(金属切削原理与刀具)第五章-磨削

《(金属切削原理与刀具)第五章-磨削》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(金属切削原理与刀具)第五章-磨削（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、.1 砂砂 轮轮5.1.1 5.1.1 磨料磨料磨料磨料天然磨料：天然磨料：天然磨料：天然磨料：一般含杂质多，质地不匀；天一般含杂质多，质地不匀；天然金刚石虽好，但价格昂贵。然金刚石虽好，但价格昂贵。2.2.人造磨料：人造磨料：人造磨料：人造磨料：目前主要采用人目前主要采用人造磨料。造磨料。氧化物系氧化物系:主要成分为主要成分为Al2O3碳化物系碳化物系:以碳化硅、碳化硼为基以碳化硅、碳化硼为基体，体，添加的金属元素添加的金属元素 超硬磨料系超硬磨料系:主要有人造金主要有人造金刚石和立方氮化硼。刚石和立方氮化硼。系系系系别别别别名称名称名称名称代号代号代号代号颜颜颜颜 色色色色性性性性 能能能

2、能适适适适 用用用用 范范范范 围围围围氧氧氧氧化化化化物物物物棕刚玉棕刚玉棕刚玉棕刚玉白刚玉白刚玉白刚玉白刚玉铬刚玉铬刚玉铬刚玉铬刚玉A AWAWAPAPA棕褐色棕褐色棕褐色棕褐色白色白色白色白色玫瑰红色玫瑰红色玫瑰红色玫瑰红色硬硬硬硬度度度度较较较较低低低低, ,韧韧韧韧性性性性较好较好较好较好较较较较A A硬硬硬硬度度度度高高高高, ,磨磨磨磨粒锋利粒锋利粒锋利粒锋利, ,韧性差韧性差韧性差韧性差韧性比韧性比韧性比韧性比WAWA好好好好磨磨磨磨削削削削碳碳碳碳素素素素钢钢钢钢, ,合合合合金金金金刚刚刚刚, ,可锻铸铁与青铜可锻铸铁与青铜可锻铸铁与青铜可锻铸铁与青铜磨磨磨磨削削削削淬淬淬

3、淬硬硬硬硬的的的的高高高高碳碳碳碳钢钢钢钢, ,合合合合金金金金钢钢钢钢, ,高高高高速速速速钢钢钢钢, ,磨磨磨磨削削削削薄薄薄薄壁零件壁零件壁零件壁零件, ,成形零件成形零件成形零件成形零件碳碳碳碳化化化化物物物物黑碳化黑碳化黑碳化黑碳化硅硅硅硅绿碳化绿碳化绿碳化绿碳化硅硅硅硅碳化硼碳化硼碳化硼碳化硼C CGCGCBCBC黑色带光泽黑色带光泽黑色带光泽黑色带光泽绿色带光泽绿色带光泽绿色带光泽绿色带光泽比比比比刚刚刚刚玉玉玉玉类类类类硬硬硬硬度度度度高高高高, ,导导导导热热热热性性性性好好好好, ,但但但但韧性差韧性差韧性差韧性差较较较较C C硬硬硬硬度度度度高高高高, , 导导导导热热热

4、热性性性性好好好好, ,韧韧韧韧性性性性较较较较差差差差磨磨磨磨削削削削铸铸铸铸铁铁铁铁, ,黄黄黄黄铜铜铜铜, ,耐耐耐耐火火火火材材材材料料料料及及及及其其其其它它它它非非非非金金金金属属属属材材材材料料料料磨磨磨磨削削削削硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金, ,宝宝宝宝石石石石, ,光学玻璃光学玻璃光学玻璃光学玻璃研磨硬质合金研磨硬质合金研磨硬质合金研磨硬质合金超超超超硬硬硬硬磨磨磨磨料料料料人造金人造金人造金人造金刚石刚石刚石刚石立方氮立方氮立方氮立方氮化硅化硅化硅化硅D DCBNCBN白白白白, ,淡绿淡绿淡绿淡绿, ,黑黑黑黑色色色色棕黑色棕黑色棕黑色棕黑色硬硬硬硬度度度度最最最最高

5、高高高, ,耐耐耐耐热热热热性较性较性较性较硬硬硬硬度度度度仅仅仅仅次次次次于于于于D D韧性较韧性较韧性较韧性较D D好好好好研研研研磨磨磨磨硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金, , 光光光光学学学学玻玻玻玻璃璃璃璃, ,宝宝宝宝石石石石, ,陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷等等等等高高高高硬度材料硬度材料硬度材料硬度材料磨磨磨磨削削削削高高高高性性性性能能能能高高高高速速速速钢钢钢钢, ,不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢, ,耐耐耐耐热热热热钢钢钢钢及及及及其其其其它它它它难难难难加工材料加工材料加工材料加工材料表表5-1砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择11磨料磨料5.1.2 粒度粒度 表示磨料颗粒的大小表示磨

6、料颗粒的大小1一般磨粒一般磨粒2微细磨粒微细磨粒粒度号粒度号-磨粒刚好可通过的筛网磨粒刚好可通过的筛网每英寸长度上（每英寸长度上（25.4mm）上的孔）上的孔眼数。单位称为眼数。单位称为“目目”。粒度号越大，磨粒的实际尺寸越小粒度号越大，磨粒的实际尺寸越小 粒度号粒度号-在显微镜下测得的该颗在显微镜下测得的该颗粒最大尺寸的微米数。粒最大尺寸的微米数。粒度号越大，微粉颗粒尺寸越大。粒度号越大，微粉颗粒尺寸越大。 类类别别粒度号粒度号粒度号粒度号适适适适 用用用用 范范范范 围围磨磨磨磨粒粒粒粒8 8# # 10 10# # 12 12# # 14 14# # 16 16# # 20 20# #

