《金屬切削原理》第12章[磨削]

1、1726979441第十二章磨削磨削用于加工堅(jiān)硬材料及精加工、半精加工內(nèi)圓磨削外圓磨削平面磨削普通平面磨削圓臺(tái)平面磨削超精磨削加工第一節(jié)砂輪的特性及選擇砂輪由磨料、結(jié)合劑、氣孔組成特性由磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織決定一、磨料分為天然磨料和人造磨料人造磨料氧化物系碳化物系超剛玉系（ AI2O3 ）硬材料系碳化硅系碳化硼系二、粒度人造金剛石系立方氮化硼系表示磨粒顆粒尺寸的大小> 63 號(hào)數(shù)為通過(guò)篩網(wǎng)的孔數(shù)/ 英寸（ 25.4mn ）機(jī)械篩分一般磨粒V63ymW顯微鏡分析法微細(xì)磨粒號(hào)數(shù)為最大尺寸微米數(shù)（精磨細(xì)粒降低粗糙度粗磨粗粒提高生產(chǎn)率高速時(shí)、接觸面積大時(shí)粗粒 防燒傷軟韌金屬粗粒防糊塞硬

2、脆金屬細(xì)粒提高生產(chǎn)率國(guó)標(biāo)用磨粒最大尺寸方向上的尺寸來(lái)表示三、結(jié)合劑作用：將磨料結(jié)合在一起，使砂輪具有必要的強(qiáng)度和形狀1、陶瓷結(jié)合劑（ A）常用由黏土等陶瓷材料配成特點(diǎn)：粘結(jié)強(qiáng)度高、耐熱、耐酸、耐水、氣孔率大、成本低、生產(chǎn)率高、脆、不能承受側(cè)向彎扭力2、樹(shù)脂結(jié)合劑（ S）切斷、開(kāi)槽酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂特點(diǎn)：強(qiáng)度高、彈性好、耐熱性差、易自礪、氣孔率小、易糊塞、磨損快、易失廓形、與堿性物質(zhì)易反應(yīng)、不易長(zhǎng)期存放3、橡膠結(jié)合劑（ X 薄砂輪、切斷、開(kāi)槽、無(wú)心磨導(dǎo)輪人造橡膠特點(diǎn)：彈性好、強(qiáng)度好、氣孔小、耐熱性差、生產(chǎn)率低4、金屬結(jié)合劑（ Q 磨硬質(zhì)合金、玻璃、寶石、半導(dǎo)體材料青銅結(jié)合劑（制作金剛石砂輪）特點(diǎn)

3、：強(qiáng)度高、自礪性差、形面成型性好、有一定韌性1726979442四、硬度在磨削力作用下，磨粒從砂輪表面脫落的難易程度分為超軟、軟、中軟、中、中硬、硬、超硬工件材料硬砂輪軟些防燒傷工件材料軟砂輪硬些充分發(fā)揮磨粒作用接觸面積大軟砂輪精度、成形磨削硬砂輪保持廓形粒度號(hào)大 軟砂輪 防糊塞有色金屬、橡膠、樹(shù)脂五、 組織軟砂輪防糊塞磨粒、氣孔、結(jié)合劑體積的比例關(guān)系分為：緊密（ 0? 式（與大氣連通）3）、中等（ 4? 7）、疏松（ 8? 14）（磨粒占砂輪體積占大部分，影響較大閉式（與大氣不連通）尺寸小、影響?。?氣孔、孔穴開(kāi)開(kāi)式空洞型蜂窩型前兩種構(gòu)成砂輪內(nèi)部主要的冷卻通道管道型 5? 50 ym六、 砂

4、輪的型號(hào)標(biāo)注 形狀、尺寸、磨料、粒度號(hào)、硬度、組織號(hào)、結(jié)合劑、允許最高圓周線(xiàn)速度P300x30x75WA60L6V35外徑 300, 厚 30, 內(nèi)徑 75第二節(jié)磨削運(yùn)動(dòng)一、磨削運(yùn)動(dòng)1、主運(yùn)動(dòng)砂輪外圓線(xiàn)速度m/s2、徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給量 fr 工件相對(duì)砂輪徑向移動(dòng)的距離間歇進(jìn)給 mm/st單行程mm/dst雙行程連續(xù)進(jìn)給 mm/s3、軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給量 fa工件相對(duì)砂輪軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)圓磨 mm/r平磨 mm/ 行程4、工件速度 vw 線(xiàn)速度 m/s二、 磨削金屬切除率ZQ= Q/B = 1000 - vw - fr ? fa/B mm A3/（s? mm ）ZQ 單位砂輪寬度切除率Q 每秒金屬切

