精密特种加工第3讲超精密磨削加工

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1、精密加工与特种加工,Precision and ultraprecision machining,第三讲 （超）精密磨料加工,（超）精密加工与特种加工,http:/ http:/ http:/ 无心镜面磨,3-1 何谓固结磨料加工?何谓游离磨料加工?它们各有何特点?适用于什么场合? 3-2试述超硬磨料磨具(金刚石砂轮、立方氮化硼砂轮)的特点。超硬磨料磨具为什么会成为精密加工和超精密加工的主要工具之一? 3-3 在表示普通磨料磨具和超硬磨料磨具的技术性能时，有哪些技术性能的表示方法相同?有哪些技术性能的表示方法不同? 3-4 为什么在超硬磨料磨具的结构中一般由磨料层、过渡层和基体三个部分组成?过

2、渡层起什么作用?普通磨料磨具的结构为什么与超硬磨料磨具的结构不同? 3-5 涂覆磨具在制造技术上的质量关键是哪些?,（超）精密磨料磨削,2018/10/5,3-6 试述近年来涂覆磨具在精密和超精密加工中所占的地位。 3-7 试述涂覆磨具制造中三种涂覆方法的特点和应用场合。 3-8 试从系统工程的角度分析精密磨削的技术关键。 3-9 试分析砂轮修整对精密磨削质量的影响。 3-10 精密磨削能获得高精度和小表面粗糙度表面的主要原因何在? 3-11 试分析超硬磨料砂轮的各种修整方法的机理特点和应用范围。 3-12 试分析普通磨料砂轮和超硬磨料砂轮在修整机理上的不同。 3-13 在超硬磨料砂轮磨削时如

3、何选用磨削液? 3-14 超精密磨削的含义是什么?镜面磨削的含义是什么?,2018/10/5,3-15 试从系统工程的角度来分析超精密磨削能达到高质量的原因。 3-16 试分析超硬微粉砂轮超精密磨削的特点。 3-17 试比较精密砂轮磨削和精密砂带磨削的机理特点和应用范围。 3-18 比较闭式砂带磨削和开式砂带磨削的特点和应用场合。 3-19 论述接触轮外缘截面形状及其结构对砂带磨削的影响。 3-20 分析接触轮外缘材料的种类及其硬度对砂带磨削的影响。 3-2l 如何处理砂带磨削时的冷润与除尘问题?,2018/10/5,精密和超精密磨削概述 精密磨削 超硬磨料砂轮磨削 超精密磨削 精密和超精密砂

4、带磨削,精密磨削和超精密磨削,2018/10/5,精密和超精密磨削概述,金刚石刀具主要是对铝、铜及其合金等材料进行超精密切削，而对于黑色金属、硬脆材料的精密与超精密加工，则主要是应用精密和超精密磨料加工。所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。,2018/10/5,精密和超精密磨削概述,一、精密和超精密磨料加工分类,将磨料或微粉与结合剂粘合 在一起，形成一定的形状并 具有一定强度，再采用烧结、 粘接、涂敷等方法形成 砂轮、砂条、油石、砂 带等磨具。,精密砂轮磨削：砂轮的粒度6080，加工精度1m，Ra0.025m；

5、超精密砂轮磨削：砂轮的粒度W40W50，加工精度0.1m， Ra0.0250.008m。,精密砂带磨削：砂带粒度W63W28，加工精度1m，Ra0.025; 超精密砂带磨削：砂带粒度W28W3，加工精度0.1m，Ra0.0250.008m。,一、精密和超精密磨料加工分类,2018/10/5,精密和超精密磨削概述,磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。 传统方法：研磨和抛光 新方法：磁性研磨、弹性发射 加工、液体动力抛光、液中研 抛、磁流体抛光、挤压研抛、 喷射加工等。,一、精密和超精密磨料加工分类,2018/10/5,精密和超精密磨削概述,2、精密和超精密砂轮磨料磨具,2、精密和超精密砂

