第3章 磨削加工技術(shù)

1、第三章第三章 磨削加工技術(shù)磨削加工技術(shù) 3.1 磨削原理磨削原理3.2 精密和超精密磨削精密和超精密磨削3.3 緩進(jìn)給磨削緩進(jìn)給磨削3.4 砂帶磨削砂帶磨削2021年年10月月27日日之徐之徐印鋒印鋒第三章第三章 磨削加工技術(shù)磨削加工技術(shù) 3.1 磨削原理磨削原理GrindingAbrasive Machining 3.1 3.1 磨削加工機(jī)理磨削加工機(jī)理磨削加工磨削加工 采用固結(jié)硬質(zhì)磨料工具或游離的硬采用固結(jié)硬質(zhì)磨料工具或游離的硬質(zhì)磨料對(duì)工件進(jìn)行切除的加工方法質(zhì)磨料對(duì)工件進(jìn)行切除的加工方法l精度：精度：IT5IT7lRa1.250.08 ml精密磨削精密磨削RaFz，工藝系統(tǒng)變形大，工藝系統(tǒng)

2、變形大，實(shí)際，實(shí)際ap 去除率去除率，F(xiàn)，lNg: 砂輪圓周上每毫米的磨粒數(shù)砂輪圓周上每毫米的磨粒數(shù), Ng= acgmaxlVw:工件速度，工件速度， Vw = acgmax lVs: 砂輪速度，砂輪速度， Vs = acgmax lfr : 徑向進(jìn)給，徑向進(jìn)給，fr = acgmax lds: 砂輪直徑，砂輪直徑， ds = acgmax srgswcgdfNvva2max3.1.4 磨削溫度及磨削燒傷磨削溫度及磨削燒傷1. 基本概念基本概念 磨粒磨削點(diǎn)溫度磨粒磨削點(diǎn)溫度 磨粒磨削點(diǎn)溫度是磨粒切削刃與切屑接觸點(diǎn)的溫度磨粒磨削點(diǎn)溫度是磨粒切削刃與切屑接觸點(diǎn)的溫度，是磨削中溫度最高的部位，可達(dá)

3、，是磨削中溫度最高的部位，可達(dá)1000100014001400，也，也是磨削熱的主要熱源。是磨削熱的主要熱源。 砂輪磨削區(qū)溫度砂輪磨削區(qū)溫度 砂輪磨削區(qū)溫度是砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度。砂輪磨削區(qū)溫度是砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度。它影響工件表面的燒傷、裂紋和加工硬化。它影響工件表面的燒傷、裂紋和加工硬化。 工件平均溫升工件平均溫升 工件平均溫升是磨削熱傳入工件而引起的溫升。工件平均溫升是磨削熱傳入工件而引起的溫升。2. 磨削燒傷及控制磨削燒傷及控制(1) 磨削燒傷磨削燒傷 定義：定義：由磨削熱引起的、在加工表層瞬間發(fā)生的氧化變色現(xiàn)象由磨削熱引起的、在加工表層瞬間發(fā)生的氧化變色現(xiàn)象 根據(jù)燒傷形貌

4、分類：根據(jù)燒傷形貌分類：l全面燒傷：零件的整個(gè)表面被燒傷全面燒傷：零件的整個(gè)表面被燒傷l斑狀燒傷：表面上出現(xiàn)分散的燒傷斑點(diǎn)斑狀燒傷：表面上出現(xiàn)分散的燒傷斑點(diǎn)l線條狀燒傷：整個(gè)零件表面有線條形燒傷線條狀燒傷：整個(gè)零件表面有線條形燒傷 根據(jù)顯微組織分類：根據(jù)顯微組織分類：l回火燒傷回火燒傷l淬火燒傷淬火燒傷l退火燒傷退火燒傷(2) 磨削燒傷及控制磨削燒傷及控制燒傷燒傷類型類型 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因硬度硬度防止措施防止措施淬火淬火燒傷燒傷溫度超過(guò)相變溫度（溫度超過(guò)相變溫度（720），急劇冷卻，產(chǎn)生硬度更高，急劇冷卻，產(chǎn)生硬度更高的二次淬火馬氏體組織的二次淬火馬氏體組織提高提高l 減少磨削熱的減少磨削熱的