5、除量用以表示生產(chǎn)率B：砂輪寬度三、 砂輪與工件加工表面接觸弧長(zhǎng)1c = sqrt （fr ?dO）1726979443影響參加磨削磨粒數(shù)目及磨粒負(fù)荷，容屑，冷卻條件四、砂輪等效直徑將外圓（內(nèi)圓）砂輪直徑換算成接觸弧長(zhǎng)相等的假想平面磨削的砂輪直徑 結(jié)論：對(duì)砂輪耐用度影響 內(nèi)圓平面外圓第三節(jié)磨削的過(guò)程一、 單個(gè)磨粒的磨削過(guò)程磨粒的模型銳利 120。圓錐鈍化半球?qū)嶋H磨粒：大的負(fù)前角，大的切削刃鈍圓半徑滑擦、耕犁、切削滑擦：（不切削，不刻劃）產(chǎn)生高溫，引起燒傷裂紋耕犁：（劃出痕跡）磨粒鈍或切削厚度小于臨界厚度，工件材料擠向兩側(cè)隆起 切削：切削厚度大于臨界厚度，形成切屑隆起線(xiàn)性）塑性變形速度v磨削速度v

6、T-二、 磨削的特點(diǎn)1、精度高、表面粗糙度小高速、小切深、機(jī)床剛性2、徑向分力 Fn 較大多磨粒切削3、磨削溫度高磨粒角度差、擠壓和摩擦、砂輪導(dǎo)熱差4、砂輪的自礪作用三、 磨削的階段1、初磨階段實(shí)際磨深小于徑向進(jìn)給量2、穩(wěn)定階段實(shí)際磨深等于徑向進(jìn)給量3、清磨階段實(shí)際磨深趨向于0提高生產(chǎn)率縮短 1、2提高質(zhì)量保證 3第四節(jié)磨削力及磨削功率一、磨削力的特征分解成三個(gè)分力Ft 切向力Fn 法向力Fa 軸向力特征：1、單位切削力k 很大 磨粒幾何形狀的隨機(jī)性和參數(shù)的不合理性7000 ? 20000kgf/mm A2其他切削方式kv 700kgf/mm A217269794442、 Fn 值最大Fn/F

7、t 通常 2.0 ? 2.5工件塑性 、硬度Fn/FtJTT-切深小，砂輪嚴(yán)重磨損Fn/Ft 可達(dá)5? 103、磨削力隨磨削階段變化初磨、穩(wěn)定、光磨二、磨削力及磨削功率摩擦耗能占相當(dāng)大的比例 ( 70? 80%)切向力 ( N):Ft =9.81? (CF?(vw ?fr ? B/v)+ Fn)徑向力 (N):Fn=9.81?CF- (vw?fr?B/v)?tan( )?(n/2) vw:工件速度aV：砂輪速度f(wàn)r : 徑向進(jìn)給量B：磨削寬度CF ：切除單位體積切屑所需的能kgf/mm A2卩：工件砂輪摩擦系數(shù)a : 假設(shè)粒度為圓錐時(shí)的錐頂半角磨削功率P= Ft ?v/1000 Kw理論公式精

8、度不高，常用實(shí)驗(yàn)測(cè)定( 頂尖上安裝應(yīng)變片)1726979445第五節(jié)磨削溫度耕犁、滑擦和形成切屑的能量全部轉(zhuǎn)化成熱，大部分傳入工件一、 磨削溫度砂輪磨削區(qū)溫度9 A:砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度影響：燒傷、裂紋的產(chǎn)生磨粒磨削點(diǎn)溫度9 dot : 磨粒切削刃與切屑接觸部分的溫度要來(lái)源溫度最高處，是磨削熱的主影響：表面質(zhì)量、磨粒磨損、切屑熔著工件溫升：影響：工件尺寸、形狀精度受影響二、 影響磨削溫度的因素切削液為降溫的主要途徑1、工件速度對(duì)磨粒磨削點(diǎn)溫度的影響大于砂輪速度vw TacgmaxT FT 9dot T大v Tacgmaxj 9dot T 小摩擦熱 T/ acgmax 單個(gè)磨粒最大切削厚度

9、mm假設(shè)：磨粒前后對(duì)齊，均勻分不在砂輪表面平面磨： acgmax=(2 - vw- fa/(v?m- B)sqrt(fr/dt)外圓磨： acgmax=(2 - vw - fa/(v?m- B)sqrt(fr/dt)+(fr/dw) dt: 砂輪直徑m 每毫米周長(zhǎng)磨粒數(shù)用于定性分析2、徑向進(jìn)給量Frfr TacgmaxT 9dot Tfr T接觸區(qū) T同時(shí)參加切削磨粒數(shù)T 9AT3、其他因素fa T 9dot T、 9 AT 工件材料硬度T、強(qiáng)度、 T韌性 T 9dot T、9 AT9 AT工件溫升 T vwT被磨削點(diǎn)與砂輪接觸時(shí)間 J工件溫升 / 三、 磨削溫度的測(cè)量 ( 熱電偶 )第六節(jié)砂

