工程材料与成形工艺基础 第十四章磨削及光整加工.ppt

第十四章第十四章 磨削及光整加工磨削及光整加工第一节第一节 磨削加工磨削加工一、磨具一、磨具砂轮砂轮l砂轮：一种用结合剂把磨粒粘结起来，砂轮：一种用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具有很多气孔、用磨粒进行切削的固结磨有很多气孔、用磨粒进行切削的固结磨具。磨粒以其露在表面部分的尖角作为具。磨粒以其露在表面部分的尖角作为切削刃。切削刃。l砂轮的特性：磨料、粒度、结合剂、硬砂轮的特性：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸。度、组织及形状尺寸。砂轮的特征：砂轮的特征：1.1.磨磨 料料直接担负切削直接担负切削工作工作。棕刚玉棕刚玉硬度高，韧性大。硬度高，韧性大。加工硬度较低的塑加工硬度较低的塑性材料，如中、低性材料，如中、低碳钢和低合金钢等；碳钢和低合金钢等；白刚玉白刚玉硬度高于棕刚玉，磨粒易碎硬度高于棕刚玉，磨粒易碎裂，棱角锋利，切削性能好，裂，棱角锋利，切削性能好，磨削热量小等。磨削热量小等。加工硬度较高的塑性材料，加工硬度较高的塑性材料，如高碳钢、高速钢和淬硬钢等；如高碳钢、高速钢和淬硬钢等；主要用于工具、刃具、模具、主要用于工具、刃具、模具、齿轮、螺纹、薄壁零件等的磨齿轮、螺纹、薄壁零件等的磨削及成型磨削。削及成型磨削。黑碳化硅黑碳化硅加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸铜等加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸铜等；绿碳化硅绿碳化硅加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、陶瓷和玻璃等。陶瓷和玻璃等。2.2.粒粒 度度磨料颗粒的大小，用粒磨料颗粒的大小，用粒度号表示。度号表示。3.3.硬硬 度度磨具在外力的作用下磨磨具在外力的作用下磨料脱落的难易程度料脱落的难易程度。4.4.结合剂结合剂将磨料粘结一起，使砂将磨料粘结一起，使砂轮具有必要的形状和强轮具有必要的形状和强度的材料度的材料。5.组组 织织 指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者间的体积比例关系，以磨粒率间的体积比例关系，以磨粒率(磨粒占磨磨粒占磨具体积具体积 的百分率的百分率)表示磨具的组织号。表示磨具的组织号。6.6.砂轮的形状、尺寸及代号砂轮的形状、尺寸及代号平行砂轮平行砂轮l平行砂轮用途较广，根据尺寸的不同，可用于平行砂轮用途较广，根据尺寸的不同，可用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨和装在砂轮内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨和装在砂轮机上手动粗磨，为各种铸钢、铸铁专用砂轮机上手动粗磨，为各种铸钢、铸铁专用砂轮 斜边砂轮斜边砂轮l单斜边砂轮多用于磨削单斜边砂轮多用于磨削各种锯齿、铣刀、铰刀、各种锯齿、铣刀、铰刀、插齿刀等。插齿刀等。n双斜边砂轮主要用双斜边砂轮主要用于磨齿轮齿和单线于磨齿轮齿和单线螺纹。螺纹。筒形砂轮筒形砂轮l 青铜烧结青铜烧结 陶瓷陶瓷筒形砂轮主要是安装在平面磨床的竖轴上磨平面筒形砂轮主要是安装在平面磨床的竖轴上磨平面杯形砂轮杯形砂轮l杯形砂轮主要用于杯形砂轮主要用于刃磨铣刀、饺刀、刃磨铣刀、饺刀、扩孔钻、切纸刀、扩孔钻、切纸刀、切烟叶刀等，也可切烟叶刀等，也可以用作平面和内圆以用作平面和内圆磨削。