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1、第十二单元 磨削新工艺,课题一 超精密磨削 课题二 高速磨削 课题三 恒压力磨削 课题四 砂带磨削 课题五 特种材料的磨削,课题一 超精密磨削,一、简述,工件表面粗糙度低于Ra0.2m的磨削工艺称为低粗糙度磨削。低粗糙度磨削包括精密磨削、超精密磨削和镜面磨削三大类。,二、超精密磨削工艺,1超精密磨削的原理 磨粒的形状及其在砂轮中的位置都是很不规则的，因而在磨削过程中各个磨粒的切削情况不完全相同，比较尖锐的磨粒能切下一定厚度的金属；其他的磨粒则对工件表面有挤压、刻划作用。通常，磨削表面的形成是一个非常复杂的过程。经磨削表面的微观形状如图12-1a所示。因此，低粗糙度磨削必须具备下列四个条件： （
2、1）微刃的切削刻划作用。设法将砂轮经过精细的修整，形成许多极细微的锯齿形的微刃（见图12-1b），砂轮圆周数十万微刃对工件表面进行极细微的切削作用，磨去极薄的金属层，达到高精度加工要求。,二、超精密磨削工艺,（2）微刃的强烈摩擦抛光作用。微刃对工件主要的功能是摩擦抛光，即将工件表面的微观不平度误差缩减至最小值，以获得镜面。 （3）微刃的良好等高性。低粗糙度磨削不但要有许多微刃，而且还要保证微刃在砂轮表面上的分布呈等高性。所谓良好等高性是指其微刃顶端处于同一圆周面上的偏差程度。微刃的良好等高性可由精细修整砂轮获得。微刃的良好等高性是低粗糙度磨削的最重要条件。,二、超精密磨削工艺,（4）较低的磨削
3、应力。微刃以极小的压力和热冲击作用而使磨削表面的塑性变形为最小值。但由于微刃的强烈摩擦作用，磨削区域的瞬时温度和伴随摩擦而产生的自激振动有可能使工件表面产生烧伤和波纹度误差。在低粗糙度磨削时须特别加以注意。,二、超精密磨削工艺,图12-1 磨削表面的微观形状及微刃 ） 磨削表面的微观形状 ） 砂轮的微刃,二、超精密磨削工艺,2超精密磨削的磨削用量 （1） 砂轮圆周速度 砂轮圆周速度的提高对减小工件表面粗糙度是有利的。但由图12-2可见，当砂轮圆周速度提高到一定范围时， 它对表面粗糙度已无显著影响。,二、超精密磨削工艺,（2）工件圆周速度 工件圆周速度在一定范围内对工件表面粗糙度无显著影响。当工
4、件圆周速度过低时，则因散热慢易烧伤工件表面和产生螺旋进给痕迹；当工件圆周速度过高时，则易产生振动，并加深工件表面波纹度的深度（见图12-3）。每种工件均有其固有的振动频率，因此也有其敏感的转速，磨削时要注意避免工件的敏感速度，以防止产生波纹度误差。,二、超精密磨削工艺,图12-2 砂轮圆周速度对表面粗糙度的影响,二、超精密磨削工艺,图12-3 工件圆周速度对波纹度的影响,二、超精密磨削工艺,（3）工件纵向进给量 工件纵向进给量直接影响工件表面粗糙度。当增大纵向进给量时，磨削力和磨削热随之增大，工件表面易产生螺旋进给痕迹。通常取80200mm/min。低粗糙度磨削时，要适当增加光磨次数。图12-
5、4所示的曲线表示了低粗糙度磨削的过程。当砂轮切入工件后，工件与砂轮间产生适当的压力，但由于工艺系统的弹性变形，实际的背吃刀量小于名义背吃刀量，其与光磨次数的关系如图12-4中AB曲线所示。,二、超精密磨削工艺,图12-4 光磨次数,二、超精密磨削工艺,3配置切削液过滤装置 常见的切削液过滤装置有以下几种： （1）纸质过滤器 （2）离心过滤器 （3）磁性过滤器 （4）涡旋分离器 4超精磨削实例,二、超精密磨削工艺,二、超精密磨削工艺,图12-6 精密主轴,二、超精密磨削工艺,返回,课题二 高速磨削,一、简述,磨削加工的高速化，也是磨削工艺发展的方向之一。普通磨削砂轮的圆周速度在35m/s以下。砂