10、輪的磨損及表面形貌一、砂輪的磨損類(lèi)型磨耗磨損磨粒磨損破碎磨損磨?；蚪Y(jié)合劑破碎( 取決于磨削力與磨粒、結(jié)合劑強(qiáng)度)破碎磨損消耗砂輪多磨耗磨損通過(guò)磨削力影響破碎磨損階段初期磨損磨粒破碎磨損 ( 個(gè)別磨粒受力大，磨粒內(nèi)部應(yīng)力與裂紋)磨二期磨損耗磨損三期磨損結(jié)合劑破碎磨損二、 砂輪的耐用度 T砂輪相鄰兩次修整期間的加工時(shí)間s各因素通過(guò)平均切削厚度來(lái)影響T經(jīng)驗(yàn)公式： T=6.67 ?(dwA0.6) ?km- k” (10000?(vw ?fa ?fr)A2)dw 工件直徑kt ：砂輪直徑修正系數(shù)1726979446km 工件材料修正系數(shù)粗磨時(shí)間常用單位時(shí)間內(nèi)磨除金屬體積與砂輪磨耗體積之比來(lái)選擇砂輪三、

11、 砂輪的修整作用去除鈍化磨粒或糊塞住的磨粒，使新磨粒露出來(lái)增加有效切削刃，提高加工表面質(zhì)量工具單顆金剛石、單排金剛石、碳化硅修整輪、電鍍?nèi)嗽旖饎偸瘽L輪、硬質(zhì)合金擠壓輪等使用單顆金剛石：導(dǎo)程小于等于磨粒平均直徑，每顆磨粒都能修整深度小于等于磨粒平均直徑，提高砂輪壽命四、 表面形貌單位面積上磨粒數(shù)目越多acgmaxj f 磨粒受力磨粒壽命TT T 磨粒高度分布越均勻 - 粗糙度 J磨粒間距均勻性越好粗糙度J第七節(jié)磨削表面質(zhì)量與磨削精度一、 表面粗糙度比普通切削小小于 Ra2 ? 4mvw j、 vT、R 工 T、R 砂 T、細(xì)粒度粗糙度 J細(xì)粒度 mT 粗糙度 J BTacgmaxj 粗糙度 J磨

12、粒等高性好粗糙度 J 二、 機(jī)械性能1、金相組織變化燒傷： CT、合金元素 T導(dǎo)熱性 J易燒傷高溫合金 T磨削功率 T 9AT易燒傷影響：破壞工件表層組織，產(chǎn)生裂紋，影響耐磨性和壽命2、殘余應(yīng)力原因：相變引起金相組織體積變化溫度引起熱脹冷縮和塑性變形的綜合結(jié)果光磨 10 次 殘余應(yīng)力減少 2? 3 倍 光磨 15 次 殘余應(yīng)力減少 4? 5 倍 fa J、 fr J拉應(yīng)力 J 3、 磨削裂紋磨削速度垂直方向上的裂紋( 局部高溫急冷造成熱應(yīng)力)三、 磨削精度1、磨床與工件的彈性變形2、磨床與工件的熱變形3、砂輪磨損導(dǎo)致形狀尺寸變化3、磨床與工件振動(dòng)1726979447研磨加工是應(yīng)用較廣的一種光整

13、加工。加工后精度可達(dá)IT5 級(jí)，表面粗糙度可達(dá)Ra0.10.006 卩 m 既可加工金屬材料，也可以加工非金屬材料。研磨加工時(shí)，在研具和工件表面間存在分散的細(xì)粒度砂粒（磨料和研磨劑）在兩者之間施加一定的壓力，并使其產(chǎn)生復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣經(jīng)過(guò)砂粒的磨削和研磨劑的化學(xué)、物理作用，在工件表面上去掉極薄的一層，獲得很高的精度和較小的表面粗糙度。研磨的方法按研磨劑的使用條件分以下三類(lèi):1 ?干研磨研磨時(shí)只需在研具表面涂以少量的潤(rùn)滑附加劑。如圖8-12a在研磨過(guò)程中基本固定在研具上，它的磨削作用以滑動(dòng)磨削為主。這種方法生產(chǎn)率不高，但所示。砂?？蛇_(dá)到很高的加工精度和較小的表面粗糙度值（Ra0.02?0.0

14、1 卩 m）02 ?濕研磨在研磨過(guò)程中將研磨劑涂在研具上，用分散的砂粒進(jìn)行研磨。研磨劑中除砂粒外還有煤油、機(jī)油、油酸、硬脂酸等物質(zhì)。在研磨過(guò)程中，部分砂粒存在于研具與工圖 8-12b 所示。此時(shí)砂粒以滾動(dòng)磨削為主，生產(chǎn)率高，表面粗糙度0.02 卩 m 一般作粗加工用，但加工表面一般無(wú)光澤。件之間，如Ra0.04 ?圧力丹: 力3 ?軟磨粒研千式研腹（ b）濕式研在研磨過(guò)程 中，膺用氧化鉻作圖千式研磨與鍛式研磨磨料的研磨劑涂在研具的工作表面，由于磨料比研具和工件軟，因此研磨過(guò)程中磨料懸浮于工件與研具之間，主要利用研磨劑與工件表面的化學(xué)作用，產(chǎn)生很軟的一層氧化膜，凸點(diǎn)處的薄膜很容易被磨料磨去。此種方法能得到極細(xì)的表面粗糙度（Ra0.02 ? 0.01 卩 m）刮研平面用于未淬火的工件，它可使兩個(gè)平面之間達(dá)到緊密接觸，能獲得較高的形狀和位置精度，加工精度可達(dá)IT7 級(jí)以上，