第三章常用的加工方法綜述第三次課

第三章常用的加工方法綜述第三次課第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三一、砂輪的特征要素

砂輪是由一定比例的硬度很高的粒狀磨料和結(jié)合劑壓制燒結(jié)而成的多孔物體。

砂輪的性能主要取決于砂輪的磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及形狀尺寸等因素。這些因素稱為砂輪的特征要素。第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三常用磨料代號、特性及適用范圍

系別名稱代號主要成分顯微硬度（HV）顏色特性適用范圍氧化物系棕剛玉AAl2O3

91～96%2200～2280棕褐色硬度高，韌性好，價格便宜磨削碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅白剛玉WAAl2O397～99%2200～2300白色硬度高于棕剛玉，磨粒鋒利，韌性差磨削淬硬的碳鋼、高速鋼碳化物系黑碳化硅CSiC>95%2840～3320黑色帶光澤硬度高于剛玉，性脆而鋒利，有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性磨削鑄鐵、黃銅、鋁及非金屬綠碳化硅GCSiC>99%3280～3400綠色帶光澤硬度和脆性高于黑碳化硅，有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性磨削硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、光學(xué)玻璃、不銹鋼高硬磨料立方氮化硼CBN立方氮化硼8000～9000黑色硬度僅次于金剛石，耐磨性和導(dǎo)電性好，發(fā)熱量小磨削硬質(zhì)合金、不銹鋼、高合金鋼等難加工材料人造金剛石MBD碳結(jié)晶體10000乳白色硬度極高，韌性很差，價格昂貴磨削硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷等高硬度材料1.磨料砂輪的磨料應(yīng)具有很高的硬度、耐熱性，適當(dāng)?shù)捻g度和強度及邊刃。第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2.粒度（1）以磨粒所能通過的篩網(wǎng)上每英寸長度上的孔數(shù)作為粒度。粒度表示磨粒的大小程度。粒度號為4～240號，粒度號越大，則磨料的顆粒越細。（2）粒度號比240號還要細的磨粒稱為微粉。微粉的粒度用實測的實際最大尺寸，并在前冠以字母“W”來表示。粒度號為W63～W0.5，例如W7，即表示此種微粉的最大尺寸為7μm～5μm，粒度號越小，微粉顆粒越細。粒度的表示方法有兩種：第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（1）一般來說，粒度號越大，則加工表面的粗糙度越小，生產(chǎn)率越低。（4）微粉則用于精磨、超精磨等加工。粒度的大小主要影響加工表面的粗糙度和生產(chǎn)率。

粗加工宜選粒度號小(顆粒較粗)的砂輪。（2）通常情況下，磨軟的材料應(yīng)選顆粒較粗的砂輪；磨削脆而硬材料時，則選用較細的磨粒。精加工則選用粒度號大(顆粒較細)的砂輪；粗磨時，加工余量較大，要求有較高的效率，為避免過度發(fā)熱而燒傷，應(yīng)選取粗粒度的砂輪。精磨時，為獲得較好的表面粗糙度及廓形精度，宜選用細粒度的砂輪。磨削軟而粘的材料時，為避免砂輪堵塞宜選取粗粒度的砂輪。（3）當(dāng)砂輪速度較高，砂輪與工件接觸面積較大時，宜選取粗粒度砂輪。為減少參加磨削的磨粒數(shù)，以免發(fā)熱而燒傷。第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三種類代號性能用途陶瓷V耐熱性、耐腐蝕性好、氣孔率大、易保持輪廓、彈性差應(yīng)用最廣，適用于υ〈35m/s的各種成形磨削、磨齒輪、磨螺紋等樹脂B強度高、彈性大、耐沖擊、堅固性和耐熱性差、氣孔率小適用于υ〉50m/s的高速磨削，可制成薄片砂輪，用于磨槽、切割等橡膠R強度和彈性更高、氣孔率小、耐熱性差、磨粒易脫落適用于無心磨的砂輪和導(dǎo)輪、開槽和切割的薄片砂輪、拋光砂輪等金屬M韌性和成形性好、強度大、但自銳性差可制造各種金剛石磨具3.結(jié)合劑結(jié)合劑是把磨粒粘結(jié)在一起組成磨具的材料。

砂輪的強度、抗沖擊性、耐熱性及耐腐蝕性，主要取決于結(jié)合劑的種類和性質(zhì)。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三4.硬度砂輪硬度是指砂輪工作時，磨粒在外力作用下脫落的難易程度。（即結(jié)合劑對磨料黏結(jié)能力的大小。）在同樣的條件和一定外力作用下，若磨粒很容易從砂輪上脫落，砂輪的硬度就比較低(或稱為軟)；反之，砂輪的硬度就比較高(或稱為硬)。砂輪的“自銳性”砂輪的硬度與磨料的硬度是兩個完全不同的概念。