6、轮磨料磨具,多选用180240普通 磨料、170/200325/400 超硬磨料的磨粒和各种 粒度的微粉。,将磨料粘合在一起，形成一定的形状，并有一定的强度。 树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂,普通磨具中磨料的含量用组织表示，超硬磨具中磨料的含量用浓度表示。成形磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削选用高质量浓度；半精磨、精磨选用细粒度、中质量浓度；高精度、低表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削选用细粒度、低质量浓度。,2、精密和超精密砂轮磨料磨具,普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。 超硬磨具无硬度项指标。,高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。,根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。

7、基体材料与结合剂有关，金属结合剂磨具多采用铁或铜合金；树脂结合剂磨具采用铝及合金或电木；陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。,2018/10/5,3、精密和超精密涂覆磨具,2018/10/5,棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆 刚玉黑色碳化硅、绿色碳化硅、 氧化铁、人造金刚石等。 涂覆磨料的粒度无论磨粒还是 微粉，都用P字粒度号表示。,又称为胶，作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。 动物胶：皮胶、明胶、骨胶等。用于轻切削的干磨和油磨。 树脂：醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂等。用于难磨材料或复杂形面的磨削或抛光。 高分子化合物：聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。,精密和超精密磨削概述,三、精密和超精密涂覆磨具,20

8、18/10/5,重力落砂法,涂覆法,静电植砂法,三、精密和超精密涂覆磨具,2018/10/5,精密磨削,一、精密磨削机理,微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用,2018/10/5,精密磨削,二、精密磨削砂轮选择,精密磨削使所用砂轮的选择以易产生和保持微刃及其等高性为原则。 磨削钢件及铸铁件时，采用刚玉磨料较好，单晶刚玉最好，白刚玉、铬刚玉应用最普遍。 砂轮的粒度可选择粗粒度和细粒度两类。 结合剂选择树脂较好，加入石墨填料加强摩擦抛光作用。,2018/10/5,精密磨削,三、精密磨削时砂轮的修整,砂轮修整是精密磨削的关键，有单粒金刚石修整、 金刚石粉末烧结型修整器修整

9、和金刚石超声波修 整等。 砂轮的修整用量有修整导程、修整深度、修整次 数和光修次数。修整导程（纵向进给量）为10 15mm/min，修整深度为2.5m/单行程，精修次 数23次，光修次数1次单行程。,2018/10/5,精密磨削,四、精密磨床,精密磨削要在精密磨床上进行。精密磨床应满足的要求： 1、高几何精度：主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度，以保证工件的几何形状精度要求，主轴轴承一般采用动压和动静压组合轴承。 2、低速进给运动的稳定性：要求无爬行和冲击现象，能平稳工作。特殊设计液压系统，采取排除空气、低流量节流阀、工作台导轨压力润滑。 3、减少振动 1）电动机的转子应进行动平衡，电动机与砂

10、轮架之间进行隔振； 2）砂轮要进行动平衡； 3）精密磨床最好安装在防振地基上。,精密磨削,五、磨削用量,一般在1530m/s,一般在612m/min,一般为50100mm/min或0.060.5mm/r,一般取0.62.5m/单行程,一般约23次（单行程）,粗粒度砂轮精细修整后，光磨次数采用58次 细粒度砂轮精细修整后，光磨次数采用1025次。,2018/10/5,超硬磨料砂轮磨削,一、超硬磨料砂轮磨削特点,1）可加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体、石材等。立方氮化硼砂轮磨削时，热稳定性好，化学惰性强，不易与铁素元素产生亲和作用和化学反应，加工黑色金属时

11、，有较高的耐磨性。 2）磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。 3）磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。 4）磨削效率高。 5）综合成本低。,2018/10/5,对砂轮进行微量切削，使砂 轮达到所要求的几何形状精 度，并使磨料尖端细微破碎， 形成锋利的磨削刃。,去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有一定的容屑空间，并使磨刃突出于结合剂之外，形成切削刃。,超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,2018/10/5,二、超硬磨料砂轮修整,用单点、聚晶金刚石笔，修整片等车削金刚石砂轮达到修整目的。,用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整，普通磨料