7、22 22# # 2424# #3030# # 36 36# # 40 40# # 46 46# # 5454# # 60 60# # 70 70# # 80 80# # 90 90# # 100 100# # 120120# # 150 150# # 180 180# # 220 220# # 240 240# # 荒磨荒磨荒磨荒磨一般磨削一般磨削一般磨削一般磨削, ,加工表面粗糙度可达加工表面粗糙度可达加工表面粗糙度可达加工表面粗糙度可达Ra0.8mRa0.8m半精磨半精磨半精磨半精磨, ,精磨和成型磨削精磨和成型磨削精磨和成型磨削精磨和成型磨削, ,加工表面粗糙度可加工表面粗糙度可加工表

8、面粗糙度可加工表面粗糙度可达达达达Ra0.80.16mRa0.80.16m精磨精磨精磨精磨, , 精密磨精密磨精密磨精密磨, , 超精磨超精磨超精磨超精磨, ,成型磨成型磨成型磨成型磨, ,刀具刃磨刀具刃磨刀具刃磨刀具刃磨, ,珩珩珩珩磨磨磨磨微微微微粉粉粉粉WW6363 W W50 50 W W4040 W W2828WW2020 W W1414 W W1010 W W7 7 W W5 5 WW3.5 3.5 W W2.52.5 W W1.51.5 W W1.01.0 W W0.50.5精磨精磨精磨精磨, , 精密磨精密磨精密磨精密磨, , 超精磨超精磨超精磨超精磨, ,珩磨珩磨珩磨珩磨,

9、,螺螺螺螺纹纹磨磨磨磨超精密磨超精密磨超精密磨超精密磨, ,镜镜面磨面磨面磨面磨, ,精研精研精研精研, ,加工表面粗糙度可加工表面粗糙度可加工表面粗糙度可加工表面粗糙度可达达达达Ra0.050.012mRa0.050.012m表表5-1 砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择22粒度粒度5.1.3 结合剂结合剂把磨粒固结成磨具的材料把磨粒固结成磨具的材料瓷（瓷（瓷（瓷（A A）2.2.树脂（树脂（树脂（树脂（S S）4.4.青铜（青铜（青铜（青铜（QQ）3.3.橡胶（橡胶（橡胶（橡胶（X X）耐热、耐蚀、耐潮、气孔率大、保持廓形好，最耐热、耐蚀、耐潮、气孔率大、保持廓形好，最常用常用 。但其性

10、脆，韧性及弹性较差，不能承受。但其性脆，韧性及弹性较差，不能承受侧面弯扭力，有宜用于切断砂轮。侧面弯扭力，有宜用于切断砂轮。 强度高、弹性好，很适用于切断、开槽等高速磨强度高、弹性好，很适用于切断、开槽等高速磨削。但其耐热性、耐蚀性差、气孔率小，易糊塞、削。但其耐热性、耐蚀性差、气孔率小，易糊塞、磨损快、易失去廓形。磨损快、易失去廓形。 比树脂有更好的弹性和硬度，可制造比树脂有更好的弹性和硬度，可制造0.1mm的的薄砂轮，使用于切断、开槽、无心磨的导轮。薄砂轮，使用于切断、开槽、无心磨的导轮。 抗张力强度高，型面保持性好，有一定韧性，但抗张力强度高，型面保持性好，有一定韧性，但自锐性差，主要用

11、于制造金刚石砂轮，粗、精磨自锐性差，主要用于制造金刚石砂轮，粗、精磨硬质合金，以及磨削与切断光学玻璃、宝石、陶硬质合金，以及磨削与切断光学玻璃、宝石、陶瓷、半导体等材料。瓷、半导体等材料。 表表5-1 砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择33结合剂结合剂名称名称名称名称代号代号代号代号特特特特 性性性性适适适适 用用用用 范范范范 围围陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷V V耐耐耐耐热热, ,耐油和耐酸耐油和耐酸耐油和耐酸耐油和耐酸, ,碱的侵碱的侵碱的侵碱的侵蚀蚀, ,强强强强度度度度较较高高高高, ,较较脆脆脆脆除薄片砂除薄片砂除薄片砂除薄片砂轮轮外外外外, ,能制成各种砂能制成各种砂能制成各种砂能制成各种

12、砂轮轮树树脂脂脂脂B B强强强强度高度高度高度高, ,富有富有富有富有弹弹性性性性, ,具有一定抛具有一定抛具有一定抛具有一定抛光作用光作用光作用光作用, ,耐耐耐耐热热性差性差性差性差, ,不耐酸碱不耐酸碱不耐酸碱不耐酸碱荒磨砂荒磨砂荒磨砂荒磨砂轮轮, ,磨窄槽磨窄槽磨窄槽磨窄槽, ,切断用砂切断用砂切断用砂切断用砂轮轮, ,高高高高速砂速砂速砂速砂轮轮, ,镜镜面磨砂面磨砂面磨砂面磨砂轮轮橡胶橡胶橡胶橡胶R R强强强强度高度高度高度高, ,弹弹性更好性更好性更好性更好, ,抛光作用好抛光作用好抛光作用好抛光作用好, ,耐耐耐耐热热性差性差性差性差, ,不耐油和酸不耐油和酸不耐油和酸不耐油和