磨削。碗形砂轮碗形砂轮l碗形砂轮适用于铸件碗形砂轮适用于铸件平面加工、刃磨铣刀、平面加工、刃磨铣刀、饺刀、拉刀、盘形车饺刀、拉刀、盘形车刀、插齿刀、扩孔钻、刀、插齿刀、扩孔钻、磨道轨平面、磨道叉磨道轨平面、磨道叉等。等。碟形砂轮碟形砂轮薄片砂轮薄片砂轮砂轮的标记：砂轮的标记：lP 40040127 WA 60P 40040127 WA 60l平行砂轮平行砂轮 外径外径厚度厚度孔径孔径 磨料磨料 粒度粒度l L 5 V 35L 5 V 35l硬度硬度 组织号组织号 结合剂结合剂 最高工作线速度最高工作线速度(m/s)(m/s)（CBN）外圆磨砂轮外圆磨砂轮Cylindrical Grindingl立方氮化硼外圆磨砂轮对硬度高、韧性大、高温强度立方氮化硼外圆磨砂轮对硬度高、韧性大、高温强度高、热传导率低的材料，具有良好的磨削性能。具有高、热传导率低的材料，具有良好的磨削性能。具有加工加工效率高、精度高、不产生烧伤、裂纹和退火加工加工效率高、精度高、不产生烧伤、裂纹和退火变软现象，磨具磨损小、寿命长、加工成本低的特点。变软现象，磨具磨损小、寿命长、加工成本低的特点。（CBN）平面磨砂轮平面磨砂轮 Surface Grinding（CBN）内圆磨砂轮内圆磨砂轮 Internal Grindingl对硬度高、韧性大、对硬度高、韧性大、高温强度高、热传高温强度高、热传导率低的材料，具导率低的材料，具有良好的磨削性能。有良好的磨削性能。具有加工加工效率具有加工加工效率高、精度高、不产高、精度高、不产生烧伤、裂纹和退生烧伤、裂纹和退火变软现象，磨具火变软现象，磨具磨损小、寿命长、磨损小、寿命长、加工成本低的特点。加工成本低的特点。三、磨床三、磨床l外圆磨床：外圆磨床：l普通外圆床和万能外圆磨床普通外圆床和万能外圆磨床 l1床身床身 2头架头架 3内圆磨头内圆磨头 4砂轮架砂轮架 5尾座尾座 l7转台转台 8横向进给手轮横向进给手轮 9工作台工作台l床身床身 床身用于装夹各部件。上部装有工床身用于装夹各部件。上部装有工作台和砂轮架，内部装有液压传动系统。作台和砂轮架，内部装有液压传动系统。l砂轮架砂轮架 用于装夹砂轮，并有单独电动机用于装夹砂轮，并有单独电动机带动砂轮旋转。砂轮的转动为主运动。它由带动砂轮旋转。砂轮的转动为主运动。它由单独的电机驱动。砂轮架可沿床身后部横向单独的电机驱动。砂轮架可沿床身后部横向导轨前后移动，其方式有手动和快速引进、导轨前后移动，其方式有手动和快速引进、退出两种。退出两种。l工作台工作台 工作台上装有头架和尾座，用以装工作台上装有头架和尾座，用以装夹工件并带动工件旋转。工作台有两层，磨削夹工件并带动工件旋转。工作台有两层，磨削时下工作台作纵向往复移动，以带动工件纵向时下工作台作纵向往复移动，以带动工件纵向进给，其行程长度可借挡块位置调节。上工作进给，其行程长度可借挡块位置调节。上工作台相对下工作台在水平面内可扳转一个不大的台相对下工作台在水平面内可扳转一个不大的角度，以便磨削圆锥面。角度，以便磨削圆锥面。l头架头架 头架内的主轴由单独电动机带动旋头架内的主轴由单独电动机带动旋转。主轴端部可装夹顶尖、拨盘或卡盘，以便转。主轴端部可装夹顶尖、拨盘或卡盘，以便装夹工件并带动工件旋转作圆周进给运动。装夹工件并带动工件旋转作圆周进给运动。l尾座尾座 尾座的功用是用后顶尖支撑长工件。尾座的功用是用后顶尖支撑长工件。