磨具切削成形方法

關(guān)于磨具切削成形方法磨床加工應用磨床上可磨削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔、平面、齒輪齒廓面、螺旋面、各種成形面、刃磨刀具或切斷等。第2頁,共58頁，2024年2月25日，星期天基本知識

磨外圓時，主運動是砂輪的高速旋轉(zhuǎn)運動，進給運動是工件的緩慢圓周運動。磨平面時，主運動是砂輪的高速旋轉(zhuǎn)運動，進給運動是工件的往復直線運動和砂輪的沿軸線橫向移動。第3頁,共58頁，2024年2月25日，星期天一、磨削加工的特點與工藝范圍（一）磨削加工的特點1．切削刃不規(guī)則2．背吃刀量小、加工質(zhì)量高3．磨削速度快、溫度高4．磨削加工的適應性強5．砂輪具有自銳性6．徑向磨削分力大（二）磨削加工的工藝范圍

磨削加工的應用范圍非常廣泛，可以加工內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、平面、成形面和組合面等，如圖9-1所示。目前磨削主要用于對工件進行精加工，經(jīng)過淬火的工件及其它高硬度的特殊材料，幾乎只能用磨削來進行加工。另外，磨削也可以用于粗加工。

第4頁,共58頁，2024年2月25日，星期天磨削加工的應用范圍非常廣泛，可以加工內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、平面、成形面和組合面等，如圖9-1所示。目前磨削主要用于對工件進行精加工，經(jīng)過淬火的工件及其它高硬度的特殊材料，幾乎只能用磨削來進行加工。另外，磨削也可以用于粗加工。

第5頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

磨削過程

比較凸出的和比較鋒利的磨粒起切削作用

凸出高度較小或較鈍的磨粒起刻劃作用

磨鈍的或比較凹下的磨粒與工件表面產(chǎn)生滑擦，起摩擦拋光作用

比較鋒利且凸出的單個磨粒，其切削過程大致也可分為三個階段

第6頁,共58頁，2024年2月25日，星期天磨粒上的切削刃小，刃口的圓弧半徑rn更小，能切下很小的切屑。例如：車刀的rn≈0.012~0.032mm，磨粒的rn≈0.006~0.012mm。磨床自身的制造精度高。所以磨削加工的工件尺寸精度高(IT7~IT6)，形狀精度高，特別是能提高加工表面位置精度。磨削過程中，在工件被加工的單位面積內(nèi)參加三、磨削的工藝特點1.精度高、表面粗糙度小。第7頁,共58頁，2024年2月25日，星期天切削的刀刃多，使得工件的殘留面積高度小。因此加工的表面粗糙度?。≧a0.2~0.8）。2.砂輪具有自銳性磨削過程中，當磨粒磨鈍后會出現(xiàn)兩種情況：磨粒破碎和磨粒脫落，形成新的鋒利的磨粒，使磨削能夠正常進行，這種特性就是砂輪的自銳性。砂輪的自銳性，并不能長時間保持，因為磨削是一種封閉式切削，切屑和碎磨粒會堵塞砂輪的孔隙，使砂輪是去切削力。第8頁,共58頁，2024年2月25日，星期天所以磨削一定的時間后砂輪需要修整。一般采用金剛石筆修整。3.磨削速度高、磨削溫度高。因此，磨削時可能造成工件表面燒傷、產(chǎn)生表面裂紋；不易加工低熔點金屬（鋁合金）。磨削一般應加冷卻潤滑液。4.磨削能加工高硬度的工件。磨削是目前加工高硬度工件和高硬材料的主要方法。外圓磨削速度：一般30~35m/s，高速>50s/m；切削區(qū)內(nèi)的溫度：800～1000℃第9頁,共58頁，2024年2月25日，星期天5.磨削的背向磨削力Fp較大

Fp較大容易引起工件的變形。如下圖所示，磨削軸類零件。所以在磨削時對剛性差、易變形的工件要采用一定的工藝措施，減小或消除變形。

6.磨削的適應性強，可加工各種類型的零件表面。第10頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

一、磨料與磨具

磨削(grinding)是用帶有磨粒的工具(砂輪、砂帶、油石等)對工件進行加工的方法第15章磨具切削成形方法第11頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

