第7章-磨削加工

第第7 7章章-磨削加工磨削加工一、磨削加工特点一、磨削加工特点（1 1）加工余量少，加工精度高加工余量少，加工精度高。一般磨削可获得。一般磨削可获得 IT5IT57 7级精度，表面粗糙度可达级精度，表面粗糙度可达Ra0.2Ra0.21.6um1.6um。各种表面：内外圆表面、圆锥面、平面、齿面、螺旋面各种表面：内外圆表面、圆锥面、平面、齿面、螺旋面 各种材料：普通塑性材料、铸件等脆材、淬硬钢、硬质各种材料：普通塑性材料、铸件等脆材、淬硬钢、硬质 合金、宝石等高硬度难切削材料。合金、宝石等高硬度难切削材料。（2 2）磨削加工范围广磨削加工范围广（3 3）磨削速度高、耗能多，切削效率低，磨削温度）磨削速度高、耗能多，切削效率低，磨削温度高，工件表面高，工件表面易产生烧伤、残余应力等缺陷易产生烧伤、残余应力等缺陷。（4 4）砂轮有一定的自锐性砂轮有一定的自锐性。第第7章章 磨削加工磨削加工磨削是一种精加工方法。可加工高硬度材料。可加工各种表面。磨削加工技能视频磨削加工技能视频二、磨具的特性及其选用二、磨具的特性及其选用1 1、磨具的类型、磨具的类型普通磨具普通磨具：用刚玉类、碳化硅类、碳化硼类磨料用刚玉类、碳化硅类、碳化硼类磨料制成的磨具。制成的磨具。超硬磨具：超硬磨具：用金刚石、立方氮化硼等高硬度磨料用金刚石、立方氮化硼等高硬度磨料制成的磨具。制成的磨具。固结磨具：固结磨具：砂轮、油石、砂瓦、磨头、抛磨块砂轮、油石、砂瓦、磨头、抛磨块涂附磨具：涂附磨具：砂布、砂纸、砂带砂布、砂纸、砂带研磨膏：研磨膏：由磨料和研磨抛光液组成的抛光剂。由磨料和研磨抛光液组成的抛光剂。二、磨具的特性及其选用二、磨具的特性及其选用2.砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用主要起切削作用主要起切削作用主要起粘接作用主要起粘接作用主要起容屑和冷却作用主要起容屑和冷却作用砂轮由磨料、结合剂及气孔组成。砂轮由磨料、结合剂及气孔组成。砂轮特性决定于砂轮特性决定于磨料磨料,粒度粒度,结合结合剂剂,硬度硬度,组织及形状尺寸组织及形状尺寸。2.砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用1）砂轮的磨料）砂轮的磨料磨磨料料氧化物氧化物碳化物碳化物超硬磨料超硬磨料棕刚玉棕刚玉白刚玉白刚玉络刚玉络刚玉黑色碳化硅黑色碳化硅绿色碳化硅绿色碳化硅碳化硼碳化硼人造金刚石人造金刚石立方氮化硼立方氮化硼磨削碳钢、合金钢、磨削碳钢、合金钢、通用高速钢通用高速钢磨削硬铸铁、硬质磨削硬铸铁、硬质合金、非铁金属合金、非铁金属磨削硬脆材料、硬磨削硬脆材料、硬质合金、宝石、高质合金、宝石、高温合金温合金取决于工件材料的硬度取决于工件材料的硬度磨料磨料应有锋利的形状、高硬度和热硬性、适当的坚韧性。应有锋利的形状、高硬度和热硬性、适当的坚韧性。2.砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用2）砂轮硬度砂轮硬度由结合剂的强度和数量决定由结合剂的强度和数量决定工件材料软工件材料软硬砂轮硬砂轮（磨有色金属除外磨有色金属除外）工件材料硬工件材料硬软砂轮软砂轮选择原则：选择原则：指砂轮工作时在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。指砂轮工作时在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬度无关。硬度高，磨料不易脱落；硬度低，自锐性好。度无关。硬度高，磨料不易脱落；硬度低，自锐性好。硬度分硬度分7 7大级大级(超软、软、中软、中、中硬、硬、超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬超硬)，1616小级。小级。