金屬切削與應(yīng)用磨削課件

第五章磨削第五章磨削1圖13-1外圓磨削運(yùn)動(dòng)圖13-1外圓磨削運(yùn)動(dòng)2圖13-2砂輪的構(gòu)造1—砂輪2—結(jié)合劑3—磨粒4—磨屑5—?dú)饪?—工件圖13-2砂輪的構(gòu)造3圖13-3人造金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪的構(gòu)造1—磨料層2—基體圖13-3人造金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪的構(gòu)造4圖13-3(a)燒結(jié)類人造金剛石成型磨輪圖13-3(a)燒結(jié)類人造金剛石成型磨輪5圖13-3(b)電鍍類人造金剛石成型磨輪圖13-3(b)電鍍類人造金剛石成型磨輪6圖13-3(c)樹(shù)脂結(jié)合劑的人造金剛石拋光盤和砂輪實(shí)物照片圖13-3(c)樹(shù)脂結(jié)合劑的人造金剛石拋光盤和7圖13-4砂輪上的磨粒形狀a)外形b）典型磨粒斷面圖13-4砂輪上的磨粒形狀8圖13-5磨削過(guò)程中磨粒的切削、刻劃和拋光作用a)切削作用b）刻劃作用c）拋光作用圖13-5磨削過(guò)程中磨粒的切削、刻劃和拋光作用9圖13-6磨削力圖13-6磨削力10圖13-7理想平均磨削厚度a)計(jì)算圖b）ABCD局部放大圖圖13-7理想平均磨削厚度11圖13-8修整砂輪用的工具a）大顆粒金剛石筆b）多粒細(xì)碎金剛石筆c）金剛石滾輪1—輪體2—金剛石3—被修整砂輪圖13-8修整砂輪用的工具12圖13-9砂帶磨削的幾種形式a）磨外圓b）磨平面c）無(wú)心磨d）自由磨削e）成形磨削1—工件2—砂帶3—張緊輪4—接觸輪5—承載輪6—導(dǎo)輪7—成形導(dǎo)向板圖13-9砂帶磨削的幾種形式13一、砂輪:由磨料加結(jié)合劑用燒結(jié)的方法而制成的多孔物體。1.磨料:起切削作用，2.結(jié)合劑:把磨料結(jié)合起來(lái)，使之具有一定的形狀、硬度和強(qiáng)度。3.氣孔:結(jié)合劑沒(méi)有填滿磨料之間的全部空間，因而有氣孔存在。５.1砂輪一、砂輪:由磨料加結(jié)合劑用燒結(jié)的方法而制成的多孔物體。５.114二、砂輪的基本參數(shù)磨料的種類、磨料顆粒大小、結(jié)合劑的種類、砂輪硬度及組成三、砂輪的特性

磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、組織以及形狀和尺寸等

二、砂輪的基本參數(shù)155.1.1磨料⒈天然磨料：一般含雜質(zhì)多，質(zhì)地不勻；天然金剛石雖好，但價(jià)格昂貴。2.人造磨料：目前主要采用人造磨料。氧化物系:主要成分為Al2O3碳化物系:以碳化硅、碳化硼為基體，添加的金屬元素

超硬磨料系:主要有人造金剛石和立方氮化硼。5.1.1磨料⒈天然磨料：一般含雜質(zhì)多，質(zhì)地不勻；天然金剛16系別名稱代號(hào)顏

色性

能適

用

范

圍氧化物棕剛玉白剛玉鉻剛玉AWAPA棕褐色白色玫瑰紅色硬度較低,韌性較好較A硬度高,磨粒鋒利,韌性差韌性比WA好磨削碳素鋼,合金剛,可鍛鑄鐵與青銅磨削淬硬的高碳鋼,合金鋼,高速鋼,磨削薄壁零件,成形零件碳化物黑碳化硅綠碳化硅碳化硼CGCBC黑色帶光澤綠色帶光澤比剛玉類硬度高,導(dǎo)熱性好,但韌性差較C硬度高,導(dǎo)熱性好,韌性較差磨削鑄鐵,黃銅,耐火材料及其它非金屬材料磨削硬質(zhì)合金,寶石,光學(xué)玻璃研磨硬質(zhì)合金超硬磨料人造金剛石立方氮化硅DCBN白,淡綠,黑色棕黑色硬度最高,耐熱性較硬度僅次于D韌性較D好研磨硬質(zhì)合金,光學(xué)玻璃,寶石,陶瓷等高硬度材料磨削高性能高速鋼,不銹鋼,耐熱鋼及其它難加工材料表5-1砂輪特性及用途選擇1—磨料系別名稱代號(hào)顏色性能適用范圍氧化物175.1.2粒度

表示磨料顆粒的大小1．一般磨粒2．微細(xì)磨粒粒度號(hào)---磨粒剛好可通過(guò)的篩網(wǎng)每英寸長(zhǎng)度上（25.4mm）上的孔眼數(shù)。單位稱為“目”。粒度號(hào)越大，磨粒的實(shí)際尺寸越小粒度號(hào)---在顯微鏡下測(cè)得的該顆粒最大尺寸的微米數(shù)。粒度號(hào)越大，微粉顆粒尺寸越大。5.1.2粒度表示磨料顆粒的大小1．一般磨粒2．微細(xì)18類別粒度號(hào)適用范圍磨粒8#10#12#14#16#20#22#24#30#36#40#46#54#60#70#80#90#100#120#150#180#220#240#

荒磨一般磨削,加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.8m半精磨,精磨和成型磨削,加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.8~0.16μm精磨,精密磨,超精磨,成型磨,刀具刃磨,珩磨微粉W63W50W40W28W20W14W10W7W5W3.5W2.5W1.5W1.0W0.5精磨,精密磨,超精磨,珩磨,螺紋磨超精密磨,鏡面磨,精研,加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.05~0.012μm表5-1砂輪特性及用途選擇2—粒度類別粒度號(hào)適用范圍磨粒8#10#12#14195.1.3結(jié)合劑把磨粒固結(jié)成磨具的材料⒈瓷（A）2.樹(shù)脂（S）4.青銅（Q）3.橡膠（X）耐熱、耐蝕、耐潮、氣孔率大、保持廓形好，最常用。但其性脆，韌性及彈性較差，不能承受側(cè)面彎扭力，有宜用于切斷砂輪。強(qiáng)度高、彈性好，很適用于切斷、開(kāi)槽等高速磨削。但其耐熱性、耐蝕性差、氣孔率小，易糊塞、磨損快、易失去廓形。比樹(shù)脂有更好的彈性和硬度，可制造0.1mm的薄砂輪，使用于切斷、開(kāi)槽、無(wú)心磨的導(dǎo)輪。抗張力強(qiáng)度高，型面保持性好，有一定韌性，但自銳性差，主要用于制造金剛石砂輪，粗、精磨硬質(zhì)合金，以及磨削與切斷光學(xué)玻璃、寶石、陶瓷、半導(dǎo)體等材料。5.1.3結(jié)合劑把磨粒固結(jié)成磨具的材料⒈瓷（A）2.樹(shù)20表5-1砂輪特性及用途選擇3—結(jié)合劑名稱代號(hào)特性適用范圍陶瓷V耐熱,耐油和耐酸,堿的侵蝕,強(qiáng)度較高,較脆除薄片砂輪外,能制成各種砂輪樹(shù)脂B強(qiáng)度高,富有彈性,具有一定拋光作用,耐熱性差,不耐酸堿荒磨砂輪,磨窄槽,切斷用砂輪,高速砂輪,鏡面磨砂輪橡膠R強(qiáng)度高,彈性更好,拋光作用好,耐熱性差,不耐油和酸,易睹塞磨削軸承溝道砂輪,無(wú)心磨導(dǎo)輪,切割薄片砂輪,拋光砂輪表5-1砂輪特性及用途選擇3—結(jié)合劑名稱代號(hào)特215.1.4砂輪的硬度磨粒與結(jié)合劑的粘固程度在磨削力的作用下，磨粒從砂輪表面脫落的難易程度。砂輪硬，磨粒較難脫落；砂輪軟，磨粒容易脫落。砂輪組織較疏松，工件材料較硬，砂輪與工件磨削接觸面較大，砂輪氣孔率較低時(shí)，需選用較軟的砂輪。半精磨與粗磨相比，樹(shù)脂與陶瓷相比，選用的砂輪硬度低些。5.1.4砂輪的硬度磨粒與結(jié)合劑的粘固程度在磨削力的作22等級(jí)超軟軟中軟中中硬硬超硬代號(hào)DEFGHJKLMNPQRSTY選擇磨位淬硬鋼選用L~N,磨淬火合金鋼選用H~K,高表面質(zhì)量磨削時(shí)選用K~L,刃磨硬質(zhì)合金刀具選用H~J表5-1砂輪特性及用途選擇4—硬度等級(jí)超軟軟中軟中中硬硬超硬代號(hào)DEFGHJKLMNPQRST235.1.5砂輪的組織砂輪結(jié)構(gòu)的緊密或疏松程度用顆粒、結(jié)合劑和氣孔三者體積的比例關(guān)系來(lái)表示

