模具加工之砂輪與單顆磨粒加工

模具加工之砂輪與單顆磨粒加工1.1磨削分類1.按磨削精度分：粗磨,半精磨,精磨,鏡面磨削,超精加工。2.按進(jìn)給形式分：切入磨削,縱向磨削,緩進(jìn)給磨削,無進(jìn)給磨削,定壓研磨,定量研磨。3.按磨削形式分：砂帶磨削,無心磨削,,,寬砂輪磨削,,仿形磨削,振蕩磨削,,,恒壓力磨削,手動(dòng)磨削,,濕磨削,研磨,珩磨等。4.按加工表面分：外圓磨削,內(nèi)圓磨削,平面磨削和刃磨(齒輪磨削和螺紋磨削)。5.按磨削中使用的磨削工具的類型分為：固結(jié)磨粒磨具的磨削加工方法和游離磨粒的磨削加工方法.固結(jié)磨粒磨具的磨削加工方法主要包括砂輪磨削,珩磨,砂帶磨削,電解磨削等;游離磨粒磨削的加工方法主要包括研磨,拋光,噴射加工,磨料流動(dòng)加工,振動(dòng)加工等。6.按砂輪線速度Vs的高低分為：普通磨削Vs<45m/s,45m/s<=Vs<150m/s和超高速磨削>=150m/s。7.按采用的新技術(shù)情況分為：磁性研磨,電化學(xué)拋光等。1.1磨削分類1.2磨削運(yùn)動(dòng)磨削加工類型不同，運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)數(shù)目也就不同。外圓與平面磨削時(shí)，磨削運(yùn)動(dòng)包括主運(yùn)動(dòng)、徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和工件旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)四種形式。外圓磨削平面磨削1.2磨削運(yùn)動(dòng)1、主運(yùn)動(dòng)砂輪回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)速度（即砂輪外圓的線速度），稱磨削速度，用vs表示：式中，ds為砂輪直徑mm；ns為砂輪轉(zhuǎn)速r/min。2、徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)砂輪切入工件的運(yùn)動(dòng)稱為徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

1.2磨削運(yùn)動(dòng)3、軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件相對于砂輪沿軸向的運(yùn)動(dòng)稱軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。4、工件圓周（或直線）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外圓磨削時(shí)：平面磨削時(shí)：式中，nw為工件轉(zhuǎn)速r/min；nt為工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率s-1；L為工作臺(tái)行程mm。

2、砂輪的組成及特性磨料加工固結(jié)磨料加工固結(jié)磨具砂輪磨削油石研磨精密珩磨涂覆磨具砂帶磨削砂帶研拋游離磨料加工研磨拋光2、砂輪的組成及特性2.1固結(jié)磨具2.2砂輪概述2.3磨粒種類2.4磨粒尺寸2.5砂輪硬度2.6砂輪組織2.7砂輪形狀2.8結(jié)合劑種類2.9砂輪標(biāo)記2.10超硬磨料砂輪2.1、固結(jié)磨具這類磨具由起磨削作用的硬質(zhì)磨粒和較軟的結(jié)合劑組成（砂輪屬于固結(jié)磨具）。根據(jù)結(jié)合劑的不同，磨粒之間的間隙可能只是被部分地充滿（留有間隙或氣孔），或是被全部充滿。除了磨粒和結(jié)合劑之外，有時(shí)還要填加填料和助磨材料。它的性質(zhì)和性能取決于磨粒材料的性質(zhì)、磨粒大小、結(jié)合劑材料、磨料和結(jié)合劑的比例，以及氣孔率。2.2、砂輪概述砂輪2.2砂輪概述1、砂輪是一種用結(jié)合劑把磨粒粘結(jié)起來，經(jīng)壓坯、干燥、焙燒及車整，具有一定形狀的多孔體。2、砂輪是磨具中用量最大、使用面最廣的一種，使用時(shí)高速旋轉(zhuǎn)，可對金屬或非金屬工件的外圓、內(nèi)圓、平面和各種型面等進(jìn)行粗磨、半精磨和精磨以及開槽和切斷等。3、砂輪種類繁多。按所用磨料可分為普通磨料（剛玉和碳化硅等）砂輪和超硬磨料（金剛石和立方氮化硼等）砂輪；按形狀可分為平形砂輪、斜邊砂輪、筒形砂輪、杯形砂輪、碟形砂輪等；按結(jié)合劑可分為陶瓷砂輪、樹脂砂輪、橡膠砂輪、金屬砂輪等。4、砂輪的特性參數(shù)主要有磨料、粘度、硬度、結(jié)合劑、形狀、尺寸等。5、由于砂輪通常在高速下工作，因而使用前應(yīng)進(jìn)行回轉(zhuǎn)試驗(yàn)（保證砂輪在最高工作轉(zhuǎn)速下，不會(huì)破裂）和靜平衡試驗(yàn)（防止工作時(shí)引起機(jī)床振動(dòng)）。砂輪在工作一段時(shí)間后，應(yīng)進(jìn)行修整以恢復(fù)磨削性能和正確的幾何形狀。