6、轮圆周速度vs45m/s的磨削称为高速磨削。,二、高速磨削工艺,1高速磨削的原理 在磨削过程中，砂轮圆周表面上的每颗磨粒相当于铣刀的刀齿不断从工件表面切除金属，每颗磨粒切下极小的磨屑。提高砂轮圆周速度vs，可以减小磨屑厚度a。这是由于砂轮圆周速度提高后，砂轮表面在单位时间内参加磨削的磨粒数增多，每颗磨粒的磨削减薄，即磨屑厚度a减薄。磨削厚度的减小，可减小磨削力，有利于提高工件的表面质量，延长砂轮寿命。高速磨削时可加大背吃刀量，提高劳动生产率。,二、高速磨削工艺,2高速磨削的特点 高速磨削有下列特点： （1）提高磨削劳动生产率30100。 （2）增加砂轮寿命约4倍。 （3）提高加工精度和减小表面
7、粗糙度值。 （4）须增大机床电动机功率，并对磨床刚度、砂轮强度、冷却装置以及安全防护方面有特殊要求。,二、高速磨削工艺,3高速磨床简介 高速磨床有许多结构特点以满足高速磨削的要求。其结构特点有下列五个方面： （1）随着砂轮圆周速度的提高和磨削用量的增加， 砂轮主轴电动机功率要加大75%100%。高速磨削电动机功率可按下式估算：,二、高速磨削工艺,（2）要保证砂轮主轴在高速旋转时正常工作。图12-7所示为MS1332A高速外圆磨床砂轮架主轴结构。,二、高速磨削工艺,图12-7 MS1332A高速外圆磨 床砂轮架主轴结构,二、高速磨削工艺,（3）增加切削液的供应。高速磨削时，在磨削区域瞬间温度高达
8、1000左右，此外在砂轮圆周表面产生强大的气流， 使切削液不易顺利地注入磨削区域。因此，必须增加切削液的流量，且改进切削液喷嘴的形状。如一般外圆磨床是采用流量为25L/min、扬程为3m的冷却泵，高速磨削则改用流量为45L/min 、扬程为5.5m的三相电冷却泵。,二、高速磨削工艺,（4）机床应具有较高的刚度和抗振性，并要求砂轮要严格的平衡。半自动高速外圆磨床，则可采用自动平衡装置，以防止砂轮微小的不平衡所引起的振动。 （5）加固砂轮防护罩。砂轮速度提高后，其动能也随之增加。60m/s高速磨削砂轮的动能是普通磨削的3倍。因此，加固砂轮防护罩，以防止砂轮意外碎裂时对人身的伤害。,二、高速磨削工艺
9、,4高速磨削砂轮的选择 高速磨削所用砂轮与一般砂轮不同，它必须有足够的强度，其安全线速度要达到45m/s。高速砂轮要保证在离心力作用下砂轮不破裂。高速砂轮由砂轮厂专门制造，在陶瓷结合剂中加入特殊的化学元素如硼、锂、钡、钙等，使结合剂的强度提高。选择时应看清牌号上砂轮线速度值。,返回,课题三 恒压力磨削,一、简述,恒压力磨削又称控制力磨削，是切入磨削法的特殊形式，常用在高速磨削中。磨削时砂轮以一定的背向力压向工件，自动完成粗磨、精磨及无火花磨削循环。机床采用电液控制，常用在轴承制造中。,二、恒压力磨削工艺,1恒压力磨削的原理 恒压力磨削的原理如图12-10所示，砂轮架由快进液压缸活塞推进与工件接
10、触，保持恒定的压力，磨削的控制力由下式计算：,二、恒压力磨削工艺,图12-10 恒压力磨削的原理 1-活塞 2-支架 3-工件 4-砂轮 5-砂轮架 6- 定位挡块 7-减压阀 8-丝杠,二、恒压力磨削工艺,2恒压力磨削的特点 由于砂轮横向进给力能作为主要参数加以控制，因而可以预选最佳磨削压力，以获得最佳效果，压力可通过试验确定。,返回,课题四 砂带磨削,一、简述,用高速运动的砂带作为磨削工具，磨削各种表面的方法称为砂带磨削。砂带上仅有一层经过精选的粒度均匀的磨粒，通过静电植砂，使其锋刃向上，切削刃具有良好的等高性，可获得较好的表面质量。砂带磨削是先进的磨削方法之一。砂带磨削广泛地用于外圆、平
11、面或成形表面的磨削加工中（见图12-11）。,一、简述,图12-11 砂带磨削的形式 ） 磨外圆 ） 磨平面 ） 无心磨 ） 自由磨削 ） 砂带成形磨削1-工件 2-砂带 3-张紧轮 4-接触轮 5-承载轮 6-导轮 7-成形导向板,二、砂带磨削工艺,1砂带磨削方法 砂带磨削方法有砂带自由张紧法和接触轮法两种。自由张紧法如图12-12a所示，砂带由驱动轮传动，工件压向砂带使砂带自由张紧进行磨削。接触轮法是砂带安装在弹性接触辊上，借此增加砂带与被加工表面间的接触面积进行磨削， 如图12-12b所示。,二、砂带磨削工艺,图12-12 砂带磨削方法 1-驱动轮 2-张紧轮 3-工件 4-砂带 5-接
