《磨削加工》PPT课件.ppt

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1、第 6 章 磨削加工磨削：磨削：用磨具（砂轮、砂带、油石等）对表面加工的方法。磨削是常用的半精加工半精加工和精加工方法精加工方法，加工精度加工精度IT5IT5IT6 IT6，粗糙度粗糙度Ra1.25Ra1.250.01m 0.01m 适用难切削难切削的高硬度材料高硬度材料的半、精加工。例如：内外圆柱面、平面、螺旋面、花键、齿轮等6.1 6.1 砂砂 轮轮砂轮砂轮:是用结合剂把磨料粘结起来，经压坯、干燥和焙烧 的方法制成的。砂轮特性主要有磨料、粒度、结合剂、硬度和组织决定。常用磨料有刚玉类、碳化硅类、高硬磨料类。6.1.1 6.1.1 磨料磨料表6-1常用磨料性能及应用范围6.1.2 6.1.2

2、 粒度粒度粒度粒度分磨粒及微粉微粉二类。磨粒用筛选法分级，如粒度 6060的磨粒，表示其大小正好能通过1 1英寸英寸长度上孔眼数为60的筛网。直径小于直径小于40m40m的磨粒的磨粒叫微粉微粉，微粉按实际尺寸大小表示，如尺寸为28m的微粉，其粒度号标为 W28。表 6-2 常用磨料粒度尺寸及应用范围应用应用 磨粒的粒度粒度直接影响磨削的表面质量表面质量和生产率生产率。粗磨粗磨磨削量较大、效率高，宜用粒度粗粒度粗的砂轮；精磨精磨为获得高的加工精度，宜用粒度细粒度细的砂轮。材料软、塑性大材料软、塑性大时，为避免避免砂轮堵塞应选用粒度粗。大面积磨削，为避免过度发热而引起工件表面烧伤为避免过度发热而引

3、起工件表面烧伤，应选粒度粗。6.1.3 6.1.3 结合剂结合剂将磨粒粘结在一起，具有必要的形状、强度形状、强度表6-3常用结合剂的性能及适用范围磨粒在外力作用下从其表面脱落的难易程度。磨粒容易脱落，砂轮硬度软，反之则硬。6.1.4 6.1.4 硬度硬度表表 6-4 砂轮的硬度等级名称及代号砂轮的硬度等级名称及代号砂轮硬度的选用原则砂轮硬度的选用原则:工件材料越硬越硬，应选用越软越软的砂轮。磨削面积较大时，磨粒易磨损，应选较软较软的砂轮。半精磨与粗磨相比，需用较软的砂轮。精磨和成形磨削时，需用较硬的砂轮。GB2484-84GB2484-84规定个15组织号：0、114，0号最致密，14号最疏松

4、。6.1.5 6.1.5 组织组织磨粒、结合剂和气孔之间体积的体积的比例关系磨粒占百分比越大，组织越致密，反之疏松。选取：磨削钢、铸铁钢、铸铁，中等组织砂轮；成型磨削、精密磨削，组织紧密砂轮图图 6-1 6-1 砂轮的组织砂轮的组织 磨料磨料结合剂结合剂气孔气孔组织组织磨粒、结合剂、气孔之间体积的体积的比例关系表表 6-5 砂轮组织的分级砂轮组织的分级6.1.5 6.1.5 砂轮的形状砂轮的形状表表 6-6 常用砂轮形状、代号及用途常用砂轮形状、代号及用途砂轮的特性参数，一般都标在砂轮的端面上。A 60 S V 6 P 300 30 75|磨料磨料 粒度粒度 硬度 结合剂结合剂 组织组织 形状

5、 外径 厚度 内径砂轮的标记示例如下：超硬磨具：超硬磨具：用金刚石金刚石、立方碳化硼立方碳化硼等高硬度高硬度磨料制成的磨具。金刚石砂轮6.2 6.2 磨磨 削削 原原 理理 6.2.1 6.2.1 磨料的形状特征磨料的形状特征 形状很不很不规则，但大多呈菱形八面体呈菱形八面体。顶锥角在80145范围内，但大多数顶锥角为 9090 120120。6.2.2 6.2.2 磨屑形成过程磨屑形成过程磨削过程磨削过程磨具上的无数个磨粒的微切削刃对工件 表面的微切削过程。图图 6-2 磨粒的切削过程磨粒的切削过程单个磨粒的磨削过程分三个阶段1、滑擦阶段滑擦阶段：磨粒切削刃刚开始与工件接触，切削厚度由零开始