磨粒在砂輪體積中所占比例越大，砂輪的組織越緊密，氣孔越?。环粗?，組織疏松緊密類砂輪，氣孔率小，使砂輪變硬，容屑空間小，容易被磨屑堵塞，磨削效率較低。但可承受較大的磨削壓力，砂輪廓形可保持較久。緊密類中等疏松類一般組織，一般磨削

磨粒占的比例越小，氣孔越大，砂輪越不易被切屑堵塞，切削液和空氣也易進(jìn)入磨削區(qū)，使磨削區(qū)溫度降低，工件因發(fā)熱而引起的變形和燒傷減小，但疏松類砂輪易失去正確廓形，降低成型表面的磨削精度，增大表面粗糙度。

5.1.5砂輪的組織砂輪結(jié)構(gòu)的緊密或疏松程度用顆粒、結(jié)24組織號(hào)01234567891011121314磨粒率(%)626058565452504846444240383634分類緊密類中等疏松類用途成型磨削,精密磨削磨削淬火鋼,刀具刃磨磨削韌性大而硬度不高材料磨削熱敏性大的材料表5-1砂輪特性及用途選擇5—砂輪的組織組織號(hào)01234567891011121314磨粒率(%)6255.1.6砂輪的形狀、尺寸及用途為便于對(duì)砂輪管理和選用，通常將砂輪的形狀、尺寸和特性標(biāo)注在砂輪端面上外徑×厚度×內(nèi)徑其順序?yàn)椋盒螤?、尺寸、磨料、粒度?hào)、硬度、組織號(hào)、結(jié)合劑、允許的最高工作圓周線速度如：砂輪P300×30×75WA60L6V355.1.6砂輪的形狀、尺寸及用途為便于對(duì)砂26砂輪種類形狀代號(hào)斷面形狀主要用途平形砂輪P磨外圓、內(nèi)圓，無(wú)心磨，刃磨刀具等雙斜邊砂輪OSX磨齒輪及螺紋雙面凹砂輪PSA磨外圓，刃磨刀具，無(wú)心磨切斷砂輪(薄片砂輪)PB切斷及切槽筒形砂輪N端磨平面杯形砂輪B磨平面、內(nèi)圓，刃磨刀具碗形砂輪BW刃磨刀具，磨導(dǎo)軌碟形砂輪D磨齒輪，刃磨銑刀、拉刀、鉸刀表5-2常用砂輪的形狀、代號(hào)及用途舉例砂輪種類形狀代號(hào)斷面形狀主要用途平形砂輪P磨外圓、內(nèi)圓，無(wú)心27有效磨粒切削刃無(wú)效磨粒切削刃有效磨粒切削刃只為靜態(tài)切削刃總數(shù)的5%～12%；一個(gè)磨粒可能有幾個(gè)有效切削刃與工件接觸，有60%的有效切削刃分布在不同磨粒上面。5.2砂輪表面形貌圖圖5.3砂輪表面形貌圖有效磨粒切削刃無(wú)效磨粒切削刃有效磨粒切削刃只為靜285.3磨削過(guò)程磨削也是一種切削砂輪可以看作是具有極多微小刀齒的銑刀砂輪本身雖有自銳性圖5.4磨粒切削過(guò)程5.3磨削過(guò)程磨削也是一種切削砂輪可以看作是具有極多微小295.3.1磨削特點(diǎn)1．精度高、表面粗糙度小2．砂輪有自銳作用機(jī)床名稱立式銑床車床平面磨床外圓磨床精密外圓磨床內(nèi)圓磨床刻度值0.050.020.010.0050.0020.002表5.3不同機(jī)床控制切深機(jī)構(gòu)的刻度值（mm）使得磨粒能夠以較鋒利的刃口對(duì)工件進(jìn)行切削。5.3.1磨削特點(diǎn)1．精度高、表面粗糙度小2．砂輪有自銳303．徑向分力較大4．磨削溫度高磨削時(shí)的切削力同車削一樣，也可以分解為三個(gè)互相垂直的分力工件材料普通鋼淬硬鋼鑄鋼Fn/Ft1.6～1.91.9～2.62.7～3.2Fa/Ft0.1～0.2高的切削速度負(fù)前角切削原因3．徑向分力較大4．磨削溫度高磨削時(shí)的切削力315.3.2磨削運(yùn)動(dòng)和磨削要素一、磨削運(yùn)動(dòng)1)主運(yùn)動(dòng)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，砂輪外圓的線速度即主運(yùn)動(dòng)速度

m/s(5.1)式中d0——砂輪直徑（mm）；

n0——砂輪轉(zhuǎn)速（r/s）。5.3.2磨削運(yùn)動(dòng)和磨削要素一、磨削運(yùn)動(dòng)1)主運(yùn)動(dòng)砂輪323)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)2)徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)用徑向進(jìn)給量?r表示。(亦稱磨削深度ap)?r指工作臺(tái)每雙（單）行程內(nèi)工件相對(duì)于砂輪徑向移動(dòng)的距離，單位為mm/d·str，一般情況下，?r=0.005～0.02mm/d·str，用軸向進(jìn)給量?a表示。(亦稱磨削深度f(wàn))指工件每一轉(zhuǎn)或工作臺(tái)每一次行程，工件相對(duì)砂輪的軸向移動(dòng)的距離。一般情況下?a=(0.2～0.8)B，B為砂輪寬度，單位為mm；?a的單位，圓磨為mm/r，平磨為mm/str。3)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)2)徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)用徑向進(jìn)給量?r表示。(334)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)即工件外圓的線速度vw

式中dw——工件直徑（mm）;nw——工件轉(zhuǎn)速（r/s）。外圓磨削時(shí)m/s(5.2)4)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)即工件外圓的線速度vw式中dw——工34二、磨削要素1)磨削時(shí)金屬切削率①每秒鐘金屬切除量（亦稱為切除率）②每秒鐘內(nèi)砂輪每1mm寬度所切除的金屬量。則稱為單位砂輪寬度切除率，以ZQ表示mm3/s·mm(5.4)

mm3/s(5.3)二、磨削要素1)磨削時(shí)金屬切削率①每秒鐘金屬切除量（亦稱為352)砂輪與工件加工表面的接觸弧長(zhǎng)①影響同時(shí)參加磨削的磨粒數(shù)目及磨粒負(fù)荷②影響磨屑的容納和排除及冷卻條件的改善由推導(dǎo)可知平面磨削時(shí)的接觸弧的長(zhǎng)度為mm(5.5)2)砂輪與工件加工表面的接觸弧長(zhǎng)①影響同時(shí)參加磨削的磨粒363)砂輪等效直徑接觸弧長(zhǎng)相等時(shí)外圓（或內(nèi)圓）砂輪直徑換算成假想的平面磨削時(shí)的砂輪直徑。意義：如果砂輪等效直徑相同，則外圓（內(nèi)圓）磨削和平面磨削時(shí)的接觸弧長(zhǎng)相等外圓磨削時(shí)的砂輪等效直徑為(5.6)內(nèi)圓磨削時(shí)的砂輪等效直徑為(5.7)3)砂輪等效直徑接觸弧長(zhǎng)相等時(shí)外圓（或內(nèi)圓）砂輪直徑換算成37磨削方式外圓磨削Ⅰ平面磨削Ⅱ內(nèi)圓磨削Ⅲ徑向進(jìn)給量（即背吃刀量）ap（μm）252525砂輪直徑d0（㎜）400400400工作直徑dw（㎜）200∞550砂輪等效直徑dse