砂轮硬度选择原则砂轮硬度选择原则：磨削磨削硬硬材，选材，选软软砂轮；磨削砂轮；磨削软软材，选材，选硬硬砂轮；砂轮；磨磨导热性差导热性差的材料，不易散热，选的材料，不易散热，选软软砂轮以免工砂轮以免工件烧伤；磨件烧伤；磨有色金属有色金属，选较，选较软软的砂轮；的砂轮；砂轮与工件接触面积大时，选较砂轮与工件接触面积大时，选较软软的砂轮；的砂轮；成形磨成形磨精精磨时，选磨时，选硬硬砂轮；砂轮；粗粗磨时选较磨时选较软软的砂轮的砂轮。2.砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用2）砂轮硬度砂轮硬度2.砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用3）磨料粒度）磨料粒度取决于加工表面的粗糙度取决于加工表面的粗糙度磨粒磨粒微粉微粉35m/s高速磨削或磨槽高速磨削或磨槽2.砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用5）砂轮的组织）砂轮的组织取决于容屑空间取决于容屑空间选择原则：选择原则：一般选用中等组织号的砂轮。一般选用中等组织号的砂轮。砂轮组织号砂轮组织号用来表示砂轮结构紧密程度，是磨用来表示砂轮结构紧密程度，是磨粒在磨料中占有体积的百分数。粒在磨料中占有体积的百分数。组织组织反映砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的比反映砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的比例关系，即砂轮结构的疏密程度，分紧密、中等、疏例关系，即砂轮结构的疏密程度，分紧密、中等、疏松三类松三类13级。级。紧密组织紧密组织成形性好，加工质量高，适于成形磨、成形性好，加工质量高，适于成形磨、精密磨削和强力磨削。精密磨削和强力磨削。中等组织中等组织适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃磨等。磨等。疏松组织疏松组织不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨平面、内圆等接触面积较大时，磨削热敏感性强的材平面、内圆等接触面积较大时，磨削热敏感性强的材料或薄件。料或薄件。2.砂轮的特性及选用砂轮的特性及选用5）砂轮的组织）砂轮的组织取决于容屑空间取决于容屑空间3.砂轮的型号、代号、标记和尺寸砂轮的型号、代号、标记和尺寸形状形状尺寸尺寸磨料磨料粒度号粒度号硬度硬度组织号组织号结合剂结合剂最高线速度最高线速度形状例：例：P3003075WA60L6V35外径厚度内径白刚玉粒度号硬度组织号结合剂最高线速度砂轮的标志方法砂轮的标志方法 按按GB248484GB248484规定，标志顺序如下：磨具形状、尺规定，标志顺序如下：磨具形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速度。砂轮标志方法见示例：度。砂轮标志方法见示例：砂轮的修整砂轮的修整 磨损表现为磨耗磨损和破碎磨损。自锐性有限，磨损表现为磨耗磨损和破碎磨损。自锐性有限，应及时修整，保证砂轮有合理使用寿命，否则引起振应及时修整，保证砂轮有合理使用寿命，否则引起振动、动、RaRa值增大、表面烧伤或裂纹等。值增大、表面烧伤或裂纹等。砂轮修整除用于磨损砂轮外，还用于以下场合：砂轮修整除用于磨损砂轮外，还用于以下场合：砂轮被切屑堵塞；砂轮被切屑堵塞；部分工材粘结在磨粒上；部分工材粘结在磨粒上；砂轮廓形失真；砂轮廓形失真；精密磨中的精细修整等。精密磨中的精细修整等。常用修整工具是单颗粒金刚石。常用修整工具是单颗粒金刚石。三、磨削过程三、磨削过程1.砂轮工作表面的形貌特征砂轮工作表面的形貌特征1）磨粒在砂轮工作表面上是）磨粒在砂轮工作表面上是随机分布的；随机分布的；2）每一颗磨粒的形状和大小）每一颗磨粒的形状和大小都是不规则的。