第九章 磨削

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1、第九章 磨 削【内容提要】 本章主要介绍砂轮的类型、结构和作用，以及磨削运动的组成及磨削特性。【目的要求】 1掌握砂轮组成要素以及砂轮的类型，根据具体的加工工艺和材料会选用砂轮的 类型；2 掌握磨削运动的组成及磨削特性3 了解先进磨削技术。【本章内容】 第一次课引言： 在机械制造业中，磨削是最常用的加工方法之一。磨削可加工外圆、内孔、平 面、螺纹、齿轮、花键、导轨和成形面等各种表面。其加工精度可达IT5IT6级，表面粗 糙度一般可达Ra 0. 08p m。磨削尤其适合于加工难以切削的超硬材料(如淬火钢)。磨削的 用途非常广泛。9-1 砂轮与磨削一、砂轮砂轮是磨削加工中最常用的工具。它是由结合剂

2、将磨料颗粒黏结而成的多孑L体。掌握砂轮的特性，合理选择砂轮，是提高磨削质量和磨削效率、控制磨削加工成本的重要措施。1.砂轮的组成要素(1) 磨料 磨料即砂轮中的硬质颗粒。常用的磨料主要是人造磨料，其性能及适用范围 如下表：(2) 粒度 粒度表示磨料颗粒的尺寸大小。磨料的粒度可分为两大类，基本颗粒尺寸大 于40p m的磨料，用机械筛选法来决定粒度号，其粒度号数就是该种颗粒正好能通过筛子的 网号。网号就是每英寸(25. 4mm)长度上筛孔的数目。因此粒度号数越大，颗粒尺寸越小； 反之，颗粒尺寸越大。当颗粒尺寸小于40p m的磨料用号 代 原号 代 新色 颜性 定刚玉类玉 刚 棕A色 褐 棕强度高

3、uu PL rQ e度高定 稳Z玉 刚 白BGA w色 白碳化硅类c5与国TL色 绿高硬度磨料类Tv匕 立牝DLJCBNNB.色丄时似应 温水反 高与有,r石 刚金EEE代化700墨7石硬等璃显微镜分析法来测量，其粒度号数是基本颗粒最大尺寸的微米数，以其最大尺寸前加w来表 示。(3) 结合剂 结合剂的作用是将磨粒黏合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。结合 剂的性能对砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性及耐热性有突出的影响，并对磨削表面质量有 一定影响。(4) 硬度 砂轮的硬度是指磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面脱落的难易程度。砂轮 硬即表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。所以，砂轮的硬度主

4、要由结合剂的黏 结强度决定，而与磨粒本身的硬度无关。选用砂轮时，应注意硬度选得适当。若砂轮选得太硬，会使磨钝了的磨粒不能及时脱落， 因而产生大量磨削热，造成工件烧伤；若选得太软，会使磨料脱落得太快而不能充分发挥其 切削作用。(5) 组织 砂轮的组织是指磨粒在砂轮中占有体积的百分数(即磨粒率)。它反映了磨粒、 结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占的比例大，气孔小，即组织号 小，则砂轮的组织紧密；反之，磨粒的比例小，气孔大，即组织号大，则组织疏松。砂轮上 未标出组织号时，即为中等组织。2砂轮的形状、代号和标志常用形状有平形(P)、碗形(BW)、碟形(D)等，砂轮的端面上一般都有标

5、志。从管理和选 用方便的角度出发，砂轮参数的表示顺序是形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结 合剂、线速度。如：PSA 400 100 127 V(A) 60 L 5 B 25形状外径 厚度孔径磨料粒度硬度组织结合剂最高工作线速度(m/s)二、磨削运动生产中常用的外圆、内圆和平面磨削，一般具有四个运动。(a)外圆磨削(b)内圆磨削(c)平面磨削1主运动砂轮旋转运动为主运动。砂轮旋转的线速度为磨削速度u C。2进给运动 磨削的进给运动一般有圆周进给、径向进给及轴向进给三种。(1)圆周(直线)进给运动 工件的旋转运动或工作台的往复直线运动外圆磨削U W=n宀/ 1000(m / min)平面磨