12、触辊,二、砂带磨削工艺,2砂带磨削的特点 砂带磨削与普通磨削相比较有以下特点： （1）砂带和加工表面间的接触面积较大，散热性好，磨削产生的热量较低，不易烧伤工件表面，能保持工件表面层的微观硬度。 （2）砂带的尺寸较大，有极高的金属切除率，适用于大面积高效率磨削，效率可提高520倍。 （3）砂带的磨削速度固定不变。,二、砂带磨削工艺,（4）砂带具有相当的柔性，可反贴于工件曲面进行磨削，并可磨削各种复杂的形面，但不易修整工件原有的位置误差。 （5）砂带的胶质层对金属的摩擦因数比砂轮的陶瓷结合剂小，从而降低了磨削区域的发热量。砂带磨削的磨削力较小。,二、砂带磨削工艺,（6）机床有较高的抗振性。 （7
13、）机床结构较简单，操作调整方便，更换接触辊即可改变砂带的磨削特性。砂带磨床主要由接触辊，砂带的张紧、导向和定心装置，传动装置等组成。砂带机床功率利用率高达96%。 （8）磨削表面有均匀的表面粗糙度值。,二、砂带磨削工艺,3砂带的结构及其选择 砂带是用黏结剂将磨料涂层固定在专门制造的织物或纸质基带上。 4砂带磨削的主要指标及缺陷 用砂带磨削时，其加工表面质量高于一般磨削的表面质量， 并能保持工件表层的微观硬度。采用细粒度砂带和较高的线速度，可获得较低的表面粗糙度值。 砂带磨削的主要指标包括以下几项： （1）砂轮的金属切除量为200600mm/min。 （2）工件表面粗糙度为Ra0.370.12m
14、 。 （3）加工平面的尺寸精度为25m，平行度公差为25m 。砂带磨削的缺陷和消除方法见表12-2。,二、砂带磨削工艺,返回,课题五 特种材料的磨削,一、硬质合金的磨削,硬质合金常用于制造刀具、模具，为高硬度的难磨材料，其热导率较低，通常用碳化硅磨料砂轮磨削， 产生的磨削热不易散发，且磨削力大，砂轮磨耗快， 工件易产生磨削裂纹。目前已广泛采用金刚石砂轮磨削，有较高的磨削质量和效率。,一、硬质合金的磨削,1金刚石砂轮的结构 金刚石砂轮由工作层1、过渡层2和基体3组成。工作层由磨料、结合剂和填料组成，起磨削作用；过渡层由结合剂、金属粉和填料组成，作用是使工作层牢固黏结在基体上；基体一般由铝或钢按磨
15、削形式制成不同形状。 2金刚石砂轮的选择 金刚石砂轮一般用金刚石和人造金刚石制造。人造金刚石是以石墨为原料，在触媒剂作用下，利用超高压、超高温合成的超硬材料，目前品种还比较单一。,一、硬质合金的磨削,3金刚石砂轮的合理使用 （1）选择合理的磨削用量。工件圆周速度一般为15m/min。砂轮圆周速度按磨削条件选择见表12-5。背吃刀量一般为0.010.02mm，小于普通磨削。采用过大的背吃刀量会使工作层损耗加快。砂轮常用的背吃刀量见表12-6。,一、硬质合金的磨削,一、硬质合金的磨削,（2）砂轮应配置法兰盘，安装时用百分表找正砂轮径向圆跳动误差在0.01mm以内。尺寸较大的砂轮需静平衡。 （3）砂
16、轮工作面失去几何精度时，可将砂轮安装在两顶尖间用碳化硅砂轮磨削修整。工作面堵塞可用油石修整。 （4）采用煤油作为切削液，可延长金刚石砂轮的使用寿命， 减低工件的表面粗糙度。 （5）机床要有较高的刚性，主轴的旋转精度要高。,二、不锈钢的磨削,不锈钢属于合金钢，主要含有Cr、Ni、Ti等化学成分，如1Cr13、1Cr18Ni9Ti、Cr25Ni20Si2等。不同化学成分的不锈钢其硬度、韧性、热导率及加工硬化性等均有很大的差别。一般不锈钢的强度、硬度低于普通钢， 塑性、韧性较好，其热导率较小，仅为普通钢的1/41/2，且线膨胀系数大。,二、不锈钢的磨削,1砂轮的选择 磨削一般不锈钢大多采用白刚玉或单晶刚玉（磨孔用微晶刚玉）磨料、V结合剂、JN硬度的松组织砂轮，选用硬度较软、组织较松的锆刚玉砂轮和立方氮化硼（CBN）砂轮更好。 2磨削用量的选择 磨削总余量一般为0.150.30mm，其中精磨余量一般为0.05mm。磨削用量的选择可以根据磨削形式选择，如表12-7所示。,二、不锈钢的磨削,二