它可在工作台上移动，调整位置以装夹不同长它可在工作台上移动，调整位置以装夹不同长度的工件。度的工件。万能外圆磨床与普通外圆磨床万能外圆磨床与普通外圆磨床的主要区别的主要区别l万能外圆磨床增设了内圆磨头，且砂轮万能外圆磨床增设了内圆磨头，且砂轮架和工件头架的下面均装有转盘，能围架和工件头架的下面均装有转盘，能围绕自身的铅垂轴线扳转一定角度。绕自身的铅垂轴线扳转一定角度。l因此，万能外圆磨床除了磨粗外圆和锥因此，万能外圆磨床除了磨粗外圆和锥度较小的外锥面外，还可以磨削内圆和度较小的外锥面外，还可以磨削内圆和任意角度的内外锥面。任意角度的内外锥面。砂轮架安装在床身上，砂轮架安装在床身上，砂轮架安装在床身上，砂轮架安装在床身上，由单独电机驱动砂轮高由单独电机驱动砂轮高由单独电机驱动砂轮高由单独电机驱动砂轮高速旋转，提供主运动；速旋转，提供主运动；速旋转，提供主运动；速旋转，提供主运动；砂轮架还可以横向移动，砂轮架还可以横向移动，砂轮架还可以横向移动，砂轮架还可以横向移动，使砂轮实现横向进给运使砂轮实现横向进给运使砂轮实现横向进给运使砂轮实现横向进给运动。动。动。动。工件头架安装在工作台工件头架安装在工作台工件头架安装在工作台工件头架安装在工作台上，带动工件旋转作圆上，带动工件旋转作圆上，带动工件旋转作圆上，带动工件旋转作圆周进给运动；头架可在周进给运动；头架可在周进给运动；头架可在周进给运动；头架可在水平面内扳转一定角度，水平面内扳转一定角度，水平面内扳转一定角度，水平面内扳转一定角度，以便磨削内锥面。以便磨削内锥面。以便磨削内锥面。以便磨削内锥面。工作台沿床身纵向导轨工作台沿床身纵向导轨工作台沿床身纵向导轨工作台沿床身纵向导轨往复直线移动，带动工往复直线移动，带动工往复直线移动，带动工往复直线移动，带动工件作纵向进给运动。件作纵向进给运动。件作纵向进给运动。件作纵向进给运动。（2 2）内圆磨床）内圆磨床卧轴矩台平面磨床卧轴矩台平面磨床卧轴矩台平面磨床卧轴矩台平面磨床l1床身床身 2床鞍床鞍 3砂轮砂轮 4磨头磨头 5立柱立柱（3 3）平面磨床）平面磨床n卧轴、立轴卧轴、立轴矩台平面磨矩台平面磨床床n卧轴、立轴卧轴、立轴圆台平面磨圆台平面磨床。床。四、磨削加工方法四、磨削加工方法1.1.外圆磨削外圆磨削1 1）在外圆磨床上磨削）在外圆磨床上磨削工件的安装工件的安装l外圆磨床上安装工件的方法常用的有顶外圆磨床上安装工件的方法常用的有顶尖安装、卡盘安装和心轴安装等。尖安装、卡盘安装和心轴安装等。顶尖安装顶尖安装 :轴类工件轴类工件卡盘和心轴安装工件卡盘和心轴安装工件 a）纵磨法纵磨法 b）横磨法横磨法 c）混合磨法混合磨法 d）深磨法深磨法（1 1）.纵磨法纵磨法（2 2）横磨法）横磨法.（3 3）混合磨法）混合磨法（4 4）深磨法）深磨法2 2）无心外圆磨床上磨削）无心外圆磨床上磨削 1工件工件 2磨削轮磨削轮 3托板托板 4导轮导轮 2.2.内圆磨削内圆磨削 磨孔时，砂轮旋转为主磨孔时，砂轮旋转为主运动，工件低速旋转为运动，工件低速旋转为圆周进给运动（其方向圆周进给运动（其方向与砂轮旋转方向相反），与砂轮旋转方向相反），工作台带动工件作纵向工作台带动工件作纵向进给运动。切深运动为进给运动。切深运动为砂轮周期性的径向进给砂轮周期性的径向进给运动运动磨孔的工艺特点：磨孔的工艺特点：l磨平面：在平面磨床上对平面进行磨平面：在平面磨床上对平面进行精加工的方法。精加工的方法。l主运动都是砂轮的高速旋转，进给主运动都是砂轮的高速旋转，进给运动是砂轮、工作台的移动，运动是砂轮、工作台的移动，3.