砂輪

砂輪特性決定于磨料,粒度,結(jié)合劑,硬度,組織及形狀尺寸。（1）磨料鋒利的形狀、高硬度和熱硬性、適當?shù)膱皂g性。①氧化物系（剛玉類，主要成份Al2O3）棕剛玉（A）韌，硬度低，磨碳素鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵；白剛玉（WA）韌性低、硬，磨淬火鋼、高速鋼、高碳鋼；鉻剛玉（PA）韌，硬度低，Ra小，磨高速鋼、不銹鋼等。②碳化物系（主要成份碳化硅、碳化硼）黑色碳化硅（C）韌性低、硬度高，磨鑄鐵、黃銅等脆材；綠色碳化硅(GC)韌性差、更硬，磨Y合金、陶瓷、玻璃等。③超硬磨料人造金剛石（RJ）、立方氮化硼（CBN）。第12頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

常用磨料的性能及適用范圍高強度

人造金剛石

氮化硼

綠碳化硅

黑碳化硅

白剛玉

棕鋼玉硬質(zhì)合金、寶石

＞700℃石墨化

乳白色

碳結(jié)晶體

D硬質(zhì)合金、高速鋼

＜1300℃穩(wěn)定

高硬度黑色

立方氮化硼

CBN高硬磨料類

硬質(zhì)合金等

綠色

SiC＞99%GC鑄鐵、黃銅、非金屬材料

＞1500℃氧化

黑色

SiC＞95%C碳化硅類

淬火鋼、高速鋼

白色

Al2O3＞99%WA碳鋼、合金鋼、鑄鐵

2100℃熔融

韌性好硬度大

褐色

Al2O395%TiO22%~3%A鋼玉類適用磨削范圍熱穩(wěn)定性

力學性能

顏色

主要成分

代號

材料名稱

第13頁,共58頁，2024年2月25日，星期天（2）粒度

以剛能通過的那一號篩網(wǎng)的網(wǎng)號來表示磨料的粒度，如60＃微粉：磨粒的直徑＜40um時，例如W20磨粒尺寸在20～14um.粗磨用粗粒度,精磨用細粒度;當工件材料軟，塑性大,磨削面積大時，采用粗粒度，以免堵塞砂輪燒傷工件。（3）結(jié)合劑

①陶瓷結(jié)合劑化學穩(wěn)定性好、耐熱、耐腐蝕、價廉90%，但脆性大，不宜制成薄片，不宜高速。②金屬結(jié)合劑（M）青銅、鎳等，強度韌性高，成形性好，但自銳性差，適于金剛石、立方氮化。

砂輪安裝第14頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

常用磨粒的粒度、尺寸及應用范圍研磨、超精加工、鏡面磨削

10~75~3.5W10~W5研磨、超精磨削

20~1414~10W20~W14珩磨、研磨

40~2828~20W40~W28微粉

半精磨、精磨、珩磨

160~12550~40100~280粗磨半精磨、精磨

400~315200~16046~80荒磨、打毛刺

2000~1600500~40012~36磨粒

應用范圍

顆粒尺寸（μm）

粒度號

類別

第15頁,共58頁，2024年2月25日，星期天適用于金剛石砂輪

強度最高，導電性好，磨耗少，自銳性差

M金屬

適用于切斷、開槽

強度較B高，更富有彈性，氣孔率小，耐熱性差

R橡膠

適用于高速磨削、切斷、開槽等

強度較V高，彈性好，耐熱性差

B樹脂

最常用，適用于各類磨削加工耐熱、耐蝕，氣孔率大，易保持廓形，彈性差

V陶瓷

適用范圍

性能

代號

結(jié)合劑

常用結(jié)合劑的名稱、代號、性能和適用范圍第16頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

③樹脂結(jié)合劑（B）強度高彈性好，耐沖擊，適于高速磨或切槽切斷等工作，但耐腐蝕耐熱性差(300℃)，自銳性好。④橡膠結(jié)合劑（R）強度高彈性好，耐沖擊，適于拋光輪、導輪及薄片砂輪，但耐腐蝕耐熱性差(200℃)，自銳性好。（4）硬度指砂輪工作時在磨削力作用下磨粒脫落的難易程度。取決于結(jié)合劑的結(jié)合能力及所占比例，與磨料硬度無關(guān)。硬度高，磨料不易脫落；硬度低，自銳性好。硬度分7大級(超軟、軟、中軟、中、中硬、硬、超硬)，16小級。砂輪結(jié)構(gòu)第17頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