6、削U W=2ln / 1000(m / min)(2) 径向进给运动 砂轮切人工件的运动，其大小用磨削深度a p表示。a p指工作台每 单行程或双行程切人工件的深度(单位为mm /单行程或mm /双行程)。(3) 轴向进给运动 工件相对于砂轮的轴向运动，其大小用进给量f表示。f指工件每 转一转或工作台每一次行程，工件相对于砂轮的轴向移动距离(单位为mm/r或mm/单行 程) 。三、磨削的特殊性1磨削力的特殊性磨削力同样可分解为三个分力：切向分力Fc、径向分力Fp、轴向分力Ff。其中径向分 力特别大，Fp=(24)F。，这是磨削与普通切削的明显不同，它使工件变形增大。2磨削温度的特殊性 由于磨粒

7、以负前角切削，砂轮高速旋转使工件材料产生塑性变形，使磨削区的瞬时温度 高达 5001000C。磨削热对加工过程的影响主要表现在如下几个方面。(1) 工件表面烧伤：磨削中，工件表面出现各种带色斑点，这种现象称为烧伤。即不均 匀退火，使淬火钢表面层变软；或不均匀淬火使未淬火钢表层变硬，表面颜色。(2) 工件表面产生残余应力，甚至开裂。(3) 工件热变形，薄片零件变形更大。 3磨削过程的特殊性在磨削用量中，磨削速度很很高，比车削高1050倍，再加上磨削厚度由零开始到最 大值，因而使磨削过程伴随着很大的弹性和塑性变形，形成磨削特有的变形现象。四、砂轮的磨损与修整1砂轮磨损(1) 磨粒变钝 磨削力增大，

8、磨削温度升高，但表面粗糙度值变小。(2) 磨粒溃落 因磨削力使磨粒脱落，新磨粒出现的现象称为砂轮的自励作用。砂轮 能够磨削高硬度的材料，主要依靠自身的自励作用。对于重磨削或难加工材料的磨削，由于 砂轮的自励作用，使磨削容易进行。当采用较低硬度的砂轮时，磨粒碎裂和脱落急剧发生，工件的尺寸精度降低和表面 粗糙度值增大。因此，在磨削中应根据工件材料、表面质量要求等，合理选择砂轮的硬度。(3) 表面堵塞 砂轮表面因高温使软化的磨屑堆积在砂轮磨粒的气孔中，使砂轮表面变 平发亮，便为砂轮表面堵塞。2砂轮修整砂轮表面变钝或堵塞时，必须进行修整，以产生新的磨粒，同时也是对砂轮表面形状的 校正。修整砂轮的方法很

9、多，但常用单晶金刚石修整器修整砂轮。修整时，应根据具体的磨 削条件，选择不同的修整用量，以满足相应的磨削要求。单晶金刚石修整器的使用方法和外 圆车刀使用方法相似。第二次课五、磨削质量工件的磨削质量是指尺寸精度、形状误差和表面质量，其保证措施如下。1尺寸精度和形状误差的保证措施 磨削时，由于径向切削力很大，引起工件、夹具、砂轮和磨床系统产生弹性变形， 使实际磨削深度与磨床刻度盘上所显示的数值有差别，所以影响了磨削的尺寸精度。此外， 砂轮的磨损同样影响磨削精度。为获得高精度的磨削尺寸，必须采用循环磨削(称为无火花 磨削法)将磨削分为三个阶段。(1) 初磨阶段 实际磨削深度小于磨床刻度盘显示值，这是

10、由于工艺系统弹性变形造 成的。(2) 稳定阶段 实际磨削深度等于磨床刻度盘显示值。此时，工艺系统变形减小，趋 于稳定。(3) 清磨阶段 完全不进给再磨一段时间，实际磨削深度趋于零，磨削火花逐步消失。 清磨阶段主要是提高磨削精度和减小表面粗糙度值。掌握了三个阶段的磨削规律，在初磨时为提高磨削效率与磨削质量可采用较大的磨 削深度；修整砂轮后或砂轮磨损后，注意及时测量工件尺寸和形位公差；对轴类零件还要修 整中心孔，中心孔精度高，零件的形状误差就小，磨削的精度就高。2表面质量的保证措施 磨削后表面粗糙度值大、表面烧伤和表面出现裂纹是表面质量低的表现。产生的原 因主要有：砂轮主运动线速度低、砂轮修整太粗