6、逐渐增大，实际磨粒并未切削工件，而只是在其表面滑擦而过，工件仅产生弹性变形。特征特征：磨粒与工件之间的相互作用主要是摩擦作用，其结 果是磨削区产生大量的热，使工件温度升高。2、耕梨阶段（耕梨阶段（也称刻划阶段）：当磨粒继续切入工件，工件表面产生塑性变形，使磨粒前方受挤压的金属向两边塑性流动，在工件表面上耕梨出沟槽，而沟槽的两侧微微隆起。特征特征：工件表层材料在磨粒的作用下，产生塑性变形，表 层组织内产生变形强化。3、切削阶段切削阶段磨粒继续向工件切入，切削厚度不断增大，达到临界值时，被磨粒挤压的金属材料产生剪切滑移而行成切屑。砂轮上磨粒随机分布，形状高低各不相同，实际上：实际上：凸起、锋利的磨

7、粒：凸起、锋利的磨粒：起切削作用起切削作用凸起较小、较钝的磨粒：凸起较小、较钝的磨粒：起刻滑、挤压作用起刻滑、挤压作用。凹下、更钝的磨粒：凹下、更钝的磨粒：起滑擦作用起滑擦作用。磨削过程是 切削、刻滑、滑擦三个作用的综合。径向分力径向分力 F F x x 与砂轮轴、工件的变形及振动有关，影响加工精度、质量 6.2.3 6.2.3 磨削力的主要特征磨削力的主要特征 磨削力磨削力可分解为互相垂直的三个分力可分解为互相垂直的三个分力:切向力切向力F Fy y 径向力径向力F Fx x 轴向力轴向力F Fz z 且，且，径向力径向力Fx最最大，大，是是Fy的的2-4倍倍图图 6-3 6-3 磨削力磨削

8、力 6.2.4 6.2.4 磨削温度基本概念磨削温度基本概念 磨削时，切除单位体积切削层所削耗的功率为车、铣等的1020倍，且大部分转变为热能，使磨削区形成高温。磨粒磨削点温度磨粒磨削点温度 指磨粒切削刃与切屑点的温度，是磨削中温度 最高的部位，达100010001400 1400，它影响加工质量，砂轮磨损加工质量，砂轮磨损。磨削区温度磨削区温度 是砂轮与工件接触区的平均温度，约有500800，它与磨削烧伤磨削烧伤和磨削裂纹磨削裂纹的产生有密切关系 工件平均温度工件平均温度 指磨削热传入工件而引起的工件温升，它影响工件的形状、尺寸工件的形状、尺寸精度。合理选用砂轮合理选用砂轮例如：例如：大气孔

9、砂轮散热好，不易堵塞，能有效地避免烧伤。合理选用磨削用量合理选用磨削用量采取良好的冷却措施。采取良好的冷却措施。例如：例如：用大流量、性能好的冷却液。表面烧伤损坏零件表层组织，使用寿命，表面烧伤损坏零件表层组织，使用寿命，预防措施：6.2.5 6.2.5 砂轮的磨损及耐用度砂轮的磨损及耐用度 砂轮磨损有三种形态：磨耗磨耗磨损、破碎破碎磨损及脱落脱落磨损。(1)磨耗磨损砂轮磨粒上形成磨损小棱面，在磨削过程中，由 于工件硬质点的机械摩擦，高温氧化及扩散等作 用均会使磨粒切刃产生耗损钝化。教材：P144，自学！(2)(2)破碎磨损破碎磨损磨粒在磨削过程中，经受反复多次急热急冷，在磨粒表 面形成极大的

10、热应力 最后磨粒沿某面出现局部破碎。(3)(3)脱落磨损脱落磨损磨削过程中，随磨削温度的上升，结合剂强度相应下降。当磨削力增大超过结合剂强度时，整个磨粒从砂轮上脱落，即成脱落磨损。砂轮磨损的结果，导致磨削性能的恶化，主要形式有钝化型、脱落型及堵塞型当砂轮硬度较高，修整较细，磨削载荷较轻时，易出现钝化型。这时，加工表而质量虽较好，但金属切除率显著下降。当砂轮硬度较低，修整较粗，磨削载荷较重时，易出现脱落型。这时，砂轮廓形失真，严重影响磨削表面质量及加工精度。磨削碳钢时切屑在磨削高温下发生软化，嵌塞在砂轮空隙处，形成嵌入式堵塞；磨削钛合金时，由于切屑与磨粒的亲合力强，使切屑熔结粘附于磨粒上，形成粘