12、磨粒被破碎，切削超硬磨料砂轮上的树脂、陶瓷、金属结合剂，致使超硬磨粒就会脱落。目前最为广泛采用的修整法。,二、超硬磨料砂轮修整,用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮，与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚，使结合剂破裂形成容屑空间，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、刚玉等游离磨料，依靠游离磨料挤轧作用进行修锐。,2018/10/5,二、超硬磨料砂轮修整,碳化硅和刚玉,2018/10/5,二、超硬磨料砂轮修整,利用电化学腐蚀作用 蚀除金属结合剂，多 用于金属结合剂砂轮 的修锐，非金属结合 剂砂轮无效。,2018/10/5,二、超硬磨料砂轮修整,电火花放电加工，适用于各种金属结合剂砂

13、轮。若在结合剂中加入石墨粉，可用于树脂、陶瓷结合剂砂轮。既可整形，又可修锐。,2018/10/5,二、超硬磨料砂轮修整,用受激振动的 簧片或超声波 振动头驱动的 幅板作为修整 器，并在砂轮 和修整器间放 入游离磨料撞 击砂轮的结合 剂，使超硬磨 粒突出结合剂。,2018/10/5,三、超硬磨料砂轮磨床,超精密磨削对磨床的要求： 1）要求磨床的精度较高，砂轮主轴回转精度其径向跳动应0.01mm，端面圆跳动0.005mm。 2）比普通磨床刚度提高50左右。 3）进给系统精度高、进给速度均匀准确，纵向进给速度最小可达0.3m/min，横向进给最小可达0.0010.002mm/单行程。 4）各运动件和

14、主轴回转部分、进给运动导轨部分有可靠的密封。 5）有比较完善的磨削液处理系统。 6）采取相应的防振、隔振措施。,2018/10/5,超硬磨料砂轮磨削,四、超硬磨料砂轮磨削工艺,人造金刚石砂轮的磨削速度为1230m/s，立方氮化硼砂轮的磨削速度为4560m/s.,一般为1020m/min,一般在0.451.5m/min,磨削深度为0.0020.01mm,2018/10/5,超硬磨料砂轮磨削,四、超硬磨料砂轮磨削工艺,降低磨削温度，减少磨削力，改善磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。 润滑、冷却、清洗性能，尚有渗透性、防锈性、防腐性、防火性、切削性和极压性等,油性液：成分是矿物油，如机油、轻质柴

15、油、煤油，加入脂肪油和添加剂。 水溶性液：成分是水，如乳化液、无机盐水溶液和化学合成液等。 金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性液，立方氮化硼砂轮磨削时用油性液。,2018/10/5,超硬磨料砂轮磨削,五、超硬磨料砂轮的平衡,力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。 （1）机外静平衡架上平衡 （2）机上动态平衡 （3）机外动态平衡,力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡。 一般在动平衡机上进行。,2018/10/5,超精密磨削,一、超精密磨削和镜面磨削,超精密磨削的加工精度达到或高于0.1m，表面粗糙度低于0.025m，是一种亚微米级的加工方法；对于钢、铁材料和陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种重要的加工方法。镜面磨削加工表面粗糙度达到0.020.01m。,超精密磨削的特点： 1）超精密磨削是一种超微量去除加工 2）超精密磨削是一个高精度、高稳定 性的系统工程 3）超精密磨床是超精密磨削的关键,2018/10/5,超精密磨削,二、超精密磨削机理,单颗粒磨削 1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合 剂）的和大负前角切削刃的弹性体。 2）磨粒切削刃的切入深度是从零开 始逐渐增加，到达最大值再逐渐减 少，最后到零。 3）磨粒磨削时在工件的接触过程中， 开始是弹性区，继而塑性区、切削区、 塑性区，最后是弹性区。 4）超精密磨削时有微切削作用、塑性 流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦 作用。,