5、產(chǎn)生加速磨削產(chǎn)生加速磨削熱傳散；熱傳散；l 選用正確的砂選用正確的砂輪輪l 選用合理磨削選用合理磨削用量合適的冷用量合適的冷卻方式。卻方式。 退火退火燒傷燒傷溫度超過(guò)相變溫度（溫度超過(guò)相變溫度（720），冷卻緩慢，產(chǎn)生退火組織，冷卻緩慢，產(chǎn)生退火組織 降低降低 回火回火燒傷燒傷溫度未超過(guò)相變溫度（溫度未超過(guò)相變溫度（720），但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫），但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度（度（300），產(chǎn)生回火組織），產(chǎn)生回火組織 降低降低 第三章第三章 磨削加工技術(shù)磨削加工技術(shù) 3.2 精密和超精密磨削精密和超精密磨削Precision Grinding &Ultra-Precision Grind

6、ing 3.2.1 精密磨削加工精密磨削加工精密磨床精密磨床細(xì)粒度砂輪細(xì)粒度砂輪精修砂輪精修砂輪磨痕極其微細(xì)磨痕極其微細(xì)殘留高度極小殘留高度極小加工精度為加工精度為10.1 mRa為為0.20.025 m 磨粒微刃性磨粒微刃性磨粒等高性磨粒等高性普通砂輪精密磨削普通砂輪精密磨削1) 精密磨削機(jī)理精密磨削機(jī)理 微刃的微切削作用微刃的微切削作用 切削的刃口增多，深度減小，切削的刃口增多，深度減小，Ra 微刃的等高切削作用微刃的等高切削作用(a)(a)砂輪砂輪 (b)(b)磨粒磨粒 (c) (c) 微刃微刃 ( (銳利、半鈍化、鈍化銳利、半鈍化、鈍化) ) 磨粒具有微刃性和等高性磨粒具有微刃性和等高

7、性1) 精密磨削機(jī)理精密磨削機(jī)理 微刃的滑擦、擠微刃的滑擦、擠壓、拋光作用壓、拋光作用 彈性變形的作用彈性變形的作用l FyFzFx l 砂輪具有退讓性，砂輪具有退讓性，反復(fù)光磨提高精度反復(fù)光磨提高精度f(wàn)r名名粗磨階段粗磨階段tm1光磨階段光磨階段tm3穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段tm2frfr實(shí)實(shí)0fr名名0fr名名粗磨階段粗磨階段tm1光磨階段光磨階段tm3穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段tm2frfr名名粗磨階段粗磨階段tm1光磨階段光磨階段tm3穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段tm2粗磨階段粗磨階段tm1光磨階段光磨階段tm3穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段tm2frfr實(shí)實(shí)0fr名名0(2) 精密磨削砂輪及砂輪的修整精密磨削砂輪及砂輪的修整

8、精密磨削砂輪精密磨削砂輪 磨料：易于產(chǎn)生和保持微刃及其等高性磨料：易于產(chǎn)生和保持微刃及其等高性 鋼和鑄鐵：剛玉類磨料鋼和鑄鐵：剛玉類磨料 有色金屬：碳化硅有色金屬：碳化硅 粒度：粒度：46#60# 結(jié)合劑：結(jié)合劑：金屬類、陶瓷類結(jié)合劑金屬類、陶瓷類結(jié)合劑 精密磨削砂輪的修整精密磨削砂輪的修整金剛石筆修整器金剛石筆修整器l修整導(dǎo)程：修整導(dǎo)程：1015mm/minl修整深度：修整深度：2.5m/str 初修初修l修整修整 精修精修 光修光修7080(a)金剛石筆修整器 (b)修整器與砂輪的相對(duì)位置 精密磨削砂輪的修整精密磨削砂輪的修整金剛石滾輪修整金剛石滾輪修整l燒結(jié)或電鍍金剛石滾輪燒結(jié)或電鍍金剛