11、附式堵塞。砂轮堵塞后磨削力及温度剧增，表面质量明显下降。6.3 6.3 常用磨床的类型及功用常用磨床的类型及功用磨床磨床用磨具（砂轮、砂带、等）作工具对工件表面进行磨削加工的机床。磨削加工的机床。常见磨床：外圆常见磨床：外圆磨床、万能万能磨床、内圆内圆磨床、平面平面磨床、工工刃刃具具磨床，6.3.1 M1432A 6.3.1 M1432A 型万能外圆磨床型万能外圆磨床M1432A是万能外圆磨床。磨削精度精度IT6IT6IT7IT7 外圆或内孔，粗糙度在粗糙度在Ra1.25Ra1.250.08m0.08m。特点：特点：通用性通用性较好，但生产率生产率较低，适用于单件小批生产。单件小批生产。M14

12、32AM1432A主要参数主要参数磨削外圆直径磨削外圆直径 8 8320 320 mm 磨削内圆直径磨削内圆直径 3030100 100 mm最大磨削长度最大磨削长度 外圆外圆 1000/1500/2000 内圆内圆 125mm砂轮尺寸40050203图图64 M1432A万能外圆磨床万能外圆磨床头架头架图图 6-5 M1432A 型万能型万能外圆外圆磨床典型加工示意图磨床典型加工示意图外圆磨削外圆磨削（按（按进给进给方向）方向）纵磨法纵磨法横磨法横磨法磨削效率低，磨削力小,散热条件好,磨削精度和表面质量好广泛采用。磨削效率高高，磨削力大大,散热条件不好不好,影响影响磨削精度和表面质量。纵磨削

13、纵磨削（图6-5a、b、d）工件旋转工件旋转并与并与工作台工作台一起作纵向往复运动往复运动f 纵纵。横磨法横磨法（图6-5c），工件只作旋转旋转运动，无纵向往复运动；砂轮作连续的横向进给连续的横向进给运动。图6-6M1432A型万能外圆磨床机械传动系统图6.3.2 6.3.2 平面磨床平面磨床平面磨床主要用于主要用于磨削各种平面平面平面平面磨削周边磨削端面磨削优点：优点：砂轮的周边磨削工件，接触面积小，磨擦发热少，排屑及冷却条件好、工件变形小，磨损均匀，精度高。缺点：缺点：砂轮轴水平水平，呈悬臂状态，刚性差，磨削用量小小，生产效率低。周边磨削端面磨削优点：优点：砂轮的端面端面磨削工件，砂轮轴伸

14、出较短刚性好刚性好，磨削用量大，生产效率高高。缺点：缺点：发热量大，冷却条件差，排屑困难，工件热变形大，表面易烧伤。磨削质量差。卧轴矩台式卧轴矩台式立轴矩台式立轴矩台式立轴圆台式立轴圆台式卧轴圆台式卧轴圆台式图图 6-7 6-7 平面磨床加工示意图平面磨床加工示意图平面磨床的工作台有矩形和圆形两种。矩形：矩形：加工长工件；圆形圆形：加工短工件或圆工件的端面。常见的平面磨削方式有四种，如图2-10所示。上上图补充：充：(a)周边磨削(b)端面磨削卧轴矩台平面磨床立柱床身工作台砂轮架滑座立轴圆台平面磨床立柱床身工作台砂轮架6.3.3 6.3.3 内圆磨床内圆磨床类型：类型：普通内圆普通内圆磨床、无