磨平面平面磨削：周磨和端磨平面磨削：周磨和端磨l周磨：利用砂轮的圆周面进行磨削。周磨：利用砂轮的圆周面进行磨削。l工件与砂轮的接触面积小，发热少，排工件与砂轮的接触面积小，发热少，排屑与冷却情况好，加工精度高，但生产屑与冷却情况好，加工精度高，但生产率低，在单件小批生产中应用较广。率低，在单件小批生产中应用较广。l端磨：利用砂轮的端面进行磨削。端磨：利用砂轮的端面进行磨削。l砂轮轴立式安装，刚性好，可采用较大的切削用量，而砂轮轴立式安装，刚性好，可采用较大的切削用量，而且砂轮与工件的接触面积大，故生产率高。且砂轮与工件的接触面积大，故生产率高。l但精度较周磨差，磨削热较大，切削液进入磨削区较困但精度较周磨差，磨削热较大，切削液进入磨削区较困难，易使工件受热变形，且砂轮磨损不均匀，影响加工难，易使工件受热变形，且砂轮磨损不均匀，影响加工精度。精度。l平面磨削常作为刨削或铣削后的平面磨削常作为刨削或铣削后的精加工，特别是用于磨削淬硬工精加工，特别是用于磨削淬硬工件，以及具有平行表面的零件件，以及具有平行表面的零件（如滚动轴承环、活塞环等）。（如滚动轴承环、活塞环等）。l经磨削两平面间的尺寸公差等级经磨削两平面间的尺寸公差等级可达可达IT6IT6IT5IT5级，表面粗糙度级，表面粗糙度R Ra a值为值为0.80.80.2m0.2m。l光整加工：精加工以后所进行的精密加工，光整加工：精加工以后所进行的精密加工，目的是为了获得高的表面质量目的是为了获得高的表面质量(其中表面粗其中表面粗糙度糙度R Ra a值在值在0.2m0.2m以下以下)和高的加工精度和高的加工精度(IT6(IT6IT5)IT5)l研磨研磨l珩磨珩磨l超级光磨超级光磨 l抛光抛光第二节第二节 光整加工光整加工一、研磨一、研磨研磨方法：手工研磨和机械研磨研磨方法：手工研磨和机械研磨研磨剂：液态研磨剂和研磨膏研磨剂：液态研磨剂和研磨膏1.研磨外圆研磨外圆2.研磨孔研磨孔 在车床上研磨套类零件孔：研具为可调式研磨棒。在车床上研磨套类零件孔：研具为可调式研磨棒。在车床上研磨套类零件孔：研具为可调式研磨棒。在车床上研磨套类零件孔：研具为可调式研磨棒。研磨前，套上工件，将研磨棒安装在车床上，涂上研磨前，套上工件，将研磨棒安装在车床上，涂上研磨前，套上工件，将研磨棒安装在车床上，涂上研磨前，套上工件，将研磨棒安装在车床上，涂上研磨剂，调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力，研磨剂，调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力，研磨剂，调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力，研磨剂，调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力，即可进行研磨。研磨时，研磨棒旋转，手握工件往即可进行研磨。研磨时，研磨棒旋转，手握工件往即可进行研磨。研磨时，研磨棒旋转，手握工件往即可进行研磨。研磨时，研磨棒旋转，手握工件往复移动。复移动。复移动。复移动。l研磨平面一般在磨削之后进行。研磨平面一般在磨削之后进行。l研磨平面的研具：带槽的平板：用研磨平面的研具：带槽的平板：用于粗研；光滑的平板：用于精研。于粗研；光滑的平板：用于精研。3.研磨平面研磨平面l研磨时，在平板上涂以适当的研磨剂，研磨时，在平板上涂以适当的研磨剂，工件沿平板的全部表面以工件沿平板的全部表面以8 8字形或直线相字形或直线相结合的运动轨迹进行研磨，目的是使磨结合的运动轨迹进行研磨，目的是使磨料不断在新的方向起研磨作用。