9、石滾輪l修整時(shí)間短修整時(shí)間短 精密磨削砂輪的修整精密磨削砂輪的修整金剛石滾輪修整金剛石滾輪修整l燒結(jié)或電鍍金剛石滾輪燒結(jié)或電鍍金剛石滾輪l修整時(shí)間短修整時(shí)間短 磨削用量磨削用量l砂輪速度：砂輪速度：1530m/s l工件速度：工件速度：612m/min l工件縱向進(jìn)給：工件縱向進(jìn)給：0.060.5mm/r l磨削深度：磨削深度：0.62.5m/str l走刀次數(shù)：走刀次數(shù)：23str2. 超硬磨料砂輪磨削超硬磨料砂輪磨削 超硬磨料砂輪超硬磨料砂輪 金剛石砂輪金剛石砂輪 立方氮化硼砂輪立方氮化硼砂輪 特點(diǎn)特點(diǎn) 適合高硬度，高脆性和非金屬材料適合高硬度，高脆性和非金屬材料 磨削能力強(qiáng)磨削能力強(qiáng) 磨

10、削力小，磨削溫度低磨削力小，磨削溫度低 磨削效率高磨削效率高 加工成本低加工成本低 磨削工藝磨削工藝 磨削用量磨削用量 磨削液磨削液 砂輪修整砂輪修整 磨削速度：磨削速度：1230m/s 磨削深度：磨削深度：0.0010.01 工件速度：工件速度：1020m/min 縱向進(jìn)給速度：縱向進(jìn)給速度：0.451.5m/min 整形：車削法，磨削法整形：車削法，磨削法修銳：擠壓滾扎，噴射、電加工法修銳：擠壓滾扎，噴射、電加工法v= 27 m/s6420-2-4-60204681012彈性區(qū)塑性區(qū)切削區(qū)工件切入角實(shí)際磨削軌跡理想磨削軌跡彈性區(qū)塑性區(qū)切削區(qū)塑性區(qū)彈性區(qū)接觸終點(diǎn)2=6.8切入角/（）接觸長(zhǎng)度

11、/ mm3.2.2 超精密磨削加工超精密磨削加工1. 超精密加工的機(jī)理超精密加工的機(jī)理l加工精度達(dá)到加工精度達(dá)到0.1 m以下、以下、Ra0.025 m 2. ELID鏡面磨削鏡面磨削(1) 基本原理基本原理使用使用ELID磨削，冷卻液為特殊電解液。通電后，砂輪結(jié)磨削，冷卻液為特殊電解液。通電后，砂輪結(jié)合劑發(fā)生氧化，氧化層阻止電解進(jìn)一步進(jìn)行。在切削力合劑發(fā)生氧化，氧化層阻止電解進(jìn)一步進(jìn)行。在切削力作用下，氧化層脫落，露出了新的鋒利磨粒。電解修銳作用下，氧化層脫落，露出了新的鋒利磨粒。電解修銳連續(xù)進(jìn)行，砂輪在整個(gè)磨削過(guò)程保持鋒利狀態(tài)連續(xù)進(jìn)行，砂輪在整個(gè)磨削過(guò)程保持鋒利狀態(tài)進(jìn)給電源金剛石砂輪（鐵纖

12、維結(jié)合劑）冷卻液冷卻液電刷(2) ELID磨削的特點(diǎn)磨削的特點(diǎn) l良好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性l提高了貴重磨料的利用率提高了貴重磨料的利用率l良好的可控性良好的可控性l鏡面磨削，殘留裂紋少鏡面磨削，殘留裂紋少(3) ELID磨削的必備裝置磨削的必備裝置 l具有較高主軸回轉(zhuǎn)精度的磨床。具有較高主軸回轉(zhuǎn)精度的磨床。l良好的導(dǎo)電性和電解性能的砂輪良好的導(dǎo)電性和電解性能的砂輪l電源裝置電源裝置l電解液電解液日本 KOGE (4) 適用范圍適用范圍l電子材料和磁性材料的鏡面磨削電子材料和磁性材料的鏡面磨削l光學(xué)材料的鏡面磨削及難加工光學(xué)材料的研磨拋光光學(xué)材料的鏡面磨削及難加工光學(xué)材料的研磨拋光前的鏡面磨削等