(mm)1334001467接觸弧長(zhǎng)度lc（μm）1.8×1033.3×1036×103接觸時(shí)間（s）45.6×10-680×10-6150×10-6表5.4幾種磨削方式的等效直徑和接觸弧長(zhǎng)磨削方式外圓磨削Ⅰ平面磨削Ⅱ內(nèi)圓磨削Ⅲ徑向進(jìn)給量（即背吃刀量38接觸弧長(zhǎng)以內(nèi)圓磨削為最大，平面磨削次之，外圓磨削最小。內(nèi)圓磨削的砂輪耐用度最大，平面磨削次之，外圓磨削最小。結(jié)論因此接觸弧長(zhǎng)以內(nèi)圓磨削為最大，平面磨削次之，外圓磨削最小。內(nèi)圓394)單個(gè)磨粒的磨削厚度意義：磨削厚度大小對(duì)磨削力、磨削溫度、磨削表面質(zhì)量和砂輪的磨損產(chǎn)生很大影響。①端面磨削時(shí)每個(gè)磨粒的最大切削厚度為

(5.8)式中m為砂輪每mm圓周長(zhǎng)度上的磨粒數(shù)（mm-1）②外圓磨削時(shí)每個(gè)磨粒的最大切削厚度為(5.9)式中ω為砂輪角速度4)單個(gè)磨粒的磨削厚度意義：磨削厚度大小對(duì)磨削力、磨削溫度40工件速度vw，軸向進(jìn)給量fa和徑向進(jìn)給量fr增加時(shí)，hDgmax將增加；砂輪速度vc、砂輪直徑d0和砂輪寬度B增大時(shí)，hDgmax將減小；砂輪磨粒越細(xì)，m就越大，hDgmax減小。結(jié)論單個(gè)磨粒的切削厚度加大時(shí)，作用在磨粒上的切削力也增大，將影響砂輪磨損、磨削溫度及被加工零件的表面質(zhì)量。因此工件速度vw，軸向進(jìn)給量fa和徑向進(jìn)給量fr增加415.3.3磨削過(guò)程一、磨屑的形成過(guò)程磨削時(shí)，工件表面被砂輪滑擦、刻劃以及砂輪表面比較鋒利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削過(guò)程大致可分為三個(gè)環(huán)節(jié)(如圖5.4)。結(jié)論：砂輪的磨削過(guò)程，實(shí)際上就是切削、刻劃和滑擦三種作用的綜合。磨屑尺寸細(xì)小而形狀各異。有帶狀切屑、節(jié)狀切屑和一些熔化后燒盡了的切屑灰燼，還有金屬微塵等。5.3.3磨削過(guò)程一、磨屑的形成過(guò)程磨削時(shí)，42二、磨削階段1）初磨階段2）穩(wěn)定階段3）清磨階段由于機(jī)床、工件、夾具工藝系統(tǒng)的彈性變形，實(shí)際磨削深度小于徑向進(jìn)給量當(dāng)系統(tǒng)彈性變形達(dá)到一定程度后，繼續(xù)進(jìn)給時(shí)，其實(shí)際磨削深度基本上等于徑向進(jìn)給量。由于工藝系統(tǒng)的彈性變形逐漸恢復(fù)，使實(shí)際磨削深度大于零。二、磨削階段1）初磨階段2）穩(wěn)定階段3）清磨階段43要提高生產(chǎn)率，應(yīng)縮短初磨階段和穩(wěn)定階段。要提高表面質(zhì)量必須保持適當(dāng)?shù)那迥ミM(jìn)給次數(shù)和清磨時(shí)間。結(jié)論圖5.6磨削過(guò)程的三個(gè)階段要提高生產(chǎn)率，應(yīng)縮短初磨階段和穩(wěn)定階段。要提高445.4磨削力及功率圖5.7磨削的受力情況5.4磨削力及功率圖5.7磨削的受力情況455.4.1磨粒的受力情況#磨粒切削時(shí)，作用在磨粒上的力可以分解成兩個(gè)分力即法向力Fn和切向力Ft。并為結(jié)合劑橋上的結(jié)合力所平衡，如圖5.7所示。

①磨粒所承受的合力FR與結(jié)合劑橋上抗力FR’的合力不一定在同一平面內(nèi)；因此，有可能產(chǎn)生力矩M，使磨粒脫落；

②磨粒本身受到剪力也可能崩裂。。磨粒所受的應(yīng)力決定于受力的強(qiáng)弱，它與切削截面積、工件材料性質(zhì)等磨削條件有關(guān)；受力的頻率則與砂輪轉(zhuǎn)速有關(guān)結(jié)論5.4.1磨粒的受力情況#磨粒切削時(shí)，作用在磨粒上的465.4.2磨粒的負(fù)前角磨削對(duì)磨削力的影響磨粒的頂尖角多為90°～120°，其前刀面實(shí)際上是一個(gè)空間曲面。磨粒實(shí)際上多數(shù)在粒端負(fù)前角下切削工件。該前角多數(shù)為γo=-70°～-89°之間。用負(fù)前角硬質(zhì)合金刀具模擬磨粒，對(duì)含少許錳、鉻、鎳的低碳鋼，在ap=0.01～0.025mm，切削速度v=200～600m/min時(shí)，金屬流動(dòng)情況示意如圖5.8所示。由于磨粒具有負(fù)前角，刃端具有γβ值，而切削厚度又很薄，故磨粒對(duì)工件的切削條件很差。實(shí)際上是滑擦、刻劃、產(chǎn)生指向工件表層的很大的塑性變形區(qū)。到一定溫度后，才形成切屑沿前刀面流出結(jié)論模擬試驗(yàn)：5.4.2磨粒的負(fù)前角磨削對(duì)磨削力的影響磨粒的頂尖47圖5.8負(fù)前角切削時(shí)的金屬流動(dòng)金屬流分為兩路一路進(jìn)入刀具下面一路沿前刀面上升而成為切屑1.一直到-75°的前角，刀具仍可切出切屑來(lái)。2.在-85°前角時(shí)，刀具就僅僅擦過(guò)和刻劃工件，圖5.8負(fù)前角切削時(shí)的金屬流動(dòng)金屬流分為兩路一路進(jìn)入48圖5.9負(fù)前角與切削力的關(guān)系前角為負(fù)值時(shí)，法向力Fn均大于切向力Ft,尤以γo=-50°之后為甚，F(xiàn)n/Ft=1～5左右。圖5.9負(fù)前角與切削力的關(guān)系前角為負(fù)值時(shí)495.4.3砂輪上的磨削力也可以磨削力分解成x方向和y方向的分力Fx,Fy。

①Fy可用以計(jì)算進(jìn)給功率；②Fx則是設(shè)計(jì)機(jī)床床身和箱體的重要數(shù)據(jù)?？梢园涯ハ髁Ψ纸鉃閺较蛄n和切向力Ft

以前研究磨削過(guò)程時(shí)，常常假設(shè)所有的磨粒都處于同一圓周面上，磨粒間距離都相等，而且工件是絕對(duì)平滑的實(shí)際上，工件有著一定的粗糙度，砂輪磨粒是三維分布的

5.4.3砂輪上的磨削力也可以磨削力分解成x方向和y方向50圖5.10磨削力(a)外圓圓磨(b)切入磨(c)平面磨(d)端面磨圖5.10磨削力(a)外圓圓磨(b)切入磨51工件材料普通鋼淬硬鋼鑄鋼1.6～1.91.9～2.62.7～3.20.1～0.2表5.5磨削分力的比值說(shuō)明材料硬度高時(shí)，比值大些