15、心内圆无心内圆磨床和行星运动内圆行星运动内圆磨床。普通内圆磨床应用最广。应用：应用：磨削圆柱形或圆锥形的通孔、盲孔、阶梯孔通孔、盲孔、阶梯孔等。图6-8普通内圆磨床的磨削方法纵磨法纵磨法磨孔切入法切入法磨孔端面磨削法磨削端面磨削端面周面磨削法磨削端面磨削端面砂轮砂轮高速旋转作主运动作主运动nc，工件旋转作圆周运动nw，同时砂轮或工件砂轮或工件沿其轴线往复运动作纵向纵向进给运动fa，工件沿其径向作横向进给fr内圆磨削运动与外圆磨相比较，内圆磨内圆磨特点：三爪卡盘砂轮工件 砂轮的的许用转速许用转速转速要求高。砂轮受到孔径尺寸限制，砂轮轴径一般为孔径的0.50.9倍，刚性较差，影响磨孔质量和效率。内

16、圆磨床外形内圆磨床外形6.3.4 6.3.4 无心无心（外圆）磨床磨床无心外圆磨削是外圆磨削的一种特殊形式。图图 6-9 无心磨床磨削示意图无心磨床磨削示意图贯穿贯穿磨削法切入切入磨削法砂轮砂轮 导轮导轮托板托板挡销挡销工件工件砂轮砂轮 导轮导轮无心外圆磨削无心外圆磨削贯穿贯穿磨削（纵纵磨）切入切入磨削（横横磨）工作原理工作原理：磨削时，工件5放在砂轮1和导轮2之间，用托板3支承。工件工件5由导轮导轮2的摩擦力带动旋转。工件5的线速度等于导轮2的线速度：1050m/min而砂轮1的线速度很高，所以砂轮砂轮1与工件工件2之间有很大的切削速度。无心磨示意图无心磨示意图无心外圆磨床无心外圆磨床6.4

17、 6.4 表面光整加工方法表面光整加工方法光整加工光整加工是指超精研超精研、研磨研磨、珩磨珩磨和抛光抛光加工。作用：作用：降低粗糙度粗糙度，而形状精度形状精度和位置精度位置精度则主要由前面工序保证。6.4.1 6.4.1 超精研超精研：超精研是降低零件表面粗糙度零件表面粗糙度的一种有效方法。1.超精研的工作原理磨条在一定压力和速度下作往复运动，对工件进行光整加工：图图 6-10 超精研加工原理超精研加工原理1工件低速回转运动工件低速回转运动2磨条轴向进给运动3磨条磨条高速往复振摆运动往复振摆运动2.超精研的切削过程 超精研与磨削不同，一般分为四个阶段：（1 1）强烈切削阶段：）强烈切削阶段：开

18、始研磨时，工件表面粗糙，故切削作用强烈。（2 2）正常切削阶段：）正常切削阶段：少数凸峰被磨平之后，接触面积增加，切削作用减弱。（3 3）微弱切削阶段：）微弱切削阶段：接触面积更大，压力更低，细小的切屑嵌入磨条的空隙 中，使磨条产生光滑表面，对工件表面进行抛光。（4 4）自动停止自动停止阶段：阶段：表面被研平，接触处压力极低；磨条与工件之间有 油膜，不再接触，故切削自动停止。上述整个加工过程整个加工过程时间约30s30s左右，生产率较高较高。6.4.2 6.4.2 研研磨磨研磨研磨是一种最常用的光整加工光整加工和精密加工精密加工方法。应用：应用：多用于精密偶件精密偶件、精密量规和精密量块精密量

19、块等的最终加工。粗糙度R z 0.04 0.4如：柱塞柱塞和柱套原理：原理：通过工件工件与研具研具间研磨液研磨液的流动，在工件和研磨剂间产生摩擦摩擦 或化学作用化学作用来去除微小加工余量。图6-11 研磨加工原理示意图研磨加工原理示意图1.研磨加工的特点（1）研具）研具比工件软工件软：如铸铁、铜、青铜、塑料及硬木等，有时也用钢钢做研具。（2）研磨加工包含：）研磨加工包含：磨粒切削机械机械作用、化学化学作用。（3）研具和工件的相对运动相对运动轨迹轨迹复杂。复杂。（4）研磨的尺寸精度和粗糙度好，但不能提高工件表面间的位置精度。位置精度。2.研具研具研具的材料应软硬适当软硬适当，一般选用：比工件材料