13、前的鏡面磨削等l陶瓷材料的鏡面磨削陶瓷材料的鏡面磨削l高硬度鋼鐵及其復(fù)合材料以及硬質(zhì)合金的鏡面磨削高硬度鋼鐵及其復(fù)合材料以及硬質(zhì)合金的鏡面磨削3. 超精密磨削的特點(diǎn)及應(yīng)用超精密磨削的特點(diǎn)及應(yīng)用金剛石砂輪磨削光學(xué)玻璃金剛石砂輪磨削光學(xué)玻璃樹脂結(jié)合劑砂輪樹脂結(jié)合劑砂輪磨粒粒度：磨粒粒度：6-12m磨削深度：磨削深度：4m進(jìn)給速度：進(jìn)給速度：6mm/min粗糙度粗糙度Ra：1.04nm3. 超精密磨削的特點(diǎn)及應(yīng)用超精密磨削的特點(diǎn)及應(yīng)用ELID鏡面磨削鏡面磨削實(shí)驗(yàn)室：實(shí)驗(yàn)室： Ra1-2 nm 工業(yè)應(yīng)用：工業(yè)應(yīng)用： Ra10 50 nm 玻璃表面玻璃表面SEM圖像圖像玻璃表面玻璃表面AFM圖像圖像4.

14、 超精密磨削對(duì)機(jī)床環(huán)境的要求超精密磨削對(duì)機(jī)床環(huán)境的要求l高精度高精度 l高剛度高剛度 l穩(wěn)定性穩(wěn)定性l微量進(jìn)給裝置微量進(jìn)給裝置l計(jì)算機(jī)數(shù)控計(jì)算機(jī)數(shù)控 l有良好過(guò)濾的磨削液有良好過(guò)濾的磨削液l超穩(wěn)定加工環(huán)境條件超穩(wěn)定加工環(huán)境條件和超凈化空間和超凈化空間 l防振系統(tǒng)防振系統(tǒng)第三章第三章 磨削加工技術(shù)磨削加工技術(shù) 3.3 緩進(jìn)給磨削緩進(jìn)給磨削Creep feed grinding3.3 緩進(jìn)給磨削緩進(jìn)給磨削l緩進(jìn)給深切磨削緩進(jìn)給深切磨削（強(qiáng)力磨削，重負(fù)荷磨削，蠕動(dòng)磨削）（強(qiáng)力磨削，重負(fù)荷磨削，蠕動(dòng)磨削）l 緩進(jìn)給：普通磨削的緩進(jìn)給：普通磨削的10-2 10-3l 大切深：普通磨削的大切深：普通磨削的

15、102 103l 磨削效率是普通磨削的磨削效率是普通磨削的35倍倍l Ra0.20.4m；精度；精度 25 m3.3.1緩進(jìn)給磨削加工的特點(diǎn)緩進(jìn)給磨削加工的特點(diǎn)磨削方式 深切緩進(jìn)給磨削 普通往復(fù)式磨削 縱向進(jìn)給速度 vf /(mmmin-1) 粗磨:300 精磨:1200 15000 切削距離 ls /mm 125 575 切入與超出距離(ls+lb)/mm 60 330 工作臺(tái)移動(dòng)距離L(=ls+ls+lb)/mm 185 905 徑向進(jìn)給量 fr/mm 粗磨:3.4 精磨:0.6 粗磨:0.03 精磨:0.015 每走刀一次切削時(shí)間/s 粗磨:37 精磨:10 3.6 走刀次數(shù) 粗磨 1

16、精磨 1 粗磨 120 精磨 26 12 件總切削時(shí)間/s 188 40 每件切削時(shí)間/s 16 45 砂輪修整總量/mm 0.32 0.64 025. 0010 025.001005.004 05.00425 25材料：W6Mo5Cr4V2Al 6668HRC 材料：W6Mo5Cr4V2Al 6668HRC 簡(jiǎn) 圖 簡(jiǎn) 圖 1.25 1.25 0.63 一次加工 3 件 l b l a l s 一次加工 12 件 l b l a l s 1. 緩進(jìn)給磨削存在的問(wèn)題緩進(jìn)給磨削存在的問(wèn)題正常磨削時(shí)溫度較低而容易突發(fā)燒傷正常磨削時(shí)溫度較低而容易突發(fā)燒傷(1) 燒傷程度往往比較嚴(yán)重；燒傷程度往往比較

