北信科機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件第4章 磨削

第四章磨削目錄第一節(jié)砂輪的特性與選擇第二節(jié)磨削運(yùn)動(dòng)及磨削過(guò)程第三節(jié)磨削力、磨削功率及磨削溫度第四節(jié)

先進(jìn)的磨削方法

MS1080無(wú)心磨床M1080B臥軸矩臺(tái)平面磨床數(shù)控端面外圓磨床MK1620A第四章磨削

經(jīng)濟(jì)加工精度達(dá)IT5－IT6加工表面粗糙度Ra值達(dá)0.8-0.2um，當(dāng)采用鏡面磨削時(shí)，Ra可達(dá)0.04um-0.01um。可以加工較硬的金屬材料即非金屬材料，如淬硬剛、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷等。磨削溫度高。

第一節(jié)砂輪的特性與選擇砂輪：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織、形狀和尺寸主要起切削作用主要起容屑和冷卻作用主要起粘接作用一、磨料磨料的形狀是很不規(guī)則的，但大多呈菱形八面體。頂錐角在80°～145°范圍內(nèi)，但大多數(shù)為90°～120°。磨削時(shí)磨粒基本上都以很大的負(fù)前角進(jìn)行切削。一般磨粒切削刃都有一定大小的圓弧，其刃口圓弧半徑在幾微米到幾十微米之間。磨粒磨損后，其負(fù)前角和圓弧半徑都將增大。具有高的硬度和耐熱性以及一定的韌性。砂輪的磨料磨料氧化物碳化物超硬磨料棕剛玉白剛玉絡(luò)剛玉黑色碳化硅綠色碳化硅碳化硼人造金剛石立方氮化硼磨削碳鋼、合金鋼、通用高速鋼磨削硬鑄鐵、硬質(zhì)合金、非鐵金屬磨削硬脆材料、硬質(zhì)合金、寶石、高溫合金取決于工件材料的硬度二、粒度粒度是指磨料顆粒尺寸的大小。取決于加工表面的粗糙度。顆粒尺寸的大小，分為磨粒（>63um）和微粉兩類。砂輪的粒度對(duì)磨削表面的粗糙度和磨削效率由很大影響。粒度號(hào)小則磨削深度大，故磨削效率高，但表面粗糙度大。粗磨時(shí)，一般選粗粒度，精磨時(shí)選細(xì)粒度。磨軟金屬時(shí)，多選用粗的磨粒，磨脆和硬的金屬時(shí)，則選用較細(xì)的磨粒。三、硬度

磨料自砂輪脫落的難易程度由結(jié)合劑的強(qiáng)度和數(shù)量決定。加工硬度大的金屬用軟砂輪。加工軟金屬用硬砂輪。粗磨用軟砂輪。精磨硬砂輪四、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。取決于磨削速度結(jié)合劑陶瓷結(jié)合劑樹(shù)脂結(jié)合劑橡膠結(jié)合劑價(jià)格便宜，耐酸、耐堿，用的最多，使用90%以上VC>35m/s五、組織砂輪的磨料、結(jié)合劑、空隙三部分的比例關(guān)系。

取決于容屑空間疏松不易堵塞。可把切削液和空氣帶入切削區(qū)，降低溫度。

過(guò)少容易磨鈍和失去正確的廓形。

粗采用疏松，精采用緊密。

一般選用中等組織號(hào)的砂輪六、形狀和尺寸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(lái)確定的砂輪的特性均標(biāo)記在砂輪的側(cè)面上，其順序是：形狀代號(hào)、尺寸、磨料、粒度號(hào)、硬度、組織號(hào)、結(jié)合劑和允許的最高線速度。

例：P300×30×75WA60L6V35形狀外徑×厚度×內(nèi)徑粒度號(hào)組織號(hào)最高線速度結(jié)合劑硬度白剛玉砂輪1-300×30×75-A60S6V-35m/s平形砂輪外徑300mm、厚度30mm、內(nèi)徑75mm，棕剛玉磨料，60#粒度，硬度為硬1等級(jí)，6號(hào)組織，陶瓷結(jié)合劑，最高線速度35m/s。六、形狀和尺寸第二節(jié)磨削運(yùn)動(dòng)及磨削過(guò)程常用的磨削方法：外圓磨削平面磨削內(nèi)圓磨削成型磨削無(wú)心外圓磨削（1）主運(yùn)動(dòng)（2）徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（3）軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（4）工件運(yùn)動(dòng)一、磨削運(yùn)動(dòng)1.主運(yùn)動(dòng)一、磨削運(yùn)動(dòng)2.工件徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)砂輪徑向切入工件的運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)每雙（單）行程內(nèi)工件相對(duì)砂輪徑向移動(dòng)的距離稱為徑向進(jìn)給量，記為fr。單位為mm/d·str一、磨削運(yùn)動(dòng)3.軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