表中Fa為軸向切削分力工件材料普通鋼淬硬鋼鑄鋼1.6～1.91.9～2.62.7～525.4.4磨削力對(duì)磨削過(guò)程的影響成形磨削時(shí)的磨削力Fn、Ft與磨削用量ap、vf的關(guān)系

ap增加時(shí)，F(xiàn)n及Ft均增加；vf增加時(shí)，F(xiàn)n及Ft均有所減小工件速度vw與平均接觸壓力p

和比磨削能uc

的關(guān)系磨削力與磨削時(shí)間tc的關(guān)系

磨削力隨著磨削時(shí)間tc的延長(zhǎng)而不斷增大磨下單位體積金屬時(shí)所消耗的能量稱為比磨削能5.4.4磨削力對(duì)磨削過(guò)程的影響成形磨削時(shí)的磨削力Fn、53圖5.11成形磨削時(shí)的磨削力與磨削用量的關(guān)系

砂輪：WA80K10V，工件：中碳鋼；單位寬度磨除率：Z?=4mm/（mm·s）；修整速比：qd=0.5；砂輪速度：vc=30mm/s；砂輪半錐角α=60°圖5.11成形磨削時(shí)的磨削力與磨削用量的關(guān)系砂輪：WA54圖5.12vw與p及uc的關(guān)系砂輪粒度：30，磨削深度：ap=0.025mm精密磨削時(shí)的比磨削能可能為車削時(shí)的“比切削能”的20～30倍圖5.12vw與p及uc的關(guān)系砂輪粒度：30，磨削深555.4.5磨削功率消耗功率消耗很大主運(yùn)動(dòng)所消耗的功率為Pm（國(guó)際為Pc）

kW(5.10)式中Ft——砂輪的切向力（N）；vs——砂輪線速度（m/s）。砂輪硬度較高時(shí)，功率消耗大些；同一種工件材料的硬度較高時(shí)，功率消耗小些

結(jié)論5.4.5磨削功率消耗功率消耗很大主運(yùn)動(dòng)所消耗的功率為Pm565.5磨削溫度磨削表面的熱損傷

表現(xiàn)為熱裂紋熱變形殘余應(yīng)力精度差5.5磨削溫度磨削表面的熱損傷表現(xiàn)為熱裂紋熱變形殘余575.5.1磨削熱的來(lái)源磨削時(shí)消耗能量滑擦能刻劃能切屑形成能剪切能(75%左右)摩擦能(25%左右)接近于工件金屬的熔化能有45%～55%傳入工件

有75%左右傳入工件

有69%左右傳入工件

5.5.1磨削熱的來(lái)源磨削時(shí)消耗能量滑擦能刻劃能切屑形成能585.5.2磨削溫度的影響因素圖5.13磨粒與工件

5.5.2磨削溫度的影響因素圖5.13磨粒與工件59圖5.14磨粒切削刃附近工件表面溫度分析

Ⅰ―由于切屑形成及刻劃引起的溫度變化

Ⅱ―磨粒與工件摩擦?xí)r引起的溫度變化

Ⅰ+Ⅱ―兩者的疊加圖5.13中的A點(diǎn)與圖5.14的A點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。圖5.14磨粒切削刃附近工件表面溫度分析圖5.13中的A點(diǎn)60由于磨粒的負(fù)前角絕對(duì)值很大，在剪切面AB附近的金屬只有在很高的溫度下，當(dāng)材料具有很大的塑性，即在高溫粘性—塑性（Viscous-Plastic）變形狀態(tài)下才能朝前刀面上流出而成為切屑。

上兩圖對(duì)應(yīng)分析得出結(jié)論因此單顆磨粒的切削溫度常常達(dá)到了金屬的熔點(diǎn)。試驗(yàn)研究指出：對(duì)于每一種金屬材料，其磨屑形成的溫度是一個(gè)常數(shù)(碳鋼是1500℃，鈦合金是1650℃)在如此高溫下的磨屑，當(dāng)飛出磨削區(qū)后，就往往在空氣中強(qiáng)烈燃燒或氧化而迸發(fā)火花。

由于磨粒的負(fù)前角絕對(duì)值很大，在剪切面AB附近的金屬只615.5.3磨削溫度對(duì)工件表面的影響表現(xiàn)在工件表面燒傷加工表面的殘余應(yīng)力表面粗糙度

三個(gè)方面5.5.3磨削溫度對(duì)工件表面的影響表現(xiàn)在工件表面燒傷加工62（一）工件表面燒傷由于磨削時(shí)產(chǎn)生高溫，使工件加工表面的金屬組織發(fā)生相變，其硬度和塑性等發(fā)生變化，這種表層變質(zhì)的現(xiàn)象

燒傷的表面呈黃褐色或黑色，它是工件表面在高溫下形成的氧化膜，

回火燒傷二次淬火燒傷

表面會(huì)變軟，隨后被工件深處較冷的基體淬硬而得到馬氏體硬層

砂輪上磨損面積超過(guò)總工作面積的4%時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)燒傷。

（一）工件表面燒傷由于磨削時(shí)產(chǎn)生高溫，使工件加工表面63工件表面燒傷的表征是磨削力增加、砂輪磨損率增加和加工表面質(zhì)量變差。表面燒傷損壞了零件表層組織，影響零件的質(zhì)量和壽命。

減小和防止燒傷的主要措施是：減小磨削過(guò)程中熱量的產(chǎn)生和加速熱量的散發(fā)；正確選擇砂輪，以及保持砂輪良好的切削性能；選擇合理切削用量；采用好的切削液及正確的潤(rùn)滑方法。工件表面燒傷的表征是磨削力增加、砂輪磨損率增加和加工64（二）加工表面的殘余應(yīng)力殘余拉應(yīng)力殘余壓應(yīng)力可提高零件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性

使零件表面翹曲，強(qiáng)度降低,甚至?xí)a(chǎn)生裂紋

低的工件速度、硬而鈍的砂輪、干磨或用水溶性乳化液磨削，高的切入進(jìn)給率和高的砂輪表面速度。

導(dǎo)致因素最主要的控制方法是：采用切削液。（二）加工表面的殘余應(yīng)力殘余拉應(yīng)力殘余壓應(yīng)力可提高零件655.6砂輪的磨損與砂輪的修整砂輪上有多層磨粒，常用砂輪可能為200～500層左右；磨粒的空間分布參差不齊，在磨削時(shí)，磨粒經(jīng)受著變化的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，其切削刃不斷受到磨損和碎裂，當(dāng)磨粒磨鈍至有可能產(chǎn)生工件燒傷或表面質(zhì)量變差等現(xiàn)象時(shí)，砂輪就要重新修整。5.6砂輪的磨損與砂輪的修整砂輪上有多層磨粒，常用66破碎磨損5.6.1砂輪的磨損磨耗磨損磨粒一層一層被磨掉

磨粒的破碎或者結(jié)合劑的破碎消耗砂輪的重量較大

對(duì)砂輪影響較大

砂輪磨損后會(huì)使磨削效率降低，磨削表面質(zhì)量下降；同時(shí)發(fā)生振動(dòng)和噪聲，應(yīng)及時(shí)修整。

破碎磨損5.6.1砂輪的磨損磨耗磨損磨粒一層一層被磨掉67磨削種類外圓磨內(nèi)圓磨平面磨成型磨耐用度（s）1200～24006001500600表5.6砂輪常用合理耐用度值精磨時(shí)，耐用度可用磨削出的工件數(shù)目來(lái)表示

砂輪耐用度砂輪相鄰兩次修整間的加工時(shí)間，用秒來(lái)表示

磨削種類外圓磨內(nèi)圓磨平面磨成型磨耐用度（s）1200～240685.6.2砂輪的的修整三類修整工具本身不作旋轉(zhuǎn)ad一般用0.005～0.1mm,軸向進(jìn)給fa可用0.05～0.4mm。