都是不规则的。三、磨削过程三、磨削过程1.砂轮工作表面的形貌特征砂轮工作表面的形貌特征 三、磨削过程三、磨削过程2.磨屑的形成过程磨屑的形成过程单个磨粒的磨削过程分为三个单个磨粒的磨削过程分为三个阶段：阶段：1）滑擦阶段滑擦阶段磨粒只是在工件表面滑擦而过，磨粒只是在工件表面滑擦而过，并未切削工件，工件仅产生弹并未切削工件，工件仅产生弹性变形。这一阶段由于摩擦作性变形。这一阶段由于摩擦作用产生大量的热能使工件温度用产生大量的热能使工件温度升高。升高。三、磨削过程三、磨削过程2）耕犁阶段（刻划阶段）耕犁阶段（刻划阶段）磨粒切入工件，在工件上耕犁出沟槽，工件产生塑磨粒切入工件，在工件上耕犁出沟槽，工件产生塑性变形，表层产生变形强化。性变形，表层产生变形强化。3）切削阶段切削阶段磨粒切入工件磨粒切入工件，使被挤压金属产生剪切滑移形成切，使被挤压金属产生剪切滑移形成切屑。这一阶段以切削为主，也有表层变形强化。屑。这一阶段以切削为主，也有表层变形强化。3、磨削的三个阶段：、磨削的三个阶段：光磨阶段：光磨阶段：进给停止，由于工艺进给停止，由于工艺系统弹性恢复，实际系统弹性恢复，实际磨削深度并不为零，磨削深度并不为零，增加磨削次数，磨削增加磨削次数，磨削深度逐渐趋于零，工深度逐渐趋于零，工件的精度和表面质量件的精度和表面质量逐渐提高。逐渐提高。稳磨阶段：稳磨阶段：实际磨削深度等于进给量。实际磨削深度等于进给量。初磨阶段初磨阶段:由于工艺系统弹性变形，实际磨削深度小由于工艺系统弹性变形，实际磨削深度小于进给量。于进给量。磨削规律的应用磨削规律的应用 在开始磨削时，采用较大的径向进在开始磨削时，采用较大的径向进给量，压缩初磨和稳定阶段，以提高给量，压缩初磨和稳定阶段，以提高生产效率；适当增长光磨时间，可更生产效率；适当增长光磨时间，可更好地提高工件的表面质量。好地提高工件的表面质量。4.磨削力和磨削温度磨削力和磨削温度1）磨削力的主要特征）磨削力的主要特征 切向力切向力Fc径向力径向力Fp轴向力轴向力Fa 其中径向力最大，直其中径向力最大，直接影响工艺系统变形接影响工艺系统变形和加工精度。和加工精度。4.磨削力和磨削温度磨削力和磨削温度2 2）磨削热磨削热 磨削产生的高温是产生磨削表面烧伤、残余应力磨削产生的高温是产生磨削表面烧伤、残余应力和表面裂纹的原因。和表面裂纹的原因。表面烧伤表面烧伤：指磨削过程中磨削表面层金属在高温下产指磨削过程中磨削表面层金属在高温下产生相变，从而其硬度与塑性发生变化的现象。生相变，从而其硬度与塑性发生变化的现象。避免烧伤的措施：避免烧伤的措施：合理选用砂轮（合理选用砂轮（可选硬度较软，组织疏松的砂轮可选硬度较软，组织疏松的砂轮）合理选择磨削用量（合理选择磨削用量（提高圆周进给速度和轴向进给提高圆周进给速度和轴向进给量，减少工件与砂轮接触时间。量，减少工件与砂轮接触时间。）采用良好的冷却措施（采用良好的冷却措施（加大冷却液流量加大冷却液流量）四、磨削加工类型与运动四、磨削加工类型与运动常用的磨削方法：常用的磨削方法：外圆磨削外圆磨削 平面磨削平面磨削 内圆磨削内圆磨削 成型磨削成型磨削 无心外圆磨削无心外圆磨削四、磨削加工类型与运动四、磨削加工类型与运动纵磨法磨外圆纵磨法磨外圆周边磨削平面周边磨削平面 磨削的主运动磨削的主运动m/s工件的切向进给运动工件的切向进给运动VWm/s或m/min 工件轴向进给运动工件轴向进给运动famm/r或mm/st 径向进给量径向进给量frmm1、外圆磨削 主运动主运动砂轮旋转砂轮旋转 进给运动进给运动工件旋转、移动工件旋转、移动 吃刀运动吃刀运动砂轮、工件的相对径向移动砂轮、工件的相对径向移动工艺范围工艺范围：圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面、特殊形状回转面圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面、特殊形状回转面磨外圆视频磨外圆视频1、外圆磨削外圆磨削按不同的进给方向分为纵磨海参和横磨法。