硬度相同的磨料可以制成硬度不同的砂輪，砂輪的硬度主要決定于結(jié)合劑性質(zhì)、數(shù)量和砂輪的制造工藝（即取決于結(jié)合劑的黏結(jié)強度）。例如，結(jié)合劑與磨粒粘固程度越高，砂輪硬度越高。

砂輪上的磨粒鈍化后，使作用于磨粒上的磨削力增大，從而促使砂輪表層磨粒自動脫落，里層新磨粒鋒利的切削刃則投入切削，砂輪又恢復(fù)了原有的切削性能。砂輪的此種能力稱為“自銳性”。第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三精磨、成形磨削時，應(yīng)選用硬一些砂輪，以保持砂輪的必要形狀精度。

砂輪硬度的選用原則：工件材料硬，應(yīng)選用軟砂輪，以便砂輪磨鈍磨粒及時脫落，露出鋒利的新磨粒繼續(xù)正常磨削；工件材料軟，因易于磨削，磨粒不易磨鈍，砂輪應(yīng)選硬一些。粗磨時，應(yīng)選用較軟砂輪；但對于有色金屬、橡膠、樹脂等軟材料磨削時，由于切屑容易堵塞砂輪，應(yīng)選用較軟砂輪。第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三硬度等級大級超軟軟中軟中中硬硬超硬小級超軟軟1軟2軟3中軟1中軟2中1中2中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬代號DEFGHJKLMNPQRSTY砂輪的硬度等級及其代號機械加工中常用砂輪硬度等級為H至N（軟2-中2）。第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三砂輪的組織是指砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔三者體積的比例關(guān)系。磨料在砂輪總體積上所占的比例越大，則砂輪的組織越緊密；反之，則組織越疏松。砂輪的組織分為緊密、中等、疏松3大類，細分0～14共15個組織號。組織號為0者，組織最緊密，組織號為14者，組織最疏松。砂輪組織的選擇：砂輪組織疏松，有利于排屑、冷卻，但容易磨損和失去正確的廓形。組織緊密，則情況與之相反，并且可以獲得較小的表面粗糙度。一般情況下采用中等組織的砂輪。精磨和成形磨用組織緊密的砂輪。磨削接觸面積大和薄壁零件時，用組織疏松的砂輪。5.組織第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三常用砂輪形狀、代號和用途砂輪名稱代號簡圖主要用途平行砂輪1外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨、無心磨、工具磨薄片砂輪41切斷及切槽筒形砂輪2端磨平面碗形砂輪11刃磨刀具、磨導(dǎo)軌蝶形1號砂輪12a磨銑刀、鉸刀、拉刀、磨齒輪雙斜邊砂輪4磨齒輪及螺紋杯形砂輪6磨平面、磨內(nèi)圓、刃磨刀具砂輪的形狀和尺寸是根據(jù)磨床類型、加工方法及工件的加工要求來確定的。6.砂輪的形狀及尺寸第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三砂輪的特性均標記在砂輪的端面（側(cè)面）上，其順序是：例如：外徑300mm，厚度50mm，孔徑75mm，磨料為棕剛玉（A），粒度號為60，硬度為L（中軟2），組織號為5，結(jié)合劑為陶瓷（V），最高工作線速度35m/s的平行砂輪（1為平行砂輪）。形狀代號、尺寸、磨料、粒度號、硬度、組織號、結(jié)合劑、線速度7.砂輪的特性要素及規(guī)格尺寸標志其標記為：砂輪1-300×50×75-A60L5V-35m/s（GB2484-94）。第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三二、磨削工藝的特點1.精度高、表面粗糙度小。磨削時，砂輪表面有極多的切削刃，并且刃囗圓弧半徑較小。磨削所用的磨床，比一般切削加工機床精度高，剛度及穩(wěn)定性較好，并且具有微量進給機構(gòu)，可以進行微量切削，從而保證了精密加工的實現(xiàn)。

磨削時，切削速度很高。磨削可以達到高的精度和低的粗糙度：一般磨削精度可達IT7～IT6，表面粗糙度Ra值為0.8μm～0.2μm，當(dāng)采用小粗糙度磨削時，粗糙度Ra值可達0.1μm～0.008μm。第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2.砂輪有自銳作用3.背向磨削力Fy較大砂輪由于本身的自銳性，使得磨粒能夠以較鋒利的刃囗對零件進行切削，而無需換刀或重磨。F——總磨削力，F(xiàn)z——磨削力，F(xiàn)y——背向磨削力，F(xiàn)x——進給磨削力。

在磨削時，背向磨削力Fy大于磨削力Fz。一般情況下Fy≈(1.5～3)Fz，零件材料的塑性越小，F(xiàn)y/Fz之值越大。第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三