鋼的或硬質(zhì)合金的擠壓輪砂輪與擠壓輪沒(méi)有相對(duì)速度

本身作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)和剛度有較嚴(yán)格要求5.6.2砂輪的的修整三類修整工具本身不作旋轉(zhuǎn)ad一69圖5.17用金剛石筆修整砂輪

圖5.17用金剛石筆修整砂輪70a)三個(gè)調(diào)節(jié)量子力學(xué)b)四個(gè)調(diào)節(jié)量

圖5.18金剛石滾輪的修整方式a)三個(gè)調(diào)節(jié)量子力學(xué)b)四個(gè)調(diào)節(jié)量圖5.18金71

a)滾輪形狀與工件形狀相同b)用滾輪作仿形修整

圖5.19成形砂輪的修整a)滾輪形狀與工件形狀相同b)用滾輪作仿形修整圖5725.7先進(jìn)磨削方法簡(jiǎn)介目的提高效率高速磨削強(qiáng)力磨削砂帶磨削

常用

5.7先進(jìn)磨削方法簡(jiǎn)介目的提高效率高速磨削強(qiáng)力磨削砂735.7.1高速磨削高速磨削砂輪線速度高于45m/s的磨削一般為50～60m/s

特點(diǎn)2.單位時(shí)間磨除量可以增加

1.磨粒的當(dāng)量切削厚度變薄

①磨粒的負(fù)荷減輕，砂輪耐用度提請(qǐng)；②磨削表面粗糙度減??；③法向磨削力減小，工件精度可較高。

5.7.1高速磨削高速磨削砂輪線速度高于45m/s的磨74注意事項(xiàng)

①砂輪主軸轉(zhuǎn)速必須隨線速度的提高而相應(yīng)提高，砂輪傳動(dòng)系統(tǒng)功率必須足夠，機(jī)床剛性必須足夠，并注意減小振動(dòng)；②砂輪速度必須足夠，保證在高速旋轉(zhuǎn)下不會(huì)破裂；除應(yīng)經(jīng)過(guò)靜平衡試驗(yàn)外，最好采用砂輪動(dòng)平衡裝置；砂輪必須有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)罩；③必須具有良好的冷卻條件，有效的排屑裝置，并注意防止切削液飛濺。

注意事項(xiàng)①砂輪主軸轉(zhuǎn)速必須隨線速度的提高而相應(yīng)提高，755.7.2強(qiáng)力磨削又叫大切深緩進(jìn)給磨削以較大的切削深度（可達(dá)30mm或更多一些）和很低的工作臺(tái)進(jìn)給速度（3～300mm/min）磨削工件，經(jīng)一次或數(shù)次走刀即可磨到所要求的尺寸形狀精度.適于磨削高硬度高韌性的材料如耐熱合金、不銹鋼、高速鋼等的型面和溝槽。

5.7.2強(qiáng)力磨削又叫大切深緩進(jìn)給磨削以較大的765.7.3砂帶磨削機(jī)械效率為96%在機(jī)床中處于領(lǐng)先地位

適用特點(diǎn)用于粗磨鋼錠、鋼板、磨削難加工材料和難加工型面，特別是磨削大尺寸薄板、長(zhǎng)徑比大的外圓和內(nèi)孔（直徑25mm以上）、薄壁件和復(fù)雜型面更為優(yōu)越。

組成砂帶、接觸輪、張緊輪、支承輪或工作臺(tái)

5.7.3砂帶磨削機(jī)械效率為96%適用特點(diǎn)用于粗磨鋼錠、鋼77圖5.20砂帶磨削

圖5.20砂帶磨削78（本章主要內(nèi)容是砂輪的組織特性、參數(shù)及其選擇，磨削運(yùn)動(dòng)與磨削力，磨削溫度及選擇，以及砂輪的磨損及修整。

1）砂輪的特性包括磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、組織以及形狀和尺寸等。它們對(duì)磨削的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性影響很大。

2）磨削是一種由滑擦、刻劃和切削三階段連續(xù)形成的切削，具有精度高、表面粗糙度小、砂輪有自銳作用、徑向分力較大以及磨削溫度高等特點(diǎn)。

3）砂輪的磨損可分為磨耗磨損和破碎磨損。

磨損后須修整。小結(jié)（本章主要內(nèi)容是砂輪的組織特性、參數(shù)及其選擇，磨79第五章磨削第五章磨削80圖13-1外圓磨削運(yùn)動(dòng)圖13-1外圓磨削運(yùn)動(dòng)81圖13-2砂輪的構(gòu)造1—砂輪2—結(jié)合劑3—磨粒4—磨屑5—?dú)饪?—工件圖13-2砂輪的構(gòu)造82圖13-3人造金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪的構(gòu)造1—磨料層2—基體圖13-3人造金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪的構(gòu)造83圖13-3(a)燒結(jié)類人造金剛石成型磨輪圖13-3(a)燒結(jié)類人造金剛石成型磨輪84圖13-3(b)電鍍類人造金剛石成型磨輪圖13-3(b)電鍍類人造金剛石成型磨輪85圖13-3(c)樹(shù)脂結(jié)合劑的人造金剛石拋光盤和砂輪實(shí)物照片圖13-3(c)樹(shù)脂結(jié)合劑的人造金剛石拋光盤和86圖13-4砂輪上的磨粒形狀a)外形b）典型磨粒斷面圖13-4砂輪上的磨粒形狀87圖13-5磨削過(guò)程中磨粒的切削、刻劃和拋光作用a)切削作用b）刻劃作用c）拋光作用圖13-5磨削過(guò)程中磨粒的切削、刻劃和拋光作用88圖13-6磨削力圖13-6磨削力89圖13-7理想平均磨削厚度a)計(jì)算圖b）ABCD局部放大圖圖13-7理想平均磨削厚度90圖13-8修整砂輪用的工具a）大顆粒金剛石筆b）多粒細(xì)碎金剛石筆c）金剛石滾輪1—輪體2—金剛石3—被修整砂輪圖13-8修整砂輪用的工具91圖13-9砂帶磨削的幾種形式a）磨外圓b）磨平面c）無(wú)心磨d）自由磨削e）成形磨削1—工件2—砂帶3—張緊輪4—接觸輪5—承載輪6—導(dǎo)輪7—成形導(dǎo)向板圖13-9砂帶磨削的幾種形式92一、砂輪:由磨料加結(jié)合劑用燒結(jié)的方法而制成的多孔物體。1.磨料:起切削作用，2.結(jié)合劑:把磨料結(jié)合起來(lái)，使之具有一定的形狀、硬度和強(qiáng)度。3.氣孔:結(jié)合劑沒(méi)有填滿磨料之間的全部空間，因而有氣孔存在。５.1砂輪一、砂輪:由磨料加結(jié)合劑用燒結(jié)的方法而制成的多孔物體。５.193二、砂輪的基本參數(shù)磨料的種類、磨料顆粒大小、結(jié)合劑的種類、砂輪硬度及組成三、砂輪的特性

磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、組織以及形狀和尺寸等

二、砂輪的基本參數(shù)945.1.1磨料⒈天然磨料：一般含雜質(zhì)多，質(zhì)地不勻；天然金剛石雖好，但價(jià)格昂貴。2.人造磨料：目前主要采用人造磨料。氧化物系:主要成分為Al2O3碳化物系:以碳化硅、碳化硼為基體，添加的金屬元素

超硬磨料系:主要有人造金剛石和立方氮化硼。5.1.1磨料⒈天然磨料：一般含雜質(zhì)多，質(zhì)地不勻；天然金剛95系別名稱代號(hào)顏

色性

能適

用

范

圍氧化物棕剛玉白剛玉鉻剛玉AWAPA棕褐色白色玫瑰紅色硬度較低,韌性較好較A硬度高,磨粒鋒利,韌性差韌性比WA好磨削碳素鋼,合金剛,可鍛鑄鐵與青銅磨削淬硬的高碳鋼,合金鋼,高速鋼,磨削薄壁零件,成形零件碳化物黑碳化硅綠碳化硅碳化硼CGCBC黑色帶光澤綠色帶光澤比剛玉類硬度高,導(dǎo)熱性好,但韌性差較C硬度高,導(dǎo)熱性好,韌性較差磨削鑄鐵,黃銅,耐火材料及其它非金屬材料磨削硬質(zhì)合金,寶石,光學(xué)玻璃研磨硬質(zhì)合金超硬磨料人造金剛石立方氮化硅DCBN白,淡綠,黑色棕黑色硬度最高,耐熱性較硬度僅次于D韌性較D好研磨硬質(zhì)合金,光學(xué)玻璃,寶石,陶瓷等高硬度材料磨削高性能高速鋼,不銹鋼,耐熱鋼及其它難加工材料表5-1砂輪特性及用途選擇1—磨料系別名稱代號(hào)顏色性能適用范圍氧化物965.1.2粒度