工件相對(duì)于砂輪的軸向運(yùn)動(dòng)

famm/

r或mm/st一、磨削運(yùn)動(dòng)4.工件運(yùn)動(dòng)VWm

/

s或m/min一、磨削運(yùn)動(dòng)外圓磨削時(shí)：

式中d

w-工件直徑(mm)；nw-工件轉(zhuǎn)速(r/min)平面磨削時(shí)：

式中L-磨床工作臺(tái)的行程長(zhǎng)度(mm)；

nr-磨床工作臺(tái)的每分鐘的往復(fù)次數(shù)。一、磨削運(yùn)動(dòng)4.工件運(yùn)動(dòng)砂輪工作表面的形貌特征磨粒在砂輪工作表面上是隨機(jī)分布的；每一顆磨粒的形狀和大小都是不規(guī)則的。二、磨削過(guò)程砂輪工作表面的形貌特征二、磨削過(guò)程（一）磨屑形成過(guò)程(1)滑擦階段磨粒切削刃開(kāi)始與工件接觸，由于磨粒有很大的負(fù)前角和較大的刃口半徑，切削厚度非常小，只是在工件表面上產(chǎn)生滑擦，工件僅產(chǎn)生彈性變形。磨粒繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，隨著擠入深度增大而與工件間的壓力逐步增大，表面金屬由彈性變形逐步過(guò)度到塑性變形。⑵刻劃階段工件材料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)磨粒切入金屬表面，因金屬的塑性變形，磨粒的前方及兩側(cè)出現(xiàn)表面隆起現(xiàn)象，工件表面刻劃出溝痕。該階段磨粒與工件間擠壓摩擦加劇，磨削熱顯著增加。表示磨削進(jìn)入刻劃階段。⑶切削階段隨著切削厚度的增加，在達(dá)到臨界值時(shí)，被磨粒推擠的金屬明顯地滑移而形成切屑。

1、單顆磨粒的切削過(guò)程滑擦—刻劃—切削二、磨削過(guò)程二、磨削過(guò)程二、磨削過(guò)程（二）磨粒的切削厚度單個(gè)的磨粒平均最大切削厚度為：二、磨削過(guò)程vw、fa和fr增大時(shí)，acgmax相應(yīng)增大，生產(chǎn)率提高。但磨削力和磨削熱增加，砂輪磨損加劇，且工件表面質(zhì)量較差。m值增大，則

acgmax減小，所以為了提高工件表面質(zhì)量，宜選用粒度細(xì)的砂輪。

v、d0和B增大時(shí)，acgmax減小，工件表面質(zhì)量將得到提高。二、磨削過(guò)程第三節(jié)磨削力、磨削功率及磨削溫度一、磨削力和磨削功率Fx(軸向磨削力)Fy(徑向磨削力)Fz(切向磨削力)徑向磨削力Fy最大軸向磨削力Fx很小磨削力隨不同的磨削階段而變化圖4-4磨削力在初磨階段，磨削力由小至大變化較大；進(jìn)入穩(wěn)定階段，工藝系統(tǒng)的彈性變形達(dá)到一定程度，此時(shí)磨削力較為穩(wěn)定；光磨階段實(shí)際磨削深度近趨于零，此時(shí)磨削力漸小。一、磨削力和磨削功率磨削力的計(jì)算公式

一、磨削力和磨削功率影響磨削力的因素⑴當(dāng)砂輪速度增大時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)參加切削的磨粒數(shù)隨之增多。因此每個(gè)磨粒的切削厚度減小，磨削力隨之減小。⑵當(dāng)工件速度和軸向進(jìn)給量增大時(shí)，單位時(shí)間磨去的金屬量增大，如果其他條件不變，則每個(gè)磨粒的切削厚度隨之增大，從而使磨削力增大。⑶當(dāng)徑向進(jìn)給量增大時(shí)，不僅每個(gè)磨粒的切削厚度將增大，而且使砂輪與工件的磨削接觸弧長(zhǎng)增大，同時(shí)參加磨削的磨粒數(shù)增多，因而使磨削力增大。⑷砂輪的磨損會(huì)使磨削力增大。一、磨削力和磨削功率主運(yùn)動(dòng)所消耗的功率定義為磨削功率。磨削功率：一、磨削力和磨削功率二、磨削溫度

磨削時(shí)由于速度很高，且單位切削功率也大(約為車(chē)削的10～20倍)。因此磨削溫度很高。

磨削溫度：砂輪與工件接觸面的平均溫度

磨削溫度區(qū)分為：砂輪磨削區(qū)溫度θA和磨粒磨削點(diǎn)溫度θdot。（一）磨削溫度的概念磨粒磨削點(diǎn)溫度θdot

磨粒切削刃與切屑接觸部分的溫度，是磨削中溫度最高的部位，也是磨削熱的熱源。它不但影響工件表面質(zhì)量，且與磨粒的磨損以及切屑的熔著現(xiàn)象有密切關(guān)系。v、vw——分別為砂輪及工件的線速度（m/s）；

fr——徑向進(jìn)給量（mm）。

二、磨削溫度砂輪磨削區(qū)溫度θA

砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度，它與磨削燒傷、磨削裂紋的產(chǎn)生有密切關(guān)系。fr對(duì)θA的影響最大，vw的影響次之，v對(duì)θA的影響最小