17、嚴(yán)重；(2) 燒傷存在某種程度的突然性。燒傷存在某種程度的突然性。 2. 緩進(jìn)給磨燒傷的沸騰換熱理論緩進(jìn)給磨燒傷的沸騰換熱理論l0qqa，l對(duì)流換熱階段對(duì)流換熱階段 lqa q qlim，l成膜沸騰階段成膜沸騰階段l突發(fā)燒傷突發(fā)燒傷 0 lim qlim d c a /() 熱流密度 q/ (Wmm-2) 成膜溫度 qa b qc 始終保持磨削過(guò)程中磨粒始終保持磨削過(guò)程中磨粒的鋒利，可以避免燒傷的鋒利，可以避免燒傷3. 緩進(jìn)給磨削加工的特點(diǎn)緩進(jìn)給磨削加工的特點(diǎn)l磨削深度大，砂輪與工件接觸弧較長(zhǎng)。磨削深度大，砂輪與工件接觸弧較長(zhǎng)。l緩進(jìn)給磨削是大切深、一次進(jìn)給，進(jìn)給速度比較低。緩進(jìn)給磨削是大切深

18、、一次進(jìn)給，進(jìn)給速度比較低。l產(chǎn)生大量磨削熱，易燒傷，應(yīng)配有強(qiáng)冷卻。產(chǎn)生大量磨削熱，易燒傷，應(yīng)配有強(qiáng)冷卻。l生產(chǎn)效率高。生產(chǎn)效率高。l可以直徑磨削難加工的材料至尺寸要求。可以直徑磨削難加工的材料至尺寸要求。l磨削精度高和表面質(zhì)量好。磨削精度高和表面質(zhì)量好。l參加切削磨粒數(shù)多，總磨削力及功率大。參加切削磨粒數(shù)多，總磨削力及功率大。3.3.2 緩進(jìn)給磨削工藝緩進(jìn)給磨削工藝1. 連續(xù)修正連續(xù)修正l邊磨削邊再成形和修銳砂輪邊磨削邊再成形和修銳砂輪l省去了砂輪修整，提高省去了砂輪修整，提高了磨削效率；了磨削效率；l最長(zhǎng)磨削長(zhǎng)度取決于磨最長(zhǎng)磨削長(zhǎng)度取決于磨床可利用的磨削長(zhǎng)度；床可利用的磨削長(zhǎng)度；l比磨削能

19、降低，磨削力比磨削能降低，磨削力及磨削熱均降低及磨削熱均降低 d r n r v1(t)=2vfrd+vfr v2(t)= vfrd+vfr ys1 yr1 n w d w1 d s1 v f r ns1 f r 2. 強(qiáng)化換熱強(qiáng)化換熱l冷卻液應(yīng)以一定壓力和流量送入磨削區(qū)而起到冷卻液應(yīng)以一定壓力和流量送入磨削區(qū)而起到強(qiáng)冷卻作用，沖掉附著砂輪表面的部分絲狀磨強(qiáng)冷卻作用，沖掉附著砂輪表面的部分絲狀磨屑。屑。磨削磨削弧區(qū)采用徑向射流射流沖擊強(qiáng)化換熱3. 大氣孔砂輪大氣孔砂輪l容屑空間容屑空間l接觸面積接觸面積l摩擦力摩擦力l磨削力，功率磨削力，功率l冷卻效果冷卻效果第三章第三章 磨削加工技術(shù)磨削加工技術(shù) 3.4 砂帶磨削加工砂帶磨削加工Belt Grinding用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）3.4.1 砂帶的特點(diǎn)及制備砂帶的特點(diǎn)及制備1. 砂帶的構(gòu)成及特點(diǎn)砂帶的構(gòu)成及特點(diǎn)l構(gòu)成：構(gòu)成：基體基體 結(jié)合劑結(jié)合劑 磨料磨料l砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對(duì)運(yùn)砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行磨削或拋光動(dòng)，進(jìn)行磨削或拋光磨粒規(guī)格涂層粘接劑基帶砂帶結(jié)構(gòu)2. 砂帶的制備砂帶的制備l靜電植砂是利用高壓靜電植砂是利用高壓靜電場(chǎng)使磨粒成為帶靜電場(chǎng)使磨粒成為帶電