13、酸, ,易睹塞易睹塞易睹塞易睹塞磨削磨削磨削磨削轴轴承沟道砂承沟道砂承沟道砂承沟道砂轮轮, ,无心磨无心磨无心磨无心磨导轮导轮, ,切切切切割薄片砂割薄片砂割薄片砂割薄片砂轮轮, ,抛光砂抛光砂抛光砂抛光砂轮轮5.1.4 砂轮的硬度砂轮的硬度磨粒与结合剂的粘固程度磨粒与结合剂的粘固程度在磨削力的作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。在磨削力的作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。 砂轮硬，磨粒较难脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。砂轮硬，磨粒较难脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。 砂轮组织较疏松，工件材料较硬，砂轮与工件磨削接触面较大，砂轮组织较疏松，工件材料较硬，砂轮与工件磨削接触面较大，砂轮气孔率较低

14、时，需选用较软的砂轮。砂轮气孔率较低时，需选用较软的砂轮。半精磨与粗磨相比，树脂与陶瓷相比，选用的砂轮硬度低些。半精磨与粗磨相比，树脂与陶瓷相比，选用的砂轮硬度低些。等等等等级级超超超超软软软软中中中中软软中中中中中硬中硬中硬中硬硬硬硬硬超硬超硬超硬超硬代号代号代号代号D DE EF FGGHHJ JKKL LMMN NP PQQR RS ST TY Y选择选择磨位淬硬磨位淬硬磨位淬硬磨位淬硬钢选钢选用用用用LN,LN,磨淬火合金磨淬火合金磨淬火合金磨淬火合金钢选钢选用用用用HK,HK,高表面高表面高表面高表面质质量磨削量磨削量磨削量磨削时选时选用用用用KL,KL,刃磨硬刃磨硬刃磨硬刃磨硬质质

15、合金刀具合金刀具合金刀具合金刀具选选用用用用HJHJ表表5-1 砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择44硬度硬度5.1.5 砂轮的组织砂轮的组织砂轮结构的紧密或疏松程度砂轮结构的紧密或疏松程度用颗粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系来表示用颗粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系来表示 磨粒在砂轮体积中所占比例越大，砂轮的组织越紧密，磨粒在砂轮体积中所占比例越大，砂轮的组织越紧密，气孔越小；反之，组织疏松气孔越小；反之，组织疏松紧密类砂轮，气孔率小，使砂轮变硬，容屑空间小，容紧密类砂轮，气孔率小，使砂轮变硬，容屑空间小，容易被磨屑堵塞，磨削效率较低。但可承受较大的磨削压易被磨屑堵塞，磨削效率较低。但

16、可承受较大的磨削压力，砂轮廓形可保持较久。力，砂轮廓形可保持较久。紧密类紧密类紧密类紧密类中等中等中等中等疏松类疏松类疏松类疏松类一般组织，一般磨削一般组织，一般磨削 磨粒占的比例越小，气孔越大，砂轮越不易被切屑堵塞，磨粒占的比例越小，气孔越大，砂轮越不易被切屑堵塞，切削液和空气也易进入磨削区，使磨削区温度降低，工切削液和空气也易进入磨削区，使磨削区温度降低，工件因发热而引起的变形和烧伤减小，但疏松类砂轮易失件因发热而引起的变形和烧伤减小，但疏松类砂轮易失去正确廓形，降低成型表面的磨削精度，增大表面粗糙去正确廓形，降低成型表面的磨削精度，增大表面粗糙度。度。 组织组织号号号号0 01 12 2

17、3 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414磨粒率磨粒率磨粒率磨粒率(%)(%)626260605858565654545252505048484646444442424040383836363434分类分类分类分类紧密类紧密类紧密类紧密类中等中等中等中等疏松类疏松类疏松类疏松类用途用途用途用途成型磨削成型磨削成型磨削成型磨削, , 精密精密精密精密磨削磨削磨削磨削磨削淬火磨削淬火磨削淬火磨削淬火钢钢, , 刀具刀具刀具刀具刃磨刃磨刃磨刃磨磨削磨削磨削磨削韧韧性大而硬度不性大而硬度不性大而硬度不性大而硬度不高材料高材料高材料高材料磨削磨削磨削磨削热热敏性大

18、敏性大敏性大敏性大的材料的材料的材料的材料表表5-1 砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择55砂轮的组织砂轮的组织 砂轮的形状、尺寸及用途砂轮的形状、尺寸及用途 为便于对砂轮管理和选用，通常将砂轮的形状、尺寸和为便于对砂轮管理和选用，通常将砂轮的形状、尺寸和特性标注在砂轮端面上特性标注在砂轮端面上外径外径厚度厚度内径内径其顺序为：其顺序为：形状、形状、尺寸尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许的最高工、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许的最高工作圆周线速度作圆周线速度 如：砂轮如：砂轮P3003075WA60L6V35 砂砂砂砂轮轮种种种种类类形状代号形状代号形状代号形状代号断面

19、形状断面形状断面形状断面形状主要用途主要用途主要用途主要用途平形砂平形砂平形砂平形砂轮轮P P磨外磨外磨外磨外圆圆、内、内、内、内圆圆，无心磨，无心磨，无心磨，无心磨，刃磨刀具等刃磨刀具等刃磨刀具等刃磨刀具等双斜双斜双斜双斜边边砂砂砂砂轮轮OSXOSX磨磨磨磨齿轮齿轮及螺及螺及螺及螺纹纹双面凹砂双面凹砂双面凹砂双面凹砂轮轮PSAPSA磨外磨外磨外磨外圆圆，刃磨刀具，无，刃磨刀具，无，刃磨刀具，无，刃磨刀具，无心磨心磨心磨心磨切断砂切断砂切断砂切断砂轮轮( (薄片砂薄片砂薄片砂薄片砂轮轮) )PBPB切断及切槽切断及切槽切断及切槽切断及切槽筒形砂筒形砂筒形砂筒形砂轮轮N N端磨平面端磨平面端磨平