2.2砂輪概述砂輪可由很寬尺寸范圍的多種磨粒和多種結(jié)合劑材料及成分組成。通常使用的“普通”砂輪由氧化鋁或碳化硅磨料與陶瓷的或樹脂結(jié)合劑組成。而“超硬磨料”砂輪由金剛石或立方氮化硼磨料與陶瓷化、樹脂或金屬結(jié)合劑組成。盡管一般砂輪通常是整個(gè)由結(jié)合劑粘接的磨料結(jié)構(gòu)構(gòu)成，但超硬磨料砂輪為減少昂貴的金剛石或CBN的用量，則只是在塑料或金屬輪芯表面由結(jié)合劑粘接一薄圈或僅一層磨料。2.2砂輪概述左圖為砂輪的結(jié)構(gòu)1－磨粒；2－結(jié)合劑；3－氣孔2.3磨料種類磨料是制造砂輪的主要原料，磨料直接擔(dān)負(fù)著切削工作，因此應(yīng)具有很高的硬度、耐熱性和一定的韌性，破碎時(shí)應(yīng)能形成尖銳的棱角。分類：天然磨料、人造磨料。天然磨料由于價(jià)格昂貴、含雜質(zhì)多、性質(zhì)不均勻，因此，主要用人造磨料做砂輪。目前生產(chǎn)中常用的磨料有氧化物（剛玉類）系、碳化物系和高硬磨料系三類。氧化物系（剛玉類）磨料：比碳化物系磨料強(qiáng)度、韌性好，但硬度差。因此，用于磨削各種鋼類工件。碳化物系磨料：用于磨削鑄鐵類、黃銅、軟青銅、鋁及硬質(zhì)合金等硬脆工件。

2.3磨料種類金剛石是最硬的磨料，導(dǎo)熱系數(shù)大、摩擦系數(shù)小，適于加工硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、陶瓷等硬質(zhì)材料。但不宜加工鐵族金屬，因?yàn)樗cFe在高溫下化學(xué)穩(wěn)定性差，易磨損。立方氮化硼（CBN）硬度僅次于金剛石，但抗熱沖擊性、抗彎強(qiáng)度比金剛石好得多，可用于磨削高硬度高強(qiáng)度鋼等材料。立方氮化硼易與水反應(yīng)，生成氨和硼酸，故在磨削時(shí)不易用含水的磨削液。2.3磨料種類2.3磨料種類2.4磨粒尺寸（粒度）粒度指磨料顆粒尺寸的大小。顆粒最大尺寸大于40

m的磨料：用機(jī)械篩分法確定粒度號，其粒度號數(shù)值是該顆粒剛能通過的篩子每英寸（25.4mm）長度上的孔眼數(shù)。粒度號數(shù)越大，則顆粒尺寸越小。如：60＃，表示該磨料顆粒剛能通過的篩子每英寸長度上有60個(gè)孔眼。顆粒尺寸小于40

m的磨粒：用顯微鏡分析法來測量，粒度號數(shù)是該顆粒最大尺寸的微米數(shù)。如：W20，表示磨料顆粒最大尺寸為20

m。

2.4磨粒尺寸（粒度）磨料粒度的選擇，主要與加工表面粗糙度和生產(chǎn)率有關(guān)。粒度選擇原則：1）粗磨時(shí)，磨削余量大，要求的表面粗糙度值較大，應(yīng)選用較粗的磨粒（粒度號小）。因?yàn)槟チ４帧饪状?，磨削深度可較大，砂輪不易堵塞和發(fā)熱。精磨時(shí)，余量較小，要求粗糙度值較低，可選取較細(xì)磨粒（粒度號大）。一般來說，磨粒愈細(xì)，磨削表面粗糙度愈好。2）磨塑性金屬時(shí)，易選用粒度號小的砂輪，防止砂輪糊塞；磨脆性金屬時(shí)，易選用粒度號大的砂輪，提高磨削生產(chǎn)率；3）砂輪與工件接觸弧大時(shí)，選擇粒度號小的砂輪，以減少同時(shí)工作磨粒數(shù)，避免發(fā)熱過多引起工件燒傷。