11、、磨床头架或工件夹持松动、砂轮安装时未 经过平衡等。解决措施如下：(1) 尽可能选大直径砂轮，提高磨削速度。(2) 重新平衡，重新修整砂轮。(3) 调整头架主轴和工件装夹，提高磨削工艺系统的刚性。(4) 调整主轴电动机转子，再次达到动平衡。 通过以上措施，可使表面粗糙度值明显减小。对表面烧伤和划伤等可采取下述措施。(5) 增大磨削液的浇注量，合理安装喷嘴位置。(6) 正确选择砂轮，粒度再粗些，硬度再软些，保证砂轮无堵塞，切削刃锋利。(7) 适当减小进给量，或分粗、精磨削。 磨削裂纹是磨削热应力大于工件材料强度时产生的龟裂现象。易产生裂纹的材料有 硬质合金、淬火高碳钢等。主要防止措施是减小热应力

12、和提高被磨削材料的强度极限。9-2 先进磨削法简介一、高速磨削普通磨削速度U c=1835m / s。近年来为提高磨削效率和改善磨削表面质量，广泛 采用高速磨削，即磨削速度U c50m/s的磨削称为高速磨削。据有关资料介绍，我国高速 磨床的磨削速度可达80120m / s，发达国家的磨削速度可达200m / s以上。采用高速磨削，若单个磨粒的切削厚度仍保持与普通磨削相同时，则由于口。和口。 的提高，可将磨削效率提高30%100% ；反之，若金属切除率仍保持与普通磨削相同，则 单个磨粒的切削厚度明显减小，磨削质量就会明显提高。高速磨削的主要优点是生产率高、 砂轮耐用度高、加工精度高和表面粗糙度值

13、小。高速磨削对磨床的要求主要有如下几个方面：(1) 砂轮电动机功率要比一般电动机功率大一倍左右；(2) 砂轮径向和轴向跳动要小，轴承负荷能力要高，高速旋转的部件要经过仔细平衡， 砂轮的防护罩必须坚固可靠；(3) 机床动、静刚度要好。二、超精密磨削与镜面磨削磨削后，表面粗糙度值Ra在0. 010. 04p m之间的磨削方法称为超精密磨削；R a小于0. 01p m的磨削方法称为镜面磨削。我国在20世纪60年代就研究成功了超精密磨 削与镜面磨削，并制造出相应的高精度磨床。超精密磨削与镜面磨削，是利用经过精细修整的表面带有大量等高微刃的砂轮进行 磨削。大量等高微刃切下极细的切屑，同时借助于半钝的微刃

14、对工件表面进行抛光，使工件 表面更加光整。超精密磨削与镜面磨削对磨床与砂轮主要有如下要求：(1) 磨床主轴的回转精度要高，轴线漂移量应在1之内；(2) 磨床刚性要好，各部件经过静、动平衡，工作台低速进给平稳而无爬行，并与振源 隔绝；(3) 砂轮以棕刚玉、白刚玉或微晶刚玉为原料，粒度号为 6080，并用金刚石笔精细修 整。三、强力磨削强力磨削是 20 世纪 70 年代发展起来的一种高效磨削。这种磨削方法是采用非常大 的磨削深度(一 225mm),而磨床工作台进给速度却非常小(一 5200mm / min)，砂轮在一 次进给中几乎将全部磨削余量切除，故金属切除率大，实现了以磨代铣、粗精结合的综合加 工。近年来，强力磨削又出现了大切深、快进给的方式，要求砂轮的线速度达到 120m/ s， 工件的进给速度达到2500mm / min，如成形磨削麻花钻的螺旋沟槽，一次进给就可磨出。强力磨削对磨床等主要有如下要求：(1) 机床电机功率大，一般在20kW以上，主轴采用滚动轴承；(2) 机床刚性好；(3) 切削液压力要高达0. 81. 2MPa,流量达80200L/min。