外圆磨削按不同的进给方向分为纵磨海参和横磨法。纵磨法：纵磨法：磨外圆时，工件同时作圆周进给和沿轴向作纵磨外圆时，工件同时作圆周进给和沿轴向作纵向进给，每单行程或往复行程终了，砂轮作周期的横向向进给，每单行程或往复行程终了，砂轮作周期的横向进给。（磨削力小，散热条件好，运用广泛）进给。（磨削力小，散热条件好，运用广泛）横磨法：横磨法：磨外圆时，工件不作纵向进给，砂轮以缓慢的磨外圆时，工件不作纵向进给，砂轮以缓慢的速度连续或断续地沿工件径向作横向进给。速度连续或断续地沿工件径向作横向进给。（砂轮宽度大于磨削宽度，适于成形磨削，一次行程完（砂轮宽度大于磨削宽度，适于成形磨削，一次行程完成磨削加工全过程，效率高。磨削力大，磨削热集中。）成磨削加工全过程，效率高。磨削力大，磨削热集中。）2、内圆磨削 主运动主运动砂轮旋转砂轮旋转 进给运动进给运动工件旋转作圆周进给，工件或砂轮纵向工件旋转作圆周进给，工件或砂轮纵向 往复移动和横向进给运动。往复移动和横向进给运动。工艺范围：通孔、盲孔、孔口端面工艺范围：通孔、盲孔、孔口端面磨内孔视频磨内孔视频内圆磨削特点内圆磨削特点：1、砂轮直径小，容易磨钝，需经常修整和更换。、砂轮直径小，容易磨钝，需经常修整和更换。2、为保证磨削速度，砂轮转速要求高。、为保证磨削速度，砂轮转速要求高。3、砂轮轴细小，悬伸长度大，刚性差，磨削时易、砂轮轴细小，悬伸长度大，刚性差，磨削时易弯曲和振动，加工精度弯曲和振动，加工精度 和表面粗糙度难于控制。和表面粗糙度难于控制。2、内圆磨削3、平面磨削周边磨削：周边磨削：砂轮周边为磨削工作面，砂轮周边为磨削工作面，接触面小，发热小，排屑及接触面小，发热小，排屑及冷却条件好，工件受热变形冷却条件好，工件受热变形小，砂轮磨损均匀，加工精小，砂轮磨损均匀，加工精度高，生产效率低。度高，生产效率低。端面磨削：端面磨削：砂轮端面为磨削工作面，砂轮端面为磨削工作面，接触面大，发热多，排屑及接触面大，发热多，排屑及冷却条件差，工件受热变形冷却条件差，工件受热变形大，砂轮磨损不均匀，加工大，砂轮磨损不均匀，加工精度差，生产效率高。精度差，生产效率高。磨平面视频4、无心磨削、无心磨削 无心磨削是工件不定中心的磨削，有无心外圆磨无心磨削是工件不定中心的磨削，有无心外圆磨削和无心内圆磨削两种。削和无心内圆磨削两种。（1）工作原理）工作原理 工件放在砂轮和导轮之间，以被磨削表面为基准，工件放在砂轮和导轮之间，以被磨削表面为基准，支承在托板上。砂轮通过摩擦力带动工件转动，导支承在托板上。砂轮通过摩擦力带动工件转动，导轮靠摩擦力旋转，砂轮与工件间有很大的速度差而轮靠摩擦力旋转，砂轮与工件间有很大的速度差而产生磨削作用。工件中心须高出砂轮与导轮中心连产生磨削作用。工件中心须高出砂轮与导轮中心连线，这样工件与砂轮和导轮的接触点不对称，从而线，这样工件与砂轮和导轮的接触点不对称，从而使工件上的凸点在多次转动中逐渐磨圆。使工件上的凸点在多次转动中逐渐磨圆。无心外圆磨削无心外圆磨削1、砂轮；、砂轮；2、托板；、托板；3、导轮；、导轮；4、工件；、工件；5、挡块、挡块（2 2）磨削方式）磨削方式 无心外圆磨有两种方式无心外圆磨有两种方式：贯穿磨削法（纵磨法）：贯穿磨削法（纵磨法）和切入磨削法（横磨法）。和切入磨削法（横磨法）。贯穿磨削：贯穿磨削：导轮轴线在垂直平面内倾斜一个角度，导轮轴线在垂直平面内倾斜一个角度，工件从前面推入两砂轮之间，在导轮与工件间的水工件从前面推入两砂轮之间，在导轮与工件间的水平摩擦力的作用下，沿轴向移动，完成纵向进给。平摩擦力的作用下，沿轴向移动，完成纵向进给。（适用于不带凸台的圆柱形工件，磨削长可大于或适用于不带凸台的圆柱形工件，磨削长可大于或小于磨轮宽度，效率高。小于磨轮宽度，效率高。）切入磨削：切入磨削：将工件放在托板和导轮之间，使磨削砂将工件放在托板和导轮之间，使磨削砂轮横向切入进给，来磨削工件表面。