20、软软且组织均匀组织均匀的材料。铸铁铸铁是制造研具的常用材料。制造研具的常用材料。铸铁研具铸铁研具适用于加工各种各种材料的工件，能保证较好的研磨质量和较高的生产率，且研具制造容易，成本也较低。3.研磨剂 研磨剂是磨料、油脂混合起来的一种混合剂。4.研磨参数（1）磨料粒度磨料的粒度磨料的粒度要根据加工表面的粗糙度来选择：粒度细粗糙度值小。粗研粗研时为了提高生产率，用较粗的粒度，如W28W40；精研精研时则用较细的粒度，如W5W28；镜面研磨镜面研磨时则用更细的粒度W1W3.5，甚至用W0.5的。（2）研磨速度（2）研磨速度研磨速度低低，一般0.5ms，精密研磨0.16ms（3）研磨余量为了提高生产

21、效率，研磨余量应尽量小：手工研磨不大于10m机械研磨15m（4）研磨压强手工研磨时主要靠操作者的感觉来确定；机械研磨时，可用0.010.03MPa。粗研时用0.10.3MPa，精研时用0.010.1MPa。6.4.3 6.4.3 珩珩磨磨珩磨是常用的一种光整加工一种光整加工方法，可降低加工表面的粗糙度值。原理：原理：珩磨与超精研相同，开始珩磨轮珩磨轮与工件接触面积小，单位面积压力大，切削作用强烈。随着工件加工表面的凸峰被逐渐磨平，压强下降，磨粒的切削作用也就逐渐趋于停止。珩磨加工后的表面粗糙度一般为R z 0.4 R z 3.2成形运动成形运动 一根油石在双行程中的切削轨迹一根油石在双行程中的

22、切削轨迹 1、2、3、4 形成纹痕的顺序形成纹痕的顺序 网纹交叉网纹交叉角图图 6-12 珩磨运动及其切削轨迹珩磨运动及其切削轨迹珩磨轮珩磨轮应用：应用：珩磨加工主要用于内孔内孔表面，但也可以对外圆或齿形表面进行加工。珩磨油石有三种运动：珩磨油石有三种运动：旋转旋转、往复往复和施加压力的径向径向运动。旋转旋转和往往 复复 是珩磨的主要运动，径向径向加压是油石的进给运动。6.4.4 6.4.4 抛光抛光抛光抛光与研磨研磨的区别是：抛光抛光工具由软质材料制成（如无纺布无纺布等）。图图 6-13 抛光加工原理示意图抛光粗糙度R z 0.8 R z 0.1抛光抛光应用：应用：抛光常用于去掉前工序去掉前

23、工序所留下来的痕迹，或者叫“打光打光”加工表面。6.5 6.5 砂带磨削砂带磨削 6.5.1 砂带磨削砂带磨削机理砂带磨销砂带磨销用砂带作为切削工具的一种新型新型加工方法。砂带砂带涂满砂粒的环形带状布。表面粗糙度R a 0.050.01图6-15 砂带结构砂带结构砂带磨削兼有磨削、研磨磨削、研磨和抛光抛光的综合作用，是一种复合加工6.5.2 砂带磨削特点砂带磨削特点及应用范围应用范围砂带磨削（1）磨削表面质量好）磨削表面质量好：与工件柔性接触，磨粒载荷小且均匀，能减振，有“弹性磨削”之称。工件受力小，发热少，可获得好的加工表面质量Ra0.050.01m。（2）磨削性能强：）磨削性能强：磨粒有方

24、向性，尖端向上切削刃间隔大，砂轮不易堵塞，有较好的切削性，后“冷态冷态”磨削之称。（3）磨削效率高）磨削效率高：强力砂带磨削，磨削比大，有“高效磨削”之称。加工效率是铣削的10倍。（4）经济性好）经济性好设备简单，无须平衡和修整，砂带制作方便，成本低。砂带磨削成本只是砂轮磨削的1/3，是一种“廉价廉价”磨削。（5）适用范围广）适用范围广可用于加工外圆、内圆、平面及成型表面。砂带磨削更换砂带方便，使用安全。挤压研磨抛光挤压研磨抛光 挤压研磨抛光属于磨料流动加工，也称挤压研磨。它不仅以对零件表面进行光整加工，还可以去除零件内部通道上的毛刺。挤压研磨抛光加工过程示意图1-上磨室 2-上活塞 3-研磨