20、面端磨平面杯形砂杯形砂杯形砂杯形砂轮轮B B磨平面、内磨平面、内磨平面、内磨平面、内圆圆，刃磨刀，刃磨刀，刃磨刀，刃磨刀具具具具碗形砂碗形砂碗形砂碗形砂轮轮BWBW刃磨刀具，磨刃磨刀具，磨刃磨刀具，磨刃磨刀具，磨导轨导轨碟形砂碟形砂碟形砂碟形砂轮轮D D磨磨磨磨齿轮齿轮，刃磨，刃磨，刃磨，刃磨铣铣刀、拉刀、拉刀、拉刀、拉刀、刀、刀、刀、铰铰刀刀刀刀表表5-2 常用砂轮的形状、代号及用途举例常用砂轮的形状、代号及用途举例有效磨粒切削刃有效磨粒切削刃 无效磨粒切削刃无效磨粒切削刃 有效磨粒切削刃有效磨粒切削刃只为静态切削刃总只为静态切削刃总数的数的5%12%； 一个磨粒可能有一个磨粒可能有几个有效

21、切削刃与几个有效切削刃与工件接触，有工件接触，有60%的有效切削刃分布的有效切削刃分布在不同磨粒上面。在不同磨粒上面。5.2 砂轮表面形貌图砂轮表面形貌图图图5.3砂轮表面形貌图砂轮表面形貌图5.3 磨削过程磨削过程磨削也是一种切削磨削也是一种切削砂轮可以看作是具有砂轮可以看作是具有极多微小刀齿的铣刀极多微小刀齿的铣刀砂轮本身虽有自锐性砂轮本身虽有自锐性图图5.4磨粒切削过程磨粒切削过程5.3.1 磨削特点磨削特点1 1精度高、表面粗糙度小精度高、表面粗糙度小精度高、表面粗糙度小精度高、表面粗糙度小2 2砂轮有自锐作用砂轮有自锐作用砂轮有自锐作用砂轮有自锐作用机床名称机床名称机床名称机床名称

22、立式铣床立式铣床立式铣床立式铣床 车床车床车床车床平面磨床平面磨床平面磨床平面磨床 外圆磨床外圆磨床外圆磨床外圆磨床精密外圆磨精密外圆磨精密外圆磨精密外圆磨床床床床内圆磨内圆磨内圆磨内圆磨床床床床刻度值刻度值刻度值刻度值0.050.050.020.020.010.010.0050.0050.0020.0020.0020.002表表5.3 不同机床控制切深机构的刻度值（不同机床控制切深机构的刻度值（mm）使得磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。使得磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。 3 3径向分力径向分力径向分力径向分力 较大较大较大较大4 4磨削温度高磨削温度高磨削温度高磨削温度高 磨削

23、时的切削力同车削一样，也可以分解为三个互磨削时的切削力同车削一样，也可以分解为三个互相垂直的分力相垂直的分力 工件材料工件材料工件材料工件材料普通普通普通普通钢钢淬硬淬硬淬硬淬硬钢钢铸钢铸钢F Fn n/F/Ft t1.61.61.91.91.91.92.62.62.72.73.23.2F Fa a/F/Ft t0.10.10.20.2高的切削速度高的切削速度 负前角切削负前角切削 原原因因 磨削运动和磨削要素磨削运动和磨削要素一、一、一、一、磨削运动磨削运动磨削运动磨削运动1) 主运动主运动砂轮的旋转运动是主运动，砂轮外圆的线速度即主运动速度砂轮的旋转运动是主运动，砂轮外圆的线速度即主运动速

24、度 m/s (5.1)式中式中 d0 砂轮直径（砂轮直径（mm）；）； n0砂轮转速（砂轮转速（r/s）。）。3) 轴向进给运动轴向进给运动2) 径向进给运动径向进给运动用径向进给量用径向进给量r表示。表示。(亦称磨削深度亦称磨削深度ap) r指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮径指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮径向移动的距离，单位为向移动的距离，单位为mm/dstr， 一般情况下，一般情况下， r =0.0050.02mm/dstr， 用轴向进给量用轴向进给量a表示。表示。(亦称磨削深度亦称磨削深度ap) 指工件每一转或工作台每一次行程，工件相对砂轮的指工件每一转或工作台每一次行程，

25、工件相对砂轮的轴向移动的距离。轴向移动的距离。 一般情况下一般情况下a =(0.20.8)B，B为砂轮宽度，单位为为砂轮宽度，单位为mm； a的单位，圆磨为的单位，圆磨为mm/r，平磨为，平磨为mm/str。 4) 圆周进给运动圆周进给运动即工件外圆的线速度即工件外圆的线速度vw 式中式中 dw 工件直径（工件直径（mm）; nw工件转速（工件转速（r/s）。）。外圆磨削时外圆磨削时 m/s (5.2) 二、二、二、二、磨削要素磨削要素磨削要素磨削要素1) 磨削时金属切削率磨削时金属切削率每秒钟金属切除量（亦称为切除率每秒钟金属切除量（亦称为切除率 ） 每秒钟内砂轮每每秒钟内砂轮每1mm宽度所

26、切除的金属量。则称为宽度所切除的金属量。则称为单位砂轮宽度切除率，以单位砂轮宽度切除率，以ZQ表示表示mm3/smm (5.4) mm3/s (5.3)2) 砂轮与工件加工表面的接触弧长砂轮与工件加工表面的接触弧长 影响同时参加磨削的磨粒数目及磨粒负荷影响同时参加磨削的磨粒数目及磨粒负荷 影响磨屑的容纳和排除及冷却条件的改善影响磨屑的容纳和排除及冷却条件的改善 由推导可知平面磨削时的接触弧的长度为由推导可知平面磨削时的接触弧的长度为 mm (5.5)3) 砂轮等效直径砂轮等效直径接触弧长相等时外圆（或内圆）砂轮直径换算接触弧长相等时外圆（或内圆）砂轮直径换算成假想的平面磨削时的砂轮直径。成假想