砂輪硬度選擇原則：

磨削硬材，選軟砂輪；磨削軟材，選硬砂輪；磨導熱性差的材料，不易散熱，選軟砂輪以免工件燒傷；砂輪與工件接觸面積大時，選較軟的砂輪；成形磨精磨時，選硬砂輪；粗磨時選較軟的砂輪。（5）組織反映砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔三者體積的比例關(guān)系，即砂輪結(jié)構(gòu)的疏密程度，分緊密、中等、疏松三類13級。緊密組織成形性好，加工質(zhì)量高，適于成形磨、精密磨削和強力磨削。中等組織適于一般磨削工作，如淬火鋼、刀具刃磨等。疏松組織不易堵塞砂輪，適于粗磨、磨軟材、磨平面、內(nèi)圓等接觸面積較大時，磨削熱敏感性強的材料或薄件。

第18頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

砂輪硬度的選用原則是：工件材料越硬，應選用越軟的砂輪。這是因為硬材料使磨粒磨損，需用較軟的砂輪以使磨鈍的磨粒及時脫落。工件材料越軟，砂輪的硬度應越硬，以使磨粒脫落慢些，發(fā)揮其磨削作用。但在磨削有色金屬、橡膠、樹脂等軟材料時，要用較軟的砂輪，以便使堵塞處的磨粒較易脫落，露出鋒銳的新磨粒。半精磨與粗磨相比，需用較軟的砂輪；但精磨和成形磨削時，為了較長時間保持砂輪輪廓，需用較硬的砂輪。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

DEFGHJKLMNPQRSTY砂輪的硬度等級及代號第19頁,共58頁，2024年2月25日，星期天有色金屬及塑料、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組織號砂輪的組織號第20頁,共58頁，2024年2月25日，星期天6）砂輪的標志方法按GB2484—84規(guī)定，標志順序如下：磨具形狀、尺寸、磨料、粒度、硬度、組織、結(jié)合劑和最高線速度。砂輪標志方法見示例：

第21頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第22頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共58頁，2024年2月25日，星期天7)、砂輪的修整磨損表現(xiàn)為磨耗磨損和破碎磨損。自銳性有限，應及時修整，保證砂輪有合理使用壽命，否則引起振動、Ra值增大、表面燒傷或裂紋等。砂輪修整除用于磨損砂輪外，還用于以下場合：①砂輪被切屑堵塞；②部分工材粘結(jié)在磨粒上；③砂輪廓形失真；④精密磨中的精細修整等。常用修整工具是單顆粒金剛石。修整用量包括修整導程Fx(≈磨粒平均尺寸)和修整深度ap(粗磨0.01～0.03mm),修整時應使用充足的切削液。第24頁,共58頁，2024年2月25日，星期天端面磨輪砂輪平衡第25頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

二磨床

1磨床

磨床是用磨料磨具(砂輪,砂帶,油石和研磨料)為工具進行切削加工的機床。廣泛用于零件的精加工,尤其是淬硬鋼件,高硬度特殊材料及非金屬材料(如陶瓷)的精加工。

磨床種類很多,其主要類型有:外圓磨床,內(nèi)圓磨床,平面磨床,工具磨床，刀具和刃具磨床及各種專門化磨床.如曲軸磨床、凸輪磨床、齒輪磨床、螺紋磨床等。此外還有珩磨機,研磨機和超精加工機床等。第26頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

1.1外圓磨床

主要用于磨削內(nèi),外圓柱和圓錐表面,也能磨階梯軸的軸肩和端面,可獲得IT6-IT7及精度Ra在1.25--0.08μm之間。外圓磨床的主要類型有：普通外圓磨床、萬能外圓磨床，無心外圓磨床、寬砂輪外圓磨床和端面外圓磨床等