25、抛光剂 4-夹具 5-工件 6-下磨室 7-下活塞7.4 7.4 挤压研磨抛光挤压研磨抛光挤压研磨抛光挤压研磨抛光v特点如下：1）适用范围广 由于研磨抛光剂是一种半流体状态的弹粘性介质，它可以和任何复 杂形状的被加工表面相吻合，所以适用于各种复杂表面的加工。同时加工材料范围广，无论是高硬度模具材料，还是铸铁、铜、铅等材料，以及陶瓷、硬塑料等非金属材料。2）抛光效果好 抛光后尺寸精度、表面粗糙度和抛光前的原始状态有关。经过电火花线切割加工后的表面，经挤压研磨抛光后表面粗糙度可达Ra0.040.05m，尺寸精度可达0.010.0025mm，完全可以去除电火花加工的表面质量缺陷。但是挤压研磨抛光属于

26、均匀“切削”，它不能修正原始加工的形状误差。3）研磨抛光效率高 挤压研磨抛光的加工余量一般为0.010.1mm，所需要的研磨抛光时间为几分钟至十几分钟即可完成。与手工研磨抛光相比，大大提高了生产率。喷丸抛光喷丸抛光 喷丸抛光是利用含有微细玻璃球的高速干燥流对被抛光表面进行喷射，去除表面微量金属材料，降低表面粗糙度。喷丸抛光不同于喷吵，所使用的磨料类型不同，而且喷丸抛光所用的玻璃球更细，喷射后的玻璃球并不循环使用。喷丸抛光加工1-压缩气瓶2-过滤器3-压力表4-振动器5-磨料室和混合室6-控制阀7-手柄8-排气罩9-收集器10-工件11-喷嘴喷丸抛光工艺参数：1）磨料 喷丸抛光所用的磨料为玻璃球

27、，磨料颗粒尺寸为10-150m。2）载体气体 喷丸抛光的载体气体可用干燥空气、二氧化碳，但不得用氧气。气体流量为28L/min左右，气体压力为0.21.3Mpa，流速为152335m/s。3)喷嘴 喷嘴材料要求耐磨性好，多采用硬质合金材料。喷嘴口径为0.131.2mm。影响喷丸抛光的因素主要有磨料粒度、喷嘴直径、喷嘴到加工表面的距离、喷射速度和喷射角度等。喷丸抛光在模具加工中的应用，主要用于成形表面在电火花加工后，去除电火花加工表面变质层。图22 挤压研磨抛光加工示意图1上磨室；2上活塞；3研磨抛光剂；4夹具；5工件；6下磨室；7下活塞图23 挤压研磨抛光夹具(a)阶梯型孔 (b)凸模 (c)

28、,(d)型腔1模具；2夹具研磨方法研磨方法 （1）研磨平面 （2）研磨内圆 （3）研磨外圆 加工要素 内 容 驱动方式手动、机动、数字控制 加工方式 运动形式回转、往复 加工面数单面、双面 材料硬质(淬火钢，铸铁)，软质(木材，塑料)研 具 表面状态平滑、沟槽、孔穴 形状平面、圆柱面、球面、成型面 材料金属氧化物，金属碳化物，氮化物，硼化物 磨 料 粒度数十 um00l um 材质硬度、韧性 种类油性、水性研磨液 作用冷却、润滑、活性化学作用 相对运动1100 mmin 加工参数 压力0.00130MPa 时间视加工条件而定 温度视加工要求而定，超精密型为(201)oC 环 境 净化视加工要求而定，超精密型为净化间l 000100级研磨抛光的加工要素研磨抛光的加工要素研磨抛光的加工要素研磨抛光的加工要素常用研磨抛光液及用途常用研磨抛光液及用途工件材料研磨抛光液钢粗研煤油3份，全损耗系统用油1份，透平油或锭子油少量轻质矿物油适量精研全损耗系统用油铸铁煤油铜动物油（熟猪油与磨料拌成糊状，再加30倍煤油），适量锭子油和植物油淬火钢，不锈钢植物油、透平硼或乳化油硬质合金航空汽油圆盘式磨光机手持往复式研抛头的应用用手持直式研抛头进行加工抛光注意事项抛光时，其抛光的运动方向应经常变换，否则会有纹路出现；前一道工序结束后，必须将杂物清除；复杂的凸、凹模及型腔型面的抛光，可以采用乙醇作为抛光液。