导轮中心线需轮横向切入进给，来磨削工件表面。导轮中心线需偏转一个很小的角度（约定偏转一个很小的角度（约定3030）使工件在微小轴）使工件在微小轴向摩擦力的作用下紧靠挡块，得到可靠的轴向定位。向摩擦力的作用下紧靠挡块，得到可靠的轴向定位。外圆无心磨削方法特点：外圆无心磨削方法特点：1 1）工件不需打中心孔，支承刚性好，磨削余量小而均）工件不需打中心孔，支承刚性好，磨削余量小而均匀，匀，生产率高生产率高，易实现自动化，适合成批生产；，易实现自动化，适合成批生产；2 2）加工精度高加工精度高，其中尺寸精度可达，其中尺寸精度可达IT5-IT6IT5-IT6，形状精形状精度也比较好，表面粗糙度度也比较好，表面粗糙度Ra1.25-0.16m Ra1.25-0.16m；3 3）不能加工断续表面不能加工断续表面，如花键、单键槽表面。，如花键、单键槽表面。4 4）只能加工）只能加工尺寸较小形状简单的零件尺寸较小形状简单的零件。五、磨床五、磨床 磨床是用磨料磨具磨床是用磨料磨具(砂轮砂轮,砂带砂带,油石和油石和研磨料研磨料)为工具进行切削加工的机床。广为工具进行切削加工的机床。广泛用于零件的精加工泛用于零件的精加工,尤其是淬硬钢件尤其是淬硬钢件,高高硬度特殊材料及非金属材料硬度特殊材料及非金属材料(如陶瓷如陶瓷)的精的精加工。加工。磨床种类很多磨床种类很多,其主要类型有其主要类型有:外圆外圆磨磨床床,内圆内圆磨床磨床,平面平面磨床磨床,工具工具磨床，磨床，刀具刀具和刃具和刃具磨床及各种专门化磨床磨床及各种专门化磨床.如如曲轴曲轴磨磨床、床、凸轮凸轮磨床、磨床、齿轮齿轮磨床、磨床、螺纹螺纹磨床等。磨床等。此外还有珩磨机此外还有珩磨机,研磨机和超精加工机床研磨机和超精加工机床等。等。1、外圆磨床、外圆磨床 主要用于磨削内主要用于磨削内,外圆柱和圆锥表面外圆柱和圆锥表面,也能磨阶梯也能磨阶梯轴的轴肩和端面轴的轴肩和端面,可获得可获得IT6-IT7IT6-IT7及及精度精度RaRa在在1.25-1.25-0.080.08mm之间。之间。外圆磨床的主要类型有：普通外圆磨床、万能外外圆磨床的主要类型有：普通外圆磨床、万能外圆磨床，无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床和圆磨床，无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床和端面外端面外圆磨床等圆磨床等。主参数。主参数:最大磨削直径。最大磨削直径。万能型外圆磨床万能型外圆磨床加工各种典型表面时，机床各部加工各种典型表面时，机床各部件的相对位置关系和所需要的各种件的相对位置关系和所需要的各种运动运动：磨外圆砂轮的旋转运动磨外圆砂轮的旋转运动N砂；砂；磨内孔砂轮的旋转磨内孔砂轮的旋转运动运动N内；内；工件旋转运动工件旋转运动N周；周；工件纵向往复运动工件纵向往复运动F纵；纵；砂轮横向进给运动砂轮横向进给运动f横横（往复纵磨时是周期的间歇运（往复纵磨时是周期的间歇运动；切入磨削时动；切入磨削时是连续进给运动）。此外，机床还是连续进给运动）。此外，机床还有两个辅助运动：砂轮架的横向快速进退运动；尾架有两个辅助运动：砂轮架的横向快速进退运动；尾架套筒的伸缩移动。套筒的伸缩移动。万能外圆磨床外观图万能外圆磨床外观图床床身身横向进给手柄横向进给手柄脚踏操作板脚踏操作板尾座尾座横向进给机构横向进给机构砂轮架砂轮架内圆磨具内圆磨具工作台工作台头架头架 M1432A型万能外圆磨床典型加工示意图磨削外圆柱面磨削外圆柱面扳转工作台磨削长圆锥面扳转工作台磨削长圆锥面扳转砂轮架磨削短圆锥面扳转砂轮架磨削短圆锥面扳转头架磨削内圆锥面扳转头架磨削内圆锥面无心外圆磨床外观图无心外圆磨床外观图卧轴矩台式磨床卧轴矩台式磨床立轴圆台式磨床立轴圆台式磨床作业：作业：1、简述磨削加工的特点和提高表面质量的措施。、简述磨削加工的特点和提高表面质量的措施。