影響。2021/3/1757（2 2）磨削時(shí)不希望砂輪有）磨削時(shí)不希望砂輪有自勵(lì)現(xiàn)象自勵(lì)現(xiàn)象。（3 3）加工鋼材或鑄件時(shí)）加工鋼材或鑄件時(shí), ,宜選剛玉磨料。碳化硅磨料磨粒的形狀近乎宜選剛玉磨料。碳化硅磨料磨粒的形狀近乎長形或針狀長形或針狀, ,同時(shí)由于脆性大不易形成好的微刃。同時(shí)由于脆性大不易形成好的微刃。（4 4）超精密磨削為獲得更低的工件表面粗糙度）超精密磨削為獲得更低的工件表面粗糙度, ,一般采用人造金剛石、一

60、般采用人造金剛石、立方氮化硼等高硬度磨料。立方氮化硼等高硬度磨料。2.2.硬度選擇硬度選擇 精密、高精密和超精密磨削的工件表面粗糙度在一定程度上精密、高精密和超精密磨削的工件表面粗糙度在一定程度上隨著隨著砂輪硬度提高而變好砂輪硬度提高而變好, ,見圖見圖8-228-22。但當(dāng)硬度過高。但當(dāng)硬度過高, ,會(huì)由于砂輪彈性差而會(huì)由于砂輪彈性差而引起工件燒傷。由于砂輪制造時(shí)允許上下有引起工件燒傷。由于砂輪制造時(shí)允許上下有1 1小級(jí)偏差小級(jí)偏差, ,因此選用時(shí)以因此選用時(shí)以中軟（中軟（K K）為好。鏡面磨削砂輪以超軟）為好。鏡面磨削砂輪以超軟 （D D、E E、F F）為好。）為好。 2021/3/17