表示磨料顆粒的大小1．一般磨粒2．微細(xì)磨粒粒度號(hào)---磨粒剛好可通過(guò)的篩網(wǎng)每英寸長(zhǎng)度上（25.4mm）上的孔眼數(shù)。單位稱為“目”。粒度號(hào)越大，磨粒的實(shí)際尺寸越小粒度號(hào)---在顯微鏡下測(cè)得的該顆粒最大尺寸的微米數(shù)。粒度號(hào)越大，微粉顆粒尺寸越大。5.1.2粒度表示磨料顆粒的大小1．一般磨粒2．微細(xì)97類別粒度號(hào)適用范圍磨粒8#10#12#14#16#20#22#24#30#36#40#46#54#60#70#80#90#100#120#150#180#220#240#

荒磨一般磨削,加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.8m半精磨,精磨和成型磨削,加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.8~0.16μm精磨,精密磨,超精磨,成型磨,刀具刃磨,珩磨微粉W63W50W40W28W20W14W10W7W5W3.5W2.5W1.5W1.0W0.5精磨,精密磨,超精磨,珩磨,螺紋磨超精密磨,鏡面磨,精研,加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.05~0.012μm表5-1砂輪特性及用途選擇2—粒度類別粒度號(hào)適用范圍磨粒8#10#12#14985.1.3結(jié)合劑把磨粒固結(jié)成磨具的材料⒈瓷（A）2.樹(shù)脂（S）4.青銅（Q）3.橡膠（X）耐熱、耐蝕、耐潮、氣孔率大、保持廓形好，最常用。但其性脆，韌性及彈性較差，不能承受側(cè)面彎扭力，有宜用于切斷砂輪。強(qiáng)度高、彈性好，很適用于切斷、開(kāi)槽等高速磨削。但其耐熱性、耐蝕性差、氣孔率小，易糊塞、磨損快、易失去廓形。比樹(shù)脂有更好的彈性和硬度，可制造0.1mm的薄砂輪，使用于切斷、開(kāi)槽、無(wú)心磨的導(dǎo)輪。抗張力強(qiáng)度高，型面保持性好，有一定韌性，但自銳性差，主要用于制造金剛石砂輪，粗、精磨硬質(zhì)合金，以及磨削與切斷光學(xué)玻璃、寶石、陶瓷、半導(dǎo)體等材料。5.1.3結(jié)合劑把磨粒固結(jié)成磨具的材料⒈瓷（A）2.樹(shù)99表5-1砂輪特性及用途選擇3—結(jié)合劑名稱代號(hào)特性適用范圍陶瓷V耐熱,耐油和耐酸,堿的侵蝕,強(qiáng)度較高,較脆除薄片砂輪外,能制成各種砂輪樹(shù)脂B強(qiáng)度高,富有彈性,具有一定拋光作用,耐熱性差,不耐酸堿荒磨砂輪,磨窄槽,切斷用砂輪,高速砂輪,鏡面磨砂輪橡膠R強(qiáng)度高,彈性更好,拋光作用好,耐熱性差,不耐油和酸,易睹塞磨削軸承溝道砂輪,無(wú)心磨導(dǎo)輪,切割薄片砂輪,拋光砂輪表5-1砂輪特性及用途選擇3—結(jié)合劑名稱代號(hào)特1005.1.4砂輪的硬度磨粒與結(jié)合劑的粘固程度在磨削力的作用下，磨粒從砂輪表面脫落的難易程度。砂輪硬，磨粒較難脫落；砂輪軟，磨粒容易脫落。砂輪組織較疏松，工件材料較硬，砂輪與工件磨削接觸面較大，砂輪氣孔率較低時(shí)，需選用較軟的砂輪。半精磨與粗磨相比，樹(shù)脂與陶瓷相比，選用的砂輪硬度低些。5.1.4砂輪的硬度磨粒與結(jié)合劑的粘固程度在磨削力的作101等級(jí)超軟軟中軟中中硬硬超硬代號(hào)DEFGHJKLMNPQRSTY選擇磨位淬硬鋼選用L~N,磨淬火合金鋼選用H~K,高表面質(zhì)量磨削時(shí)選用K~L,刃磨硬質(zhì)合金刀具選用H~J表5-1砂輪特性及用途選擇4—硬度等級(jí)超軟軟中軟中中硬硬超硬代號(hào)DEFGHJKLMNPQRST1025.1.5砂輪的組織砂輪結(jié)構(gòu)的緊密或疏松程度用顆粒、結(jié)合劑和氣孔三者體積的比例關(guān)系來(lái)表示

磨粒在砂輪體積中所占比例越大，砂輪的組織越緊密，氣孔越小；反之，組織疏松緊密類砂輪，氣孔率小，使砂輪變硬，容屑空間小，容易被磨屑堵塞，磨削效率較低。但可承受較大的磨削壓力，砂輪廓形可保持較久。緊密類中等疏松類一般組織，一般磨削

磨粒占的比例越小，氣孔越大，砂輪越不易被切屑堵塞，切削液和空氣也易進(jìn)入磨削區(qū)，使磨削區(qū)溫度降低，工件因發(fā)熱而引起的變形和燒傷減小，但疏松類砂輪易失去正確廓形，降低成型表面的磨削精度，增大表面粗糙度。

5.1.5砂輪的組織砂輪結(jié)構(gòu)的緊密或疏松程度用顆粒、結(jié)103組織號(hào)01234567891011121314磨粒率(%)626058565452504846444240383634分類緊密類中等疏松類用途成型磨削,精密磨削磨削淬火鋼,刀具刃磨磨削韌性大而硬度不高材料磨削熱敏性大的材料表5-1砂輪特性及用途選擇5—砂輪的組織組織號(hào)01234567891011121314磨粒率(%)61045.1.6砂輪的形狀、尺寸及用途為便于對(duì)砂輪管理和選用，通常將砂輪的形狀、尺寸和特性標(biāo)注在砂輪端面上外徑×厚度×內(nèi)徑其順序?yàn)椋盒螤?、尺寸、磨料、粒度?hào)、硬度、組織號(hào)、結(jié)合劑、允許的最高工作圓周線速度如：砂輪P300×30×75WA60L6V355.1.6砂輪的形狀、尺寸及用途為便于對(duì)砂105砂輪種類形狀代號(hào)斷面形狀主要用途平形砂輪P磨外圓、內(nèi)圓，無(wú)心磨，刃磨刀具等雙斜邊砂輪OSX磨齒輪及螺紋雙面凹砂輪PSA磨外圓，刃磨刀具，無(wú)心磨切斷砂輪(薄片砂輪)PB切斷及切槽筒形砂輪N端磨平面杯形砂輪B磨平面、內(nèi)圓，刃磨刀具碗形砂輪BW刃磨刀具，磨導(dǎo)軌碟形砂輪D磨齒輪，刃磨銑刀、拉刀、鉸刀表5-2常用砂輪的形狀、代號(hào)及用途舉例砂輪種類形狀代號(hào)斷面形狀主要用途平形砂輪P磨外圓、內(nèi)圓，無(wú)心106有效磨粒切削刃無(wú)效磨粒切削刃有效磨粒切削刃只為靜態(tài)切削刃總數(shù)的5%～12%；一個(gè)磨?？赡苡袔讉€(gè)有效切削刃與工件接觸，有60%的有效切削刃分布在不同磨粒上面。5.2砂輪表面形貌圖圖5.3砂輪表面形貌圖有效磨粒切削刃無(wú)效磨粒切削刃有效磨粒切削刃只為靜1075.3磨削過(guò)程磨削也是一種切削砂輪可以看作是具有極多微小刀齒的銑刀砂輪本身雖有自銳性圖5.4磨粒切削過(guò)程5.3磨削過(guò)程磨削也是一種切削砂輪可以看作是具有極多微小1085.3.1磨削特點(diǎn)1．精度高、表面粗糙度小2．砂輪有自銳作用機(jī)床名稱立式銑床車床平面磨床外圓磨床精密外圓磨床內(nèi)圓磨床刻度值0.050.020.010.0050.0020.002表5.3不同機(jī)床控制切深機(jī)構(gòu)的刻度值（mm）使得磨粒能夠以較鋒利的刃口對(duì)工件進(jìn)行切削。5.3.1磨削特點(diǎn)1．精度高、表面粗糙度小2．砂輪有自銳1093．徑向分力較大4．磨削溫度高磨削時(shí)的切削力同車削一樣，也可以分解為三個(gè)互相垂直的分力工件材料普通鋼淬硬鋼鑄鋼Fn/Ft1.6～1.91.9～2.62.7～3.2Fa/Ft0.1～0.2高的切削速度負(fù)前角切削原因3．徑向分力較大4．磨削溫度高磨削時(shí)的切削力1105.3.2磨削運(yùn)動(dòng)和磨削要素一、磨削運(yùn)動(dòng)1)主運(yùn)動(dòng)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，砂輪外圓的線速度即主運(yùn)動(dòng)速度