27、的平面磨削时的砂轮直径。 意义：如果砂轮等效直径相同，则外圆（内圆）意义：如果砂轮等效直径相同，则外圆（内圆）磨削和平面磨削时的接触弧长相等磨削和平面磨削时的接触弧长相等 外圆磨削时的砂轮等效直径为外圆磨削时的砂轮等效直径为 (5.6)内圆磨削时的砂轮等效直径为内圆磨削时的砂轮等效直径为 (5.7)磨削方式磨削方式磨削方式磨削方式外圆磨削外圆磨削外圆磨削外圆磨削平面磨削平面磨削平面磨削平面磨削内圆磨削内圆磨削内圆磨削内圆磨削径向进给量（即背吃刀量）径向进给量（即背吃刀量）径向进给量（即背吃刀量）径向进给量（即背吃刀量） a ap p （mm）252525252525砂轮直径砂轮直径砂轮直径砂轮

28、直径 d d0 0 （）（）（）（）400400400400400400工作直径工作直径工作直径工作直径 d dww （）（）（）（）200200550550砂轮等效直径砂轮等效直径砂轮等效直径砂轮等效直径d dsese (mm)(mm)13313340040014671467接触弧长度接触弧长度接触弧长度接触弧长度 l lc c （ mm）1.81.810103 33.33.310103 36610103 3接触时间接触时间接触时间接触时间 （s s）45.645.61010-6-680801010-6-61501501010-6-6表表5.4 5.4 几种磨削方式的等效直径和接触弧长几种磨

29、削方式的等效直径和接触弧长接触弧长以内圆磨削为最大，平面磨削次之，外圆接触弧长以内圆磨削为最大，平面磨削次之，外圆磨削最小。磨削最小。 内圆磨削的砂轮耐用度最大，平面磨削次之，外圆内圆磨削的砂轮耐用度最大，平面磨削次之，外圆磨削最小。磨削最小。 结论结论结论结论因此因此因此因此4) 单个磨粒的磨削厚度单个磨粒的磨削厚度意义：磨削厚度大小对磨削力、磨削温度、磨削表面意义：磨削厚度大小对磨削力、磨削温度、磨削表面质量和砂轮的磨损产生很大影响。质量和砂轮的磨损产生很大影响。 端面磨削时每个磨粒的最大切削厚度为端面磨削时每个磨粒的最大切削厚度为 (5.8) 式中式中m为砂轮每为砂轮每mm圆周长度上的磨

30、粒数（圆周长度上的磨粒数（mm-1） 外圆磨削时每个磨粒的最大切削厚度为外圆磨削时每个磨粒的最大切削厚度为 (5.9) 式中式中为砂轮角速度为砂轮角速度 工件速度工件速度vw，轴向进给量轴向进给量fa和径向进给量和径向进给量fr增加时，增加时，hDgmax将增加；砂轮速度将增加；砂轮速度vc、砂轮直径砂轮直径d0和砂轮宽度和砂轮宽度B增增大时，大时， hDgmax将减小；砂轮磨粒越细，将减小；砂轮磨粒越细，m就越大，就越大， hDgmax减小。减小。结论结论结论结论 单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，将影响砂轮磨损、磨削温度及被

31、加工零件的表面也增大，将影响砂轮磨损、磨削温度及被加工零件的表面质量。质量。因此因此因此因此5.3.3 磨削过程磨削过程一、一、一、一、磨屑的形成过程磨屑的形成过程磨屑的形成过程磨屑的形成过程 磨削时，工件表面被砂轮滑擦、刻划以及砂轮表面比较锋磨削时，工件表面被砂轮滑擦、刻划以及砂轮表面比较锋利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削过程大致可分为三个利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削过程大致可分为三个环节环节(如图如图5.4)。 结论：砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻划结论：砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻划和滑擦三种作用的综合。和滑擦三种作用的综合。 磨屑尺寸细小而形状各异。有带状切屑、节状切

32、屑和一磨屑尺寸细小而形状各异。有带状切屑、节状切屑和一些熔化后烧尽了的切屑灰烬，还有金属微尘等。些熔化后烧尽了的切屑灰烬，还有金属微尘等。 二、二、二、二、磨削阶段磨削阶段磨削阶段磨削阶段1）初磨阶段）初磨阶段2）稳定阶段）稳定阶段3）清磨阶段）清磨阶段 由于机床、工件、夹具工艺系统的弹性变形，实际磨由于机床、工件、夹具工艺系统的弹性变形，实际磨削深度小于径向进给量削深度小于径向进给量 当系统弹性变形达到一定程度后，继续进给时，其当系统弹性变形达到一定程度后，继续进给时，其实际磨削深度基本上等于径向进给量。实际磨削深度基本上等于径向进给量。 由于工艺系统的弹性变形逐渐恢复，使实际磨削深由于工艺

33、系统的弹性变形逐渐恢复，使实际磨削深度大于零。度大于零。 要提高生产率，应缩短初磨阶段和稳定阶段。要提高要提高生产率，应缩短初磨阶段和稳定阶段。要提高表面质量必须保持适当的清磨进给次数和清磨时间。表面质量必须保持适当的清磨进给次数和清磨时间。结论结论结论结论图图5.6 磨削过程的三个阶段磨削过程的三个阶段5.4 磨削力及功率磨削力及功率图图5.7 磨削的受力情况磨削的受力情况 磨粒的受力情况磨粒的受力情况# 磨粒切削时，作用在磨粒上的力可以分解成两个分力即磨粒切削时，作用在磨粒上的力可以分解成两个分力即法向力法向力Fn和切向力和切向力Ft。并为结合剂桥上的结合力所平衡，。并为结合剂桥上的结合力