2.4磨粒尺寸（粒度）注：比14#粗的磨粒及比W3.5細(xì)的微粉很少使用，表中未列出。

磨料粒度號及其顆粒尺寸

2.4磨粒尺寸（粒度）不同粒度砂輪的使用范圍

2.5砂輪硬度砂輪的硬度是指砂輪表面上的磨粒在磨削力作用下脫落的難易程度，反映磨粒與結(jié)合劑粘結(jié)的強(qiáng)度。砂輪的硬度軟，表示砂輪的磨粒容易脫落，砂輪的硬度硬，表示磨粒較難脫落。硬度從超軟到超硬分若干級，軟1級的砂輪結(jié)合劑體積占砂輪體積的1.5％，超硬級砂輪的結(jié)合劑約占砂輪體積的24％。結(jié)合劑體積每增加1.5％，砂輪硬度將增加一級。砂輪的硬度和磨料的硬度是兩個(gè)不同的概念。同一種磨料可以做成不同硬度的砂輪，它主要決定于結(jié)合劑的性能、數(shù)量以及砂輪制造的工藝。磨削與切削的顯著差別是砂輪具有“自銳性”，選擇砂輪的硬度，實(shí)際上就是選擇砂輪的自銳性，希望還鋒利的磨粒不要太早脫落，也不要磨鈍了還不脫落。

2.5砂輪硬度常用砂輪硬度等級

大級名稱

超軟

軟

中軟中

中硬

硬

超硬

小級名稱

超軟1超軟2超軟3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

DEFGHJKLMNPQRSTY2.5砂輪硬度砂輪硬度對磨削加工影響很大，應(yīng)合理選擇：1）加工軟金屬時(shí)，為了使磨料不致過早脫落，則選用硬砂輪。加工硬金屬時(shí)，為了能及時(shí)的使磨鈍的磨粒脫落，從而露出具有尖銳棱角的新磨粒（即自銳性），選用軟砂輪。前者是因?yàn)樵谀ハ鬈洸牧蠒r(shí)，砂輪的工作磨粒磨損很慢，不需要太早的脫離；后者是因?yàn)樵谀ハ饔膊牧蠒r(shí)，砂輪的工作磨粒磨損較快，需要較快的更新。2）工件熱敏性越強(qiáng)，為控制磨削溫度不致過高而燒傷工件，使磨鈍了的磨粒及時(shí)脫落，應(yīng)選擇軟一些的砂輪；3）磨削時(shí)易堵塞砂輪時(shí)，應(yīng)選擇較軟的砂輪；4）成形磨和精磨時(shí)，為保持砂輪廓形、保證磨削精度和粗糙度，應(yīng)選擇較硬一些的砂輪；5）工件與砂輪接觸面積大時(shí)，磨粒工作環(huán)境差，易磨損，應(yīng)選擇較軟一些的砂輪。2.6砂輪組織砂輪的組織

指砂輪中磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者之間的體積比。組織緊密的砂輪：磨粒占砂輪體積百分比大、氣孔較少；氣孔率低、容屑空間小，易被磨屑堵塞。另外組織緊密會(huì)使砂輪變硬，磨削效率低，但砂輪廓形保持長久，可用于精磨和成形磨削。組織疏松的砂輪：磨粒占砂輪體積百分比小、氣孔較多。一般較軟，容屑空間較大，散熱較好。這種砂輪適用于粗磨、平面和內(nèi)圓磨等磨削接觸面積較大的加工，也適合熱敏感性大的工件及易堵塞砂輪的軟金屬材料加工。組織中等的砂輪：性能介于緊密與疏松之間，故適用于一般的磨削。砂輪組織分類：三大級（緊密的、中等的、疏松的），共十五個(gè)號。2.6砂輪組織2.6砂輪組織有色金屬及塑料、橡膠等非金屬以及熱敏合金粗磨及磨削韌性大、硬度低的工件，適合磨削薄壁、細(xì)長工件，或砂輪與工件接觸面大以及平面磨削等

外圓、內(nèi)圓、無心磨及工具磨，淬硬工件及刀具刃磨等

重負(fù)載、成形、精密磨削，加工脆硬材料

適用范圍

大氣孔疏松

中等

緊密

疏密程度

343638404244464850525456586062磨粒率/(%)