m/s(5.1)式中d0——砂輪直徑（mm）；

n0——砂輪轉(zhuǎn)速（r/s）。5.3.2磨削運(yùn)動(dòng)和磨削要素一、磨削運(yùn)動(dòng)1)主運(yùn)動(dòng)砂輪1113)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)2)徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)用徑向進(jìn)給量?r表示。(亦稱磨削深度ap)?r指工作臺(tái)每雙（單）行程內(nèi)工件相對(duì)于砂輪徑向移動(dòng)的距離，單位為mm/d·str，一般情況下，?r=0.005～0.02mm/d·str，用軸向進(jìn)給量?a表示。(亦稱磨削深度f(wàn))指工件每一轉(zhuǎn)或工作臺(tái)每一次行程，工件相對(duì)砂輪的軸向移動(dòng)的距離。一般情況下?a=(0.2～0.8)B，B為砂輪寬度，單位為mm；?a的單位，圓磨為mm/r，平磨為mm/str。3)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)2)徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)用徑向進(jìn)給量?r表示。(1124)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)即工件外圓的線速度vw

式中dw——工件直徑（mm）;nw——工件轉(zhuǎn)速（r/s）。外圓磨削時(shí)m/s(5.2)4)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)即工件外圓的線速度vw式中dw——工113二、磨削要素1)磨削時(shí)金屬切削率①每秒鐘金屬切除量（亦稱為切除率）②每秒鐘內(nèi)砂輪每1mm寬度所切除的金屬量。則稱為單位砂輪寬度切除率，以ZQ表示mm3/s·mm(5.4)

mm3/s(5.3)二、磨削要素1)磨削時(shí)金屬切削率①每秒鐘金屬切除量（亦稱為1142)砂輪與工件加工表面的接觸弧長(zhǎng)①影響同時(shí)參加磨削的磨粒數(shù)目及磨粒負(fù)荷②影響磨屑的容納和排除及冷卻條件的改善由推導(dǎo)可知平面磨削時(shí)的接觸弧的長(zhǎng)度為mm(5.5)2)砂輪與工件加工表面的接觸弧長(zhǎng)①影響同時(shí)參加磨削的磨粒1153)砂輪等效直徑接觸弧長(zhǎng)相等時(shí)外圓（或內(nèi)圓）砂輪直徑換算成假想的平面磨削時(shí)的砂輪直徑。意義：如果砂輪等效直徑相同，則外圓（內(nèi)圓）磨削和平面磨削時(shí)的接觸弧長(zhǎng)相等外圓磨削時(shí)的砂輪等效直徑為(5.6)內(nèi)圓磨削時(shí)的砂輪等效直徑為(5.7)3)砂輪等效直徑接觸弧長(zhǎng)相等時(shí)外圓（或內(nèi)圓）砂輪直徑換算成116磨削方式外圓磨削Ⅰ平面磨削Ⅱ內(nèi)圓磨削Ⅲ徑向進(jìn)給量（即背吃刀量）ap（μm）252525砂輪直徑d0（㎜）400400400工作直徑dw（㎜）200∞550砂輪等效直徑dse

(mm)1334001467接觸弧長(zhǎng)度lc（μm）1.8×1033.3×1036×103接觸時(shí)間（s）45.6×10-680×10-6150×10-6表5.4幾種磨削方式的等效直徑和接觸弧長(zhǎng)磨削方式外圓磨削Ⅰ平面磨削Ⅱ內(nèi)圓磨削Ⅲ徑向進(jìn)給量（即背吃刀量117接觸弧長(zhǎng)以內(nèi)圓磨削為最大，平面磨削次之，外圓磨削最小。內(nèi)圓磨削的砂輪耐用度最大，平面磨削次之，外圓磨削最小。結(jié)論因此接觸弧長(zhǎng)以內(nèi)圓磨削為最大，平面磨削次之，外圓磨削最小。內(nèi)圓1184)單個(gè)磨粒的磨削厚度意義：磨削厚度大小對(duì)磨削力、磨削溫度、磨削表面質(zhì)量和砂輪的磨損產(chǎn)生很大影響。①端面磨削時(shí)每個(gè)磨粒的最大切削厚度為

(5.8)式中m為砂輪每mm圓周長(zhǎng)度上的磨粒數(shù)（mm-1）②外圓磨削時(shí)每個(gè)磨粒的最大切削厚度為(5.9)式中ω為砂輪角速度4)單個(gè)磨粒的磨削厚度意義：磨削厚度大小對(duì)磨削力、磨削溫度119工件速度vw，軸向進(jìn)給量fa和徑向進(jìn)給量fr增加時(shí)，hDgmax將增加；砂輪速度vc、砂輪直徑d0和砂輪寬度B增大時(shí)，hDgmax將減?。簧拜喣チＴ郊?xì)，m就越大，hDgmax減小。結(jié)論單個(gè)磨粒的切削厚度加大時(shí)，作用在磨粒上的切削力也增大，將影響砂輪磨損、磨削溫度及被加工零件的表面質(zhì)量。因此工件速度vw，軸向進(jìn)給量fa和徑向進(jìn)給量fr增加1205.3.3磨削過(guò)程一、磨屑的形成過(guò)程磨削時(shí)，工件表面被砂輪滑擦、刻劃以及砂輪表面比較鋒利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削過(guò)程大致可分為三個(gè)環(huán)節(jié)(如圖5.4)。結(jié)論：砂輪的磨削過(guò)程，實(shí)際上就是切削、刻劃和滑擦三種作用的綜合。磨屑尺寸細(xì)小而形狀各異。有帶狀切屑、節(jié)狀切屑和一些熔化后燒盡了的切屑灰燼，還有金屬微塵等。5.3.3磨削過(guò)程一、磨屑的形成過(guò)程磨削時(shí)，121二、磨削階段1）初磨階段2）穩(wěn)定階段3）清磨階段由于機(jī)床、工件、夾具工藝系統(tǒng)的彈性變形，實(shí)際磨削深度小于徑向進(jìn)給量當(dāng)系統(tǒng)彈性變形達(dá)到一定程度后，繼續(xù)進(jìn)給時(shí)，其實(shí)際磨削深度基本上等于徑向進(jìn)給量。由于工藝系統(tǒng)的彈性變形逐漸恢復(fù)，使實(shí)際磨削深度大于零。二、磨削階段1）初磨階段2）穩(wěn)定階段3）清磨階段122要提高生產(chǎn)率，應(yīng)縮短初磨階段和穩(wěn)定階段。要提高表面質(zhì)量必須保持適當(dāng)?shù)那迥ミM(jìn)給次數(shù)和清磨時(shí)間。結(jié)論圖5.6磨削過(guò)程的三個(gè)階段要提高生產(chǎn)率，應(yīng)縮短初磨階段和穩(wěn)定階段。要提高1235.4磨削力及功率圖5.7磨削的受力情況5.4磨削力及功率圖5.7磨削的受力情況1245.4.1磨粒的受力情況#磨粒切削時(shí)，作用在磨粒上的力可以分解成兩個(gè)分力即法向力Fn和切向力Ft。并為結(jié)合劑橋上的結(jié)合力所平衡，如圖5.7所示。