34、所平衡，如图如图5.7所示。所示。 磨粒所承受的合力磨粒所承受的合力FR与结合剂桥上抗力与结合剂桥上抗力FR的合力不的合力不一定在同一平面内；因此，有可能产生力矩一定在同一平面内；因此，有可能产生力矩M，使磨粒脱，使磨粒脱落；落； 磨粒本身受到剪力也可能崩裂。磨粒本身受到剪力也可能崩裂。磨粒所受的应力决定于受力的强弱，它与切削截面磨粒所受的应力决定于受力的强弱，它与切削截面积、工件材料性质等磨削条件有关；受力的频率则积、工件材料性质等磨削条件有关；受力的频率则与砂轮转速有关与砂轮转速有关结论结论结论结论5.4.2 磨粒的负前角磨削对磨削力的影响磨粒的负前角磨削对磨削力的影响 用负前角硬质合金刀

35、具模拟磨粒，对含少许锰、铬、用负前角硬质合金刀具模拟磨粒，对含少许锰、铬、镍的低碳钢，在镍的低碳钢，在ap=0.010.025mm，切削速度，切削速度v=200600m/min时，金属流动情况示意如图时，金属流动情况示意如图5.8所示。所示。 由于磨粒具有负前角，刃端具有由于磨粒具有负前角，刃端具有值，而切削厚度又值，而切削厚度又很薄，故磨粒对工件的切削条件很差。实际上是滑擦、刻很薄，故磨粒对工件的切削条件很差。实际上是滑擦、刻划、产生指向工件表层的很大的塑性变形区。到一定温度划、产生指向工件表层的很大的塑性变形区。到一定温度后，才形成切屑沿前刀面流出后，才形成切屑沿前刀面流出 结论结论结论结

36、论模拟试验：模拟试验：模拟试验：模拟试验：图图5.8 负前角切削时的金属流动负前角切削时的金属流动 金属流分为两路金属流分为两路 一路进入刀具下面一路进入刀具下面一路沿前刀面上升而成为切屑一路沿前刀面上升而成为切屑1.一直到一直到-75的前角，刀具仍可切出切屑来。的前角，刀具仍可切出切屑来。2.在在-85前角时，刀具就仅仅擦过和刻划工件，前角时，刀具就仅仅擦过和刻划工件， 图图5.9 负前角与切削力的关系负前角与切削力的关系 前角为负值时，法向力前角为负值时，法向力Fn均大于切向力均大于切向力Ft,尤以尤以o=-50之之后为甚，后为甚，Fn/Ft=15左右。左右。 5.4.3 砂轮上的磨削力砂

37、轮上的磨削力也可以磨削力分解成也可以磨削力分解成x方向和方向和y方向的分力方向的分力Fx,Fy。 Fy可用以计算进给功率；可用以计算进给功率； Fx则是设计机床床身和箱体的重要数据。则是设计机床床身和箱体的重要数据。可以把磨削力分解为径向力可以把磨削力分解为径向力Fn和切向力和切向力Ft 图图5.10 磨削力磨削力(a)外圆圆磨外圆圆磨 (b)切入磨切入磨 (c)平面磨平面磨 (d)端面磨端面磨工件材料工件材料工件材料工件材料普通普通普通普通钢钢淬硬淬硬淬硬淬硬钢钢铸钢铸钢1.61.61.91.91.91.92.62.62.72.73.23.20.10.10.20.2表表5.5 磨削分力的比值

38、磨削分力的比值说明说明说明说明材料硬度高时，比值大些材料硬度高时，比值大些 表中表中Fa为轴向切削分力为轴向切削分力 5.4.4 磨削力对磨削过程的影响磨削力对磨削过程的影响成形磨削时的磨削力成形磨削时的磨削力Fn、Ft与磨削用量与磨削用量ap、vf的关系的关系 ap增加时，增加时，Fn及及Ft均增加；均增加；vf增加时，增加时，Fn及及Ft均有所减小均有所减小 工件速度工件速度vw与平均接触压力与平均接触压力p 和比磨削能和比磨削能uc 的关系的关系磨削力与磨削时间磨削力与磨削时间tc 的关系的关系 磨削力随着磨削时间磨削力随着磨削时间tc的延长而不断增大的延长而不断增大磨下单位体积金属时所

39、消耗的磨下单位体积金属时所消耗的能量称为比磨削能能量称为比磨削能 图图5.11 成形磨削时的磨削力与磨削用量的关系成形磨削时的磨削力与磨削用量的关系 砂轮：砂轮：WA80K10V，工件：中碳钢；单位宽度磨除，工件：中碳钢；单位宽度磨除率：率：Z=4mm/（mms）；修整速比：）；修整速比： qd=0.5；砂；砂轮速度：轮速度：vc =30mm/s；砂轮半锥角；砂轮半锥角=60 图图5.12 vw与与p及及uc的关系的关系砂轮粒度：砂轮粒度：30，磨削深度：，磨削深度：ap=0.025mm 精密磨削时的精密磨削时的比磨削能可能为比磨削能可能为车削时的车削时的“比切比切削能削能” 的的2030倍倍