料不断在新的方向起研磨作用。l研磨小而硬的工件或粗研时，用较大的研磨小而硬的工件或粗研时，用较大的压力、低的速度；反之，则用较大的压压力、低的速度；反之，则用较大的压力、较快的速度。力、较快的速度。l平面研磨主要用来加工小型精密平面研磨主要用来加工小型精密平板、平尺、块规以及其它精密平板、平尺、块规以及其它精密零件的表面。零件的表面。l单件小批生产一般用手工研磨，单件小批生产一般用手工研磨，大批大量生产多用机器研磨。大批大量生产多用机器研磨。二、珩磨二、珩磨珩磨孔的工艺特点：珩磨孔的工艺特点：珩磨孔的应用：珩磨孔的应用：三、超级光磨（超精加工）三、超级光磨（超精加工）l超级光磨具有生产率高，设备简单，操作方便，表超级光磨具有生产率高，设备简单，操作方便，表面质量高等优点。面质量高等优点。l但加工只除去加工表面在前一工序遗留下来的微观但加工只除去加工表面在前一工序遗留下来的微观凸峰，很少改变尺寸，所以一般不留超级光磨加工凸峰，很少改变尺寸，所以一般不留超级光磨加工余量。余量。l超级光磨后工件表面粗糙度超级光磨后工件表面粗糙度R Ra a可以达到可以达到0.l0.l0.08m0.08m，但不能提高工件的尺寸精度和形位精度。但不能提高工件的尺寸精度和形位精度。l超级光磨的应用也很广泛，如汽车、内燃机零超级光磨的应用也很广泛，如汽车、内燃机零件，轴承、精密量具等的小粗糙度表面，常用件，轴承、精密量具等的小粗糙度表面，常用超级光磨作精加工。超级光磨作精加工。l它不仅能加工轴类零件内外圆柱面，而且还能它不仅能加工轴类零件内外圆柱面，而且还能加工圆锥面、孔、平面及球面等。加工圆锥面、孔、平面及球面等。四、抛光四、抛光l抛光抛光(polishing,buffing)(polishing,buffing)工具和加工方法简单，工具和加工方法简单，成本低；成本低；l由于抛光轮是弹性的，能与曲面相吻合，故易于由于抛光轮是弹性的，能与曲面相吻合，故易于实现曲面抛光，便于对模具型腔进行光整加工；实现曲面抛光，便于对模具型腔进行光整加工；l抛光仅能获得光亮的表面，不能提高精度。抛光仅能获得光亮的表面，不能提高精度。l抛光只能用于表面装饰及金属件电镀前的准备工抛光只能用于表面装饰及金属件电镀前的准备工序。序。l抛光除可加工外圆面、孔、平面和成形面等。抛光除可加工外圆面、孔、平面和成形面等。u抛光：仅能提高工件表面的光亮程度，抛光：仅能提高工件表面的光亮程度，而对工件表面粗糙度的改善并无益处。而对工件表面粗糙度的改善并无益处。u超级光磨：仅能减小工件的表面粗糙度，超级光磨：仅能减小工件的表面粗糙度，而不能提高其尺寸和形状精度。而不能提高其尺寸和形状精度。u研磨和珩磨：不但可以减小工件表面的研磨和珩磨：不但可以减小工件表面的粗糙度粗糙度,也可以在一定程度上提高其尺寸和也可以在一定程度上提高其尺寸和形状精度。形状精度。对工件表面质量的改善程度对工件表面质量的改善程度 u从应用范围来看，研磨、超级光磨和抛光可以从应用范围来看，研磨、超级光磨和抛光可以用来加工各种各样的表面，而珩磨则主要用于孔用来加工各种各样的表面，而珩磨则主要用于孔的加工。的加工。u从所用工具和设备来看，抛光最简单，研磨和从所用工具和设备来看，抛光最简单，研磨和超级光磨稍复杂，而珩磨则较为复杂。超级光磨稍复杂，而珩磨则较为复杂。u从生产效率来看，抛光和超级光磨最高，珩磨从生产效率来看，抛光和超级光磨最高，珩磨次之次之,研磨最低。研磨最低。