①磨粒所承受的合力FR與結(jié)合劑橋上抗力FR’的合力不一定在同一平面內(nèi)；因此，有可能產(chǎn)生力矩M，使磨粒脫落；

②磨粒本身受到剪力也可能崩裂。。磨粒所受的應(yīng)力決定于受力的強(qiáng)弱，它與切削截面積、工件材料性質(zhì)等磨削條件有關(guān)；受力的頻率則與砂輪轉(zhuǎn)速有關(guān)結(jié)論5.4.1磨粒的受力情況#磨粒切削時(shí)，作用在磨粒上的1255.4.2磨粒的負(fù)前角磨削對(duì)磨削力的影響磨粒的頂尖角多為90°～120°，其前刀面實(shí)際上是一個(gè)空間曲面。磨粒實(shí)際上多數(shù)在粒端負(fù)前角下切削工件。該前角多數(shù)為γo=-70°～-89°之間。用負(fù)前角硬質(zhì)合金刀具模擬磨粒，對(duì)含少許錳、鉻、鎳的低碳鋼，在ap=0.01～0.025mm，切削速度v=200～600m/min時(shí)，金屬流動(dòng)情況示意如圖5.8所示。由于磨粒具有負(fù)前角，刃端具有γβ值，而切削厚度又很薄，故磨粒對(duì)工件的切削條件很差。實(shí)際上是滑擦、刻劃、產(chǎn)生指向工件表層的很大的塑性變形區(qū)。到一定溫度后，才形成切屑沿前刀面流出結(jié)論模擬試驗(yàn)：5.4.2磨粒的負(fù)前角磨削對(duì)磨削力的影響磨粒的頂尖126圖5.8負(fù)前角切削時(shí)的金屬流動(dòng)金屬流分為兩路一路進(jìn)入刀具下面一路沿前刀面上升而成為切屑1.一直到-75°的前角，刀具仍可切出切屑來(lái)。2.在-85°前角時(shí)，刀具就僅僅擦過(guò)和刻劃工件，圖5.8負(fù)前角切削時(shí)的金屬流動(dòng)金屬流分為兩路一路進(jìn)入127圖5.9負(fù)前角與切削力的關(guān)系前角為負(fù)值時(shí)，法向力Fn均大于切向力Ft,尤以γo=-50°之后為甚，F(xiàn)n/Ft=1～5左右。圖5.9負(fù)前角與切削力的關(guān)系前角為負(fù)值時(shí)1285.4.3砂輪上的磨削力也可以磨削力分解成x方向和y方向的分力Fx,Fy。

①Fy可用以計(jì)算進(jìn)給功率；②Fx則是設(shè)計(jì)機(jī)床床身和箱體的重要數(shù)據(jù)?？梢园涯ハ髁Ψ纸鉃閺较蛄n和切向力Ft

以前研究磨削過(guò)程時(shí)，常常假設(shè)所有的磨粒都處于同一圓周面上，磨粒間距離都相等，而且工件是絕對(duì)平滑的實(shí)際上，工件有著一定的粗糙度，砂輪磨粒是三維分布的

5.4.3砂輪上的磨削力也可以磨削力分解成x方向和y方向129圖5.10磨削力(a)外圓圓磨(b)切入磨(c)平面磨(d)端面磨圖5.10磨削力(a)外圓圓磨(b)切入磨130工件材料普通鋼淬硬鋼鑄鋼1.6～1.91.9～2.62.7～3.20.1～0.2表5.5磨削分力的比值說(shuō)明材料硬度高時(shí)，比值大些

表中Fa為軸向切削分力工件材料普通鋼淬硬鋼鑄鋼1.6～1.91.9～2.62.7～1315.4.4磨削力對(duì)磨削過(guò)程的影響成形磨削時(shí)的磨削力Fn、Ft與磨削用量ap、vf的關(guān)系

ap增加時(shí)，F(xiàn)n及Ft均增加；vf增加時(shí)，F(xiàn)n及Ft均有所減小工件速度vw與平均接觸壓力p

和比磨削能uc

的關(guān)系磨削力與磨削時(shí)間tc的關(guān)系

磨削力隨著磨削時(shí)間tc的延長(zhǎng)而不斷增大磨下單位體積金屬時(shí)所消耗的能量稱為比磨削能5.4.4磨削力對(duì)磨削過(guò)程的影響成形磨削時(shí)的磨削力Fn、132圖5.11成形磨削時(shí)的磨削力與磨削用量的關(guān)系

砂輪：WA80K10V，工件：中碳鋼；單位寬度磨除率：Z?=4mm/（mm·s）；修整速比：qd=0.5；砂輪速度：vc=30mm/s；砂輪半錐角α=60°圖5.11成形磨削時(shí)的磨削力與磨削用量的關(guān)系砂輪：WA133圖5.12vw與p及uc的關(guān)系砂輪粒度：30，磨削深度：ap=0.025mm精密磨削時(shí)的比磨削能可能為車削時(shí)的“比切削能”的20～30倍圖5.12vw與p及uc的關(guān)系砂輪粒度：30，磨削深1345.4.5磨削功率消耗功率消耗很大主運(yùn)動(dòng)所消耗的功率為Pm（國(guó)際為Pc）

kW(5.10)式中Ft——砂輪的切向力（N）；vs——砂輪線速度（m/s）。砂輪硬度較高時(shí)，功率消耗大些；同一種工件材料的硬度較高時(shí)，功率消耗小些

結(jié)論5.4.5磨削功率消耗功率消耗很大主運(yùn)動(dòng)所消耗的功率為Pm1355.5磨削溫度磨削表面的熱損傷

表現(xiàn)為熱裂紋熱變形殘余應(yīng)力精度差5.5磨削溫度磨削表面的熱損傷表現(xiàn)為熱裂紋熱變形殘余1365.5.1磨削熱的來(lái)源磨削時(shí)消耗能量滑擦能刻劃能切屑形成能剪切能(75%左右)摩擦能(25%左右)接近于工件金屬的熔化能有45%～55%傳入工件

有75%左右傳入工件

有69%左右傳入工件

5.5.1磨削熱的來(lái)源磨削時(shí)消耗能量滑擦能刻劃能切屑形成能1375.5.2磨削溫度的影響因素圖5.13磨粒與工件

5.5.2磨削溫度的影響因素圖5.13磨粒與工件138圖5.14磨粒切削刃附近工件表面溫度分析

Ⅰ―由于切屑形成及刻劃引起的溫度變化

Ⅱ―磨粒與工件摩擦?xí)r引起的溫度變化

Ⅰ+Ⅱ―兩者的疊加圖5.13中的A點(diǎn)與圖5.14的A點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。圖5.14磨粒切削刃附近工件表面溫度分析圖5.13中的A點(diǎn)139由于磨粒的負(fù)前角絕對(duì)值很大，在剪切面AB附近的金屬只有在很高的溫度下，當(dāng)材料具有很大的塑性，即在高溫粘性—塑性（Viscous-Plastic）變形狀態(tài)下才能朝前刀面上流出而成為切屑。

上兩圖對(duì)應(yīng)分析得出結(jié)論因此單顆磨粒的切削溫度常常達(dá)到了金屬的熔點(diǎn)。試驗(yàn)研究指出：對(duì)于每一種金屬材料，其磨屑形成的溫度是一個(gè)常數(shù)(碳鋼是1500℃，鈦合金是1650℃)