40、 5.4.5 磨削功率消耗磨削功率消耗功率消耗很大功率消耗很大主运动所消耗的功率为主运动所消耗的功率为Pm（国际为（国际为Pc） kW (5.10) 式中式中Ft砂轮的切向力（砂轮的切向力（N）；）； vs砂轮线速度（砂轮线速度（m/s）。）。砂轮硬度较高时，功率消耗大些；砂轮硬度较高时，功率消耗大些；同一种工件材料的硬度较高时，功率消耗小些同一种工件材料的硬度较高时，功率消耗小些 结论结论结论结论5.5 磨削温度磨削温度磨磨削削表表面面的的热热损损伤伤 表现为表现为热裂纹热裂纹 热变形热变形残余应力残余应力 精度差精度差5.5.1 磨削热的来源磨削热的来源磨磨削削时时消消耗耗能能量量滑擦能滑

41、擦能刻划能刻划能切屑形成能切屑形成能 剪切能剪切能 (75% 左右左右)摩擦能摩擦能 (25%左右左右) 接近于工件金属接近于工件金属的熔化能的熔化能有有45%55%传传入工件入工件 有有75%左右传入工左右传入工件件 有有69%左右传入工件左右传入工件 5.5.2 磨削温度的影响因素磨削温度的影响因素 图图5.13 磨粒与工件磨粒与工件 图图5.14磨粒切削刃附近工件表面温度分析磨粒切削刃附近工件表面温度分析 由于切屑形成及刻划引起的温度变化由于切屑形成及刻划引起的温度变化 磨粒与磨粒与工件摩擦时引起的温度变化工件摩擦时引起的温度变化 +两者的叠加两者的叠加图图5.13中的中的A点与图点与图

42、5.14的的A点相对应。点相对应。 由于磨粒的负前角绝对值很大，在剪切面由于磨粒的负前角绝对值很大，在剪切面AB附近的附近的金属只有在很高的温度下，当材料具有很大的塑性，即在金属只有在很高的温度下，当材料具有很大的塑性，即在高温粘性高温粘性塑性（塑性（Viscous-Plastic）变形状态下才能朝前）变形状态下才能朝前刀面上流出而成为切屑。刀面上流出而成为切屑。 上两图对应分析上两图对应分析得出结论得出结论因此因此因此因此 单颗磨粒的切削温度常常达到了金属的熔点。试验单颗磨粒的切削温度常常达到了金属的熔点。试验研究指出：对于每一种金属材料，其磨屑形成的温度是研究指出：对于每一种金属材料，其磨

43、屑形成的温度是一个常数一个常数( (碳钢是碳钢是1500，钛合金是，钛合金是1650)在如此高温在如此高温下的磨屑，当飞出磨削区后，就往往在空气中强烈燃烧下的磨屑，当飞出磨削区后，就往往在空气中强烈燃烧或氧化而迸发火花。或氧化而迸发火花。 5.5.3 5.5.3 磨削温度对工件表面的影响磨削温度对工件表面的影响磨削温度对工件表面的影响磨削温度对工件表面的影响 表现在表现在表现在表现在工件表面烧伤工件表面烧伤加工表面的残余应力加工表面的残余应力表面粗糙度表面粗糙度 三三个个方方面面（一）工件表面烧伤（一）工件表面烧伤（一）工件表面烧伤（一）工件表面烧伤 由于磨削时产生高温，使工件由于磨削时产生高

44、温，使工件加工表面的金属组织发生相变，其加工表面的金属组织发生相变，其硬度和塑性等发生变化，这种硬度和塑性等发生变化，这种表层表层变质变质的现象的现象 烧伤的表面呈黄褐色或黑色，它是工烧伤的表面呈黄褐色或黑色，它是工件表面在高温下形成的氧化膜，件表面在高温下形成的氧化膜， 回火烧伤回火烧伤二次淬火烧伤二次淬火烧伤 表面会变软，随后被工件深处较表面会变软，随后被工件深处较冷的基体淬硬而得到马氏体硬层冷的基体淬硬而得到马氏体硬层 砂轮上磨损面积超过总砂轮上磨损面积超过总工作面积的工作面积的4%时，就会出时，就会出现烧伤。现烧伤。 工件表面烧伤的表征工件表面烧伤的表征是磨削力增加、砂是磨削力增加、砂

45、轮磨损率增加和加工表面质量变差。表面烧轮磨损率增加和加工表面质量变差。表面烧伤损坏了零件表层组织，影响零件的质量和伤损坏了零件表层组织，影响零件的质量和寿命。寿命。 减小和防止烧伤的主要措施减小和防止烧伤的主要措施是：减小磨是：减小磨削过程中热量的产生和加速热量的散发；正削过程中热量的产生和加速热量的散发；正确选择砂轮，以及保持砂轮良好的切削性能；确选择砂轮，以及保持砂轮良好的切削性能；选择合理切削用量；采用好的切削液及正确选择合理切削用量；采用好的切削液及正确的润滑方法。的润滑方法。（二）加工表面的残余应力（二）加工表面的残余应力（二）加工表面的残余应力（二）加工表面的残余应力 残余拉应力残

46、余拉应力 残余压应力残余压应力 可提高零件的疲劳强度和耐磨性可提高零件的疲劳强度和耐磨性 使零件表面翘曲，强度降低使零件表面翘曲，强度降低, ,甚至会产生裂纹甚至会产生裂纹 低的工件速度、硬而钝的砂轮、干磨或用水溶性乳低的工件速度、硬而钝的砂轮、干磨或用水溶性乳化液磨削，高的切入进给率和高的砂轮表面速度。化液磨削，高的切入进给率和高的砂轮表面速度。 导致因素导致因素导致因素导致因素最主要的控制方法是：最主要的控制方法是：最主要的控制方法是：最主要的控制方法是：采用切削液采用切削液采用切削液采用切削液。5.6 砂轮的磨损与砂轮的修整砂轮的磨损与砂轮的修整 破碎磨损破碎磨损 砂轮的磨损砂轮的磨损砂