。主參數(shù):最大磨削直徑。

萬能型外圓磨床加工各種典型表面時，機床各部件的相對位置關(guān)系和所需要的各種運動：

磨外圓砂輪的旋轉(zhuǎn)運動N砂；磨內(nèi)孔砂輪的旋轉(zhuǎn)運動N內(nèi)；工件旋轉(zhuǎn)運動N周；工件縱向往復運動F縱；砂輪橫向進給運動f橫（往復縱磨時是周期的間歇運動；切入磨削時是連續(xù)進給運動）。此外，機床還有兩個輔助運動：砂輪架的橫向快速進退運動；尾架套筒的伸縮移動。

第28頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共58頁，2024年2月25日，星期天液壓傳動概念第30頁,共58頁，2024年2月25日，星期天液壓傳動原理

工作原理：油泵經(jīng)濾油器將油從郵箱中吸出，變?yōu)楦邏河?，?jīng)轉(zhuǎn)閥、節(jié)流閥，輸入油缸的右腔，推動活塞、活塞桿及工作臺向左移動。油缸左腔的油經(jīng)換向流入郵箱。當工作臺移動至行程終點時固定在工作臺前側(cè)面的右行程擋塊，自右向左推動換向手柄，并連同換向閥的活塞桿和活塞一起向左移至虛線位置。于是高壓油則流入油杠的左腔，使工作臺返回。油杠右腔的油也經(jīng)換向閥流回郵箱。如此反復循環(huán)，從而實現(xiàn)了工作臺的縱向往復運動。第31頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

1.2無心外圓磨床

工作原理

①工件放在砂輪和導軌之間,由托板支撐進行磨削。而由工件的被磨削外圓面作為定位面；②導輪是用樹脂或橡膠為粘結(jié)劑制成的剛玉砂輪，不起磨削作用，它與工件之間的磨擦系數(shù)較大，靠摩擦力帶動工件旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)圓周進給運動；③導輪的線速度在10～50m/min范圍內(nèi)。砂輪的轉(zhuǎn)速很高，從而在砂輪和工件間形成很大的相對速度，即磨削速度；④為了避免磨削出棱圓形工件，工件的中心應高于磨削砂輪與導輪的中心連線（高出工件直徑的15～25%），使工件和導輪、砂輪的接觸相當于是在假想的V形槽中轉(zhuǎn)動，工件的凸起部分和V形槽兩側(cè)的接觸不可能對稱，這樣使工件在多次轉(zhuǎn)動中，逐步磨圓。第32頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共58頁，2024年2月25日，星期天無心外圓磨削示意圖1—工件2—磨削輪3—托板4—導論

無心外圓磨床上磨削第35頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

無心外圓磨床與外圓磨床相比,具有以下優(yōu)點:①生產(chǎn)率高(無須打中心空,且裝夾省時),所以多用于成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)；②磨削表面尺寸精度,幾何形狀精度較高,表面粗糙度Ra??；

③能配上自動上料機構(gòu),實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。內(nèi)圓磨床第36頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

1.3內(nèi)圓磨床

用于磨圓柱孔和圓錐孔,主參數(shù)是最大磨削內(nèi)孔直徑。主要類型普通內(nèi)圓磨床、無心內(nèi)圓磨床、行星內(nèi)圓磨床及專用內(nèi)圓磨床。砂輪主軸部件是內(nèi)圓磨床的關(guān)鍵部分。應用較普遍的中型內(nèi)圓磨床砂輪主軸，轉(zhuǎn)速一般在10,000～20,000r/min左右，常由普通的交流異步電動機經(jīng)平帶傳動。在磨削小孔（例如直徑小于10mm）時，要求砂輪主軸的轉(zhuǎn)速高達80,000～120,000r/min或更高。目前常采用內(nèi)連式中頻（或高頻）電動機驅(qū)動的內(nèi)圓磨具。由于沒有中間傳動件，可達到的轉(zhuǎn)速較高，同時它還具有輸出功率大，短時間過載能力強、速度特性硬、振動小等優(yōu)點，所以近年來應用日益廣泛。第37頁,共58頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)圓磨床砂輪架安裝在工作臺上作縱向進給運動。兩種磨床的橫向進給運動都由砂輪架實現(xiàn)。工件頭架都可繞垂直軸線調(diào)整角度，以便磨削錐孔。