背向磨削力Fy不消耗功率，但它作用在工藝系統(tǒng)(機床—夾具—零件—刀具所組成的加工系統(tǒng))剛度較差的方向上，容易使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生變形，影響零件的加工精度。第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三4.磨削溫度高（1）磨削時的切削速度高，為一般切削加工的10～20倍。（2）磨粒多為負前角切削，擠壓和摩擦較嚴重，磨削時各階段所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱量。高的磨削溫度的不良影響：（1）容易燒傷零件表面，使淬火鋼件表面退火，硬度降低，降低零件的表面質(zhì)量和使用壽命。原因：（2）高溫下，零件材料將變軟而容易堵塞砂輪，這不僅影響砂輪的耐用度，也影響零件的表面質(zhì)量。（3）砂輪本身的傳熱性很差，大量的磨削熱在短時間內(nèi)傳散不出去，在磨削區(qū)形成瞬時高溫。第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（2）沖洗砂輪的作用。磨削時采用切削液的作用：（1）冷卻和潤滑作用。磨削時采用切削液的種類：（1）磨削鋼件時，廣泛應(yīng)用的切削液是蘇打水或乳化液。（2）磨削鑄鐵、青銅等脆性材料時，一般不加切削液，而用吸塵器清除塵屑。第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三5.表面變形強化和殘余應(yīng)力嚴重

及時修整砂輪，施加充足的切削液，增加光磨次數(shù)，都可在一定程度上減少表面變形強化和殘余應(yīng)力。第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三三、磨削的應(yīng)用

磨削可以加工的零件材料范圍很廣。

磨削可以加工外圓面、內(nèi)孔、平面、成形面、螺紋和齒輪齒形等各種各樣的表面，還常用于各種刀具的刃磨。（1）既可以加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般結(jié)構(gòu)材料。（2）也能夠加工高硬度的淬硬鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和玻璃等難切削的材料。（3）但是，磨削不宜精加工塑性較大的有色金屬零件。第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（一）外圓磨削外圓磨削一般在普通外圓磨床或萬能外圓磨床上進行。

粗磨外圓的尺寸精度可達公差等級IT8～IT7，表面粗糙度值Ra為1.6μm～0.8μm；

精磨外圓的尺寸精度可達公差等級IT6，表面粗糙度值Ra為0.4μm～0.2μm。第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（1）縱磨法

每次進給（吃刀深度）都很小，全部磨削余量是在多次往復(fù)行程中完成的。砂輪高速旋轉(zhuǎn)主運動工件旋轉(zhuǎn)圓周進給運動工件隨工作臺的往復(fù)直線運動縱向進給運動工作臺每往復(fù)一次，砂輪沿磨削深度方向完成一次橫向進給。橫向進給運動1、在外圓磨床上磨外圓當(dāng)工件磨削接近最終尺寸時，應(yīng)無橫向進給光磨幾次，直到火花消失為止。第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（1）加工精度和表面質(zhì)量較高，適應(yīng)性強，用同一砂輪可磨削直徑和長度不同的工件。縱磨法磨外圓的特點：（2）生產(chǎn)率低。廣泛用于單件、小批量生產(chǎn)及精磨，特別適用于磨削細長軸等剛性差的工件。第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（2）橫磨法（切入磨法）

砂輪高速旋轉(zhuǎn)主運動工件旋轉(zhuǎn)圓周進給運動砂輪作慢速連續(xù)的橫向運動橫向進給運動磨削時，工件不作縱向往復(fù)運動，砂輪作慢速連續(xù)地向工件作橫向進給運動，直到磨去全部余量。第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（1）生產(chǎn)率高，但由于砂輪與零件接觸面積大，磨削力較大，發(fā)熱量多，磨削溫度高，零件易發(fā)生變形和燒傷。橫磨法磨外圓的特點：（2）砂輪的修正精度以及磨鈍情況，均直接影響到零件的尺寸精度和形狀精度。（3）橫磨法適用于成批及大量生產(chǎn)中，加工精度較低、剛性較好的零件。尤其是零件上的成形表面，只要將砂輪修整成形，就可直接磨出，較為簡便。第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（3）深磨法

用較小的進給量，較大的背吃刀量，在一次行程中磨去全部余量，生產(chǎn)率較高。第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三（1）在一次行程中磨去全部余量，生產(chǎn)率較高。深磨法磨外圓的特點：（2）需要把砂輪前端修整成錐面進行粗磨，直徑大的圓柱部分起精磨和修光作用，應(yīng)修整得精細一些。（3）深磨法只適用于大批大量生產(chǎn)中加工剛度較大的短軸。第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2、在無心外圓磨床上磨外圓

無心外圓磨削是工件不定回轉(zhuǎn)中心的磨削，為一種生產(chǎn)率很高的精加工方法。磨削時，工件置于磨輪和導(dǎo)輪（用橡膠結(jié)合劑作的粒度較粗的砂輪）之間，靠托板支撐。由于不用頂尖支撐，所以稱無心磨削。1-零件2-磨輪3-托板4-導(dǎo)輪無心外磨削主要適用于大