47、轮的磨损砂轮的磨损 磨耗磨损磨耗磨损磨粒一层一层被磨掉磨粒一层一层被磨掉 磨粒的破碎或者结合剂的破碎磨粒的破碎或者结合剂的破碎 消耗砂轮的重量较大消耗砂轮的重量较大 对砂轮影响较大对砂轮影响较大 砂轮磨损后砂轮磨损后会使磨削效率降低，磨削表面质会使磨削效率降低，磨削表面质量下降；同时发生振动和噪声，应及时修整。量下降；同时发生振动和噪声，应及时修整。 磨削种磨削种类类外圆磨外圆磨内圆磨内圆磨平面磨平面磨成型磨成型磨耐用度耐用度（s）120024006001500600表表5.6 砂轮常用合理耐用度值砂轮常用合理耐用度值精磨时，耐用度可用磨削出的工件数目来表示精磨时，耐用度可用磨削出的工件数目来

48、表示 砂轮耐用度砂轮耐用度 砂轮相邻两次修整间的加工时间，砂轮相邻两次修整间的加工时间，用秒来表示用秒来表示 5.6.2 5.6.2 砂轮的的修整砂轮的的修整砂轮的的修整砂轮的的修整 三三类类修修整整工工具具本身不作旋转本身不作旋转 ad一般用一般用0.0050.1mm,轴向进给轴向进给f fa a可用可用0.050.4mm。 钢的或硬质合金的挤压轮钢的或硬质合金的挤压轮 砂轮与挤压轮没有相对速度砂轮与挤压轮没有相对速度 本身作回转运动或直线运动本身作回转运动或直线运动 对机床结构和刚度有较严格要求对机床结构和刚度有较严格要求 图图5.17 用金刚石笔修整砂轮用金刚石笔修整砂轮 a)三个调节量

49、子力学三个调节量子力学 b)四个调节量四个调节量 图图5.18 金刚石滚轮的修整方式金刚石滚轮的修整方式 a)滚轮形状与工件形状相同滚轮形状与工件形状相同 b)用滚轮作仿形修整用滚轮作仿形修整 图图5.19 成形砂轮的修整成形砂轮的修整5.7 先进磨削方法简介先进磨削方法简介 目的目的目的目的 提高效率提高效率高速磨削高速磨削强力磨削强力磨削砂带磨削砂带磨削 常常用用 5.7.1 5.7.1 高速磨削高速磨削高速磨削高速磨削 高速磨削高速磨削高速磨削高速磨削砂轮线速度高于砂轮线速度高于45m/s的磨削的磨削一般为一般为5060m/s 特点特点特点特点2.2.单位时间磨除量可以增加单位时间磨除量

50、可以增加 1.1.磨粒的当量切削厚度变薄磨粒的当量切削厚度变薄 磨粒的负荷减轻，砂轮磨粒的负荷减轻，砂轮耐用度提请；耐用度提请； 磨削表面粗糙度减小；磨削表面粗糙度减小； 法向磨削力减小，工件法向磨削力减小，工件精度可较高精度可较高。 注意事项注意事项注意事项注意事项 砂轮主轴转速必须随线速度的提高而相应提高，砂轮主轴转速必须随线速度的提高而相应提高，砂轮传动系统功率必须足够，机床刚性必须足够，并砂轮传动系统功率必须足够，机床刚性必须足够，并注意减小振动；注意减小振动； 砂轮速度必须足够，保证在高速旋转下不会破砂轮速度必须足够，保证在高速旋转下不会破裂；除应经过静平衡试验外，最好采用砂轮动平衡

51、装裂；除应经过静平衡试验外，最好采用砂轮动平衡装置；砂轮必须有适当的防护罩；置；砂轮必须有适当的防护罩； 必须具有良好的冷却条件，有效的排屑装置，必须具有良好的冷却条件，有效的排屑装置，并注意防止切削液飞溅。并注意防止切削液飞溅。 5.7.2 5.7.2 强力磨削强力磨削强力磨削强力磨削 又叫大切深缓进给磨削又叫大切深缓进给磨削 以较大的切削深度以较大的切削深度（可达（可达30mm或更多一些）或更多一些）和和很低的工作台进给速度很低的工作台进给速度（3300mm/min）磨削工件，磨削工件，经一次或数次走刀即可磨到所要求的尺寸形状精度经一次或数次走刀即可磨到所要求的尺寸形状精度. . 适于磨削

52、高硬度高韧性的材料适于磨削高硬度高韧性的材料如如耐热合金、不耐热合金、不锈钢、高速钢等的型面和沟槽。锈钢、高速钢等的型面和沟槽。 砂带磨削砂带磨削砂带磨削砂带磨削 机械效率为机械效率为96%在机床中处于领先地位在机床中处于领先地位 适用适用适用适用特点特点特点特点用于粗磨钢锭、钢板、磨削难加工材料和难加工型面，用于粗磨钢锭、钢板、磨削难加工材料和难加工型面，特别是磨削大尺寸薄板、长径比大的外圆和内孔（直特别是磨削大尺寸薄板、长径比大的外圆和内孔（直径径25mm以上）、薄壁件和复杂型面更为优越。以上）、薄壁件和复杂型面更为优越。 组成组成组成组成 砂带、接触轮、张紧轮、支承轮或工作台砂带、接触轮、张紧轮、支承轮或工作台 图图5.20 砂带磨削砂带磨削 小结小结