14131211109876543210組織號2.7砂輪形狀根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)與磨削加工的需要，砂輪制成各種形狀與尺寸。下表是常用的幾種砂輪形狀、尺寸、代號及用途。砂輪的外徑應(yīng)盡可能選得大些，以提高砂輪的圓周速度，這樣對提高磨削加工生產(chǎn)率與表面粗糙度有利。此外，在機(jī)床剛度及功率許可的條件下，如選用寬度較大的砂輪，同樣能收到提高生產(chǎn)率和降低粗糙度的效果，但是在磨削熱敏性高的材料時(shí)，為避免工件表面的燒傷和產(chǎn)生裂紋，砂輪寬度應(yīng)適當(dāng)減小。2.7砂輪形狀2.8結(jié)合劑種類結(jié)合劑

將磨料粘結(jié)起來，使砂輪具有一定的形狀、強(qiáng)度、硬度和氣孔等。砂輪常用結(jié)合劑有：陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、橡膠結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑。(1)陶瓷結(jié)合劑（代號V）

由粘土、長石、滑石、硼玻璃、硅石等陶瓷材料配制而成的。特點(diǎn)：粘結(jié)強(qiáng)度高、剛性大、耐熱性好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、氣孔率大及輪廓保持性好，是應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)合劑；脆性大、韌性、彈性差，故普通陶瓷結(jié)合劑的砂輪允許線速度僅為35m/s，不能進(jìn)行高速磨削。2.8結(jié)合劑種類(2)樹脂結(jié)合劑（代號B）

通常為酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。特點(diǎn)：強(qiáng)度高、彈性好；耐熱性和耐腐蝕性差、磨損快氣孔率小易堵塞等；該結(jié)合劑制成的砂輪，用作切斷和切槽，對熱敏工件作精加工等(3)橡膠結(jié)合劑（代號R）

主要是人造橡膠。特點(diǎn)：比樹脂結(jié)合劑更具強(qiáng)度和彈性，允許切削速度65m/s，比樹脂結(jié)合劑45m/s更高；耐熱性更差，氣孔更少；通常用作無心磨導(dǎo)輪、切斷切槽砂輪以及拋光用砂輪。(4)金屬結(jié)合劑（代號M）

常用青銅作結(jié)合劑，主要用于金剛石砂輪。特點(diǎn)：這種結(jié)合劑制成的砂輪型面保持性好、強(qiáng)度高、有一定韌性，但自礪性差；主要用作粗、精磨硬質(zhì)合金，磨削與切斷光學(xué)玻璃、寶石、陶瓷與半導(dǎo)體材料等。2.9砂輪標(biāo)記--普通磨料2.9砂輪標(biāo)記--超硬磨料2.9砂輪標(biāo)記2.10超硬磨料砂輪人造金剛石砂輪

由磨料層、過渡層和基體三部分組成。磨料層：由人造金剛石磨粒和結(jié)合劑組成，其厚度1.5～5mm；過渡層：僅是一層結(jié)合劑，是將磨料層與基體連接起來，同時(shí)能充分利用磨料層而不會(huì)磨損基體；基體：是砂輪的主體，基體形狀不同，可得到不同型式的砂輪。通?；w內(nèi)鋁、銅或鋼制成。2.10超硬磨料砂輪（1）金剛石砂輪濃度

金剛石砂輪一個(gè)重要的特性參數(shù)，它是指砂輪磨料層中單位體積內(nèi)，金剛石磨料的含量。濃度有25％，50％，75％，100％和150％五種。濃度25％

指單位磨料層體積內(nèi)含人造金剛石磨粒1.1克拉（1克拉=0.2克），每增加25％即增加1.1克拉磨料。濃度與磨削效率和磨削成本有很大關(guān)系。濃度越高，砂輪的耐磨性和磨削效率越高，但成本增加。磨料層結(jié)合劑常用的有三種：樹脂、陶瓷和青銅。不同結(jié)合劑的最佳濃度范圍：樹脂為50％～75％；陶瓷為75％～100％；青銅為75％～150％。2.10超硬磨料砂輪2.10超硬磨料砂輪高濃度砂輪：型面保持性好，常采用粗粒度的磨粒，適于粗磨、小面積磨削和成形磨削；低濃度砂輪：常采用細(xì)粒度磨粒，適于精磨、大面積磨削和拋光。工件特別硬的磨削：宜用高濃度砂輪，如金剛石砂輪磨削金剛石刀具采用150％濃度。(2)立方氮化硼砂輪從結(jié)構(gòu)上看，與人造金剛石砂輪相同，也是由磨料層、過渡層和基體組成。立方氮化硼砂輪用于磨削超硬、高耐磨性、難加工鋼件，如高釩高速鋼、耐熱鋼等。3、