第38頁,共58頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)圓磨床的工件頭架安裝在工作臺上，隨工作臺一起往復移動，完成縱向進給運動。

第39頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

1.4平面磨床

平面磨床用于磨削各種零件的平面。

臥軸矩臺式磨床(生產(chǎn)率低些,但加工精度較高,Ra較小,屬于周邊磨削)；立軸矩臺式磨床；立軸圓臺式磨床(生產(chǎn)率高,但加工精度較低,Ra較大,屬于端面磨削)；臥軸圓臺式磨床。磨削方式端面磨削、周邊磨削。①臥軸矩臺式平面磨床：砂輪旋轉(zhuǎn)n是主運動，工作臺縱向往復(f1)和砂輪架橫向進給(f2)，砂輪架豎直運動f3是切入運動；②立軸矩臺式平面磨床：砂輪旋轉(zhuǎn)n是主運動，矩形工作臺縱向往復運動f1是進給運動，砂輪架間歇的豎直運動f2是切入運動；③立軸圓臺式平面磨床：砂輪旋轉(zhuǎn)n是主運動，圓工作臺轉(zhuǎn)動f1是圓周進給運動，砂輪架間歇的豎直運動f2是切入運動；④臥軸圓臺式平面磨床：砂輪旋轉(zhuǎn)n是主運動，圓工作臺轉(zhuǎn)動f1是圓周進給運動，砂輪架連續(xù)徑向運動f2是徑向進給運動，間歇的豎直運動f3是切入運動。此外，工作臺的回轉(zhuǎn)中心線可調(diào)整至傾斜位置，以便磨削錐面，例如磨削圓鋸片的側(cè)面。第40頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共58頁，2024年2月25日，星期天砂輪端面磨削的平面磨床與用周邊磨削的平面磨床相比較:

端面磨削的砂輪直徑比較大，能一次磨出工件的全寬，磨削面積較大，生產(chǎn)率較高，但端面磨削時砂輪和工件表面是成弧形線或面接觸，接觸面積大，冷卻困難，且磨屑不易排除，所以加工精度較低，表面粗糙度值較大。砂輪周邊磨削，砂輪和工件接觸面較小，發(fā)熱量少，冷卻和排屑條件較好，可獲得較高的加工精度和較小的的表面粗糙度值。圓臺平面磨床與矩臺平面磨床相比:

圓臺式是連續(xù)進給，圓臺式的生產(chǎn)率稍高些，而矩臺式有換向時間損失。圓臺式只適于磨削小零件和大直徑的環(huán)形零件端面。不能磨削窄長零件。而矩臺式可方便地磨削各種零件，包括直徑小于矩臺寬度的環(huán)形零件。第42頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

一、外圓面的加工外圓面的磨削

磨削(grinding)是外圓面精加工的主要方法，多作為半精車外圓后的精加工工序。(1)外圓磨床上磨削磨削加工基本作業(yè)在外圓磨床上磨外圓a）縱磨法b）橫磨法c）混合磨法d）深磨法第43頁,共58頁，2024年2月25日，星期天萬能外圓磨床的幾種典型加工方式圖第44頁,共58頁，2024年2月25日，星期天縱磨法：加工精度高，Ra值較小，生產(chǎn)率低，廣泛用于各種類型的生產(chǎn)中；橫磨法：加工精度低，Ra值較大，生產(chǎn)率高，只適用于大批量生產(chǎn)中磨削剛度較好、精度較低、長度較短的軸類零件上的外圓表面和成形面。第45頁,共58頁，2024年2月25日，星期天磨孔(holegrinding)

磨孔時，砂輪旋轉(zhuǎn)為主運動，工件低速旋轉(zhuǎn)為圓周進給運動，砂輪直線往返為軸向進給運動，切深運動為砂輪周期性的徑向進給運動

第46頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

磨內(nèi)圓（包括內(nèi)錐面）（1）機床：內(nèi)圓磨床、萬能外圓磨床（2）特點：①由于磨內(nèi)圓砂輪受孔徑限制，切削速度難以達到磨外圓的速度；②砂輪軸直徑小，懸伸長，剛度差，易彎曲變形和振動，且只能采用較小的背吃刀量；③砂輪