二、磨削溫度工件溫升

由于磨削熱傳入工件而引起的整個(gè)工件溫度升高。磨粒磨削點(diǎn)的溫度瞬時(shí)可達(dá)1000℃以上。砂輪磨削區(qū)的溫度只有幾百攝氏度。整個(gè)工件的溫升卻不到幾十?dāng)z氏度。區(qū)分磨削區(qū)溫度、磨粒磨削點(diǎn)溫度和工件溫升。二、磨削溫度（二）磨削溫度對(duì)工件表面質(zhì)量的影響工件表面質(zhì)量：表面粗糙度、表面燒傷、表面殘余應(yīng)力和裂紋。磨削燒傷：磨削加工時(shí)，磨粒的切削、刻劃和滑擦作用，大多數(shù)磨粒的副前角切削以及高的磨削速度，使得工件表面層有很高的溫度。因此對(duì)已淬火的鋼件往往會(huì)使表面層的金相組織產(chǎn)生變化，從而使表面層的硬度下降，嚴(yán)重的影響了零件的使用性能，同時(shí)表面呈現(xiàn)氧化膜顏色，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。

磨削燒傷的實(shí)質(zhì)是材料表面層的金相組織發(fā)生變化。

二、磨削溫度燒傷表面的硬度變化

二、磨削溫度磨削燒傷的表現(xiàn)形式

磨削燒傷會(huì)破壞工件表面層組織，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)裂紋，從而影響工件的耐磨性和使用壽命。（1）退火燒傷（2）淬火燒傷（3）回火燒傷二、磨削溫度（1）退火燒傷在磨削時(shí)，如工件表面層溫度超過(guò)相變溫度Ac3，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，如果此時(shí)無(wú)冷卻液，則表面層硬度急劇下降，工件表面層被退火，故這種燒傷稱退火燒傷。工件干磨時(shí)常發(fā)生這種情況。二、磨削溫度（2）淬火燒傷磨削時(shí)，工件表面層溫度超過(guò)相變溫度Ac3，如果此時(shí)冷卻充分，則表層將急冷形成二次淬火馬氏體組織。工件表層硬度較原來(lái)的回火馬氏體高，但很薄，其下層因冷卻速度慢仍為硬度較低的回火索氏體和屈氏體。這種情況稱為淬火燒傷。二、磨削溫度（3）回火燒傷磨削時(shí)，工件表面層溫度未超過(guò)相變溫度Ac3，但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，這時(shí)工件表層的組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火屈氏體或索氏體。這種情況稱為回火燒傷。

二、磨削溫度3、影響燒傷的工藝因素磨削用量：影響最大的是砂輪的速度v和徑向進(jìn)給量fr。當(dāng)v和fr較小時(shí)，不易出現(xiàn)燒傷。冷卻方法：加大冷卻劑流量和采用噴霧冷卻、高壓冷卻等加速熱量的傳出，降低磨削區(qū)溫度，可以有效避免燒傷現(xiàn)象。砂輪接觸長(zhǎng)度砂輪與工件的接觸長(zhǎng)度大，易堵塞而不易冷卻，容易出現(xiàn)燒傷。二、磨削溫度第四節(jié)

先進(jìn)的磨削方法

一、高精度低表面粗糙度磨削

磨削工件的表面粗糙度Ra值應(yīng)在0.4μm以下。

砂輪要精細(xì)修整，使砂輪表面上的磨粒形成等高的微小切削刃，既保持磨粒的微刃性和等高性。

磨削時(shí)采用很小的橫向進(jìn)給量（0.005-0.025mm/s以下）以及較低的磨削速度（15~30m/s）,并在磨削后期進(jìn)行若干次的光磨行程。

二、高效磨削（一）、高速磨削砂輪的線速度在45m/s以上的磨削稱為高速磨削砂輪線速度的提高，可使單個(gè)磨粒的磨削厚度acgmax變薄，工件表面的殘留磨痕變淺，粗糙度變小；隨著acgmax的減小，磨削力下降，工件不易變形，磨削精度提高，砂輪的耐用度也隨之增大。高速磨削的動(dòng)力消耗要比普通磨削高出１倍以上，因此砂輪的電機(jī)功率要大，并應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和可靠的安全防護(hù)措施；磨床的剛度也要好，并要保證供給充足的切削液。（二）、緩進(jìn)給大切深磨削緩進(jìn)給大切深磨削又稱深磨或蠕動(dòng)磨削，是一種大切深（一次磨削深度達(dá)