第二章精密磨削加工课件

单击此处编辑母版标题样式,第二章 精密磨削加工,第,二,章 精密,磨削加工,2.1 概述,2.2 精密磨削,2.3 超级精密磨削,2.1 概述,一、特点,(1)加工精度高磨粒多，磨具对断续切削、工件硬度变化不敏感；砂轮可在线修锐，加工精度高。,(2)加工效率高缓进给深磨，深度达025 mm;成形砂轮一次可磨出所需工件形状。,(3)工程材料不断发展有些材料只能磨削加工，要有新的磨削技术工艺与之相适应。,(4)新的磨料磨具人造金刚石砂轮、CBN砂轮出现，扩大磨削应用范围。,二、精密磨削加工的分类,利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料进行加工。,分类：固结磨料（砂轮砂带磨削、油石研磨、精密珩磨、,精密超精加工,等）,游离磨料（如精密研磨、精密抛光）,黑色金属指,铁,、,锰,、,铬,及其,合金,1、固结磨料加工,将一定粒度的磨粒或微粉与结合剂粘结在一起，形成一定形状一定强度,用烧结方法形成砂轮、砂条、油石等磨具固结磨具,用涂敷等方法形成砂带等磨具涂敷磨具,（1）固结磨具,精密磨削：,砂轮粒度：60-80#；加工精度1-0.1m，表面粗糙度Ra0.2-0.25m,超精密磨削：,砂轮粒度：W40-W5；加工精度0.1m，表面粗糙度Ra0.025-0.008m,1、磨料及其选择,刚玉系：磨料韧性高，微刃性和等高性好磨削钢件,及铸铁件,碳化物系：磨料韧性差，颗粒针片状，微刃易碎裂，微,刃性和等高性差有色金属加工。,超硬磨料：,A、金刚石天然金刚石,人造金刚石：,高硬度，高耐磨性，高弹性模量，热容性大，导热性好，线膨胀系数小，熔点高。700度以上与铁类形成碳化物，不宜加工钢铁。,广泛用于磨削低铁含量的金属及非金属硬脆材料，如硬质合金、光学玻璃、玛瑙宝石、半导体材料、石材等,光学镜片加工用金刚石砂轮,电子超薄玻璃加工用金刚石砂轮,用于导电膜玻璃，液晶显示,器玻璃的边部磨削。,汽车玻璃加工用金刚石砂轮,：汽车侧窗玻璃、前后挡风玻璃。,B、立方氮化硼,(Cubic Boron Nitride（CBN),：,硬度比金刚石低，耐热性高，化学稳定性好。2000度以上与铁类形成碳化物，适宜加工钢铁。高温与水反应，应干磨。,C、复合材料,CBN内圆磨具系列,CBN外圆磨具系列,精密陶瓷小砂轮，应用于数控内孔精密磨削，在50000Rpm、线速度45M/S下可安全使用。,2、磨料粒度及其选择,选用180#-240#普通磨料，（170/200）-（325/400）超硬磨料和微粉,粒度号越大，表面粗糙度越小，生产率越低,3、结合剂及其选择,树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂。,4、组织和浓度及其选择,普通磨具用组织表示磨料、结合剂、气孔间体积的比例关系,超硬磨具用浓度表示磨料含量,主要考虑砂轮堵塞发热：,成形磨削、沟槽、宽接触面：高质量浓度,半精磨：细粒度、中质量浓度,高精度、小表面粗糙度：细粒度、低质量浓度,5、硬度及其选择,普通磨具磨粒脱落的难易程度,超硬磨具硬度较高，无硬度项,6、磨具的强度,磨具在高速回转时抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。,有最高线速度规定。,（2）涂敷磨具,磨料用粘结剂涂覆在布、纸或其他复合材料上,1、涂敷磨具分类,按形状分：,页状、卷状、环状、带状、盘状,按基底材料分：,纸状、棉布、化钎布、塑料膜、复合,按工作条件分：干磨、耐水,2、磨料及粒度,磨料：棕刚玉、白刚玉、各刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石,粒度：以P表示,例：P320相当W50，P1000相当W20,3、粘结剂,又称胶，将砂粒牢固地粘接在基底上。,动物胶、树脂、高分子化合物,4、涂敷方法,重力落砂法、涂敷法、静电植砂法,磨粒,规格涂层,粘接剂,基带,涂覆方法,重力落砂法,涂覆法,静电植砂法,磨粒,规格涂层,粘接剂,基带,静电植砂砂带结构,静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。,加工精度,10.1m,、表面粗糙度,R,a,0.20.025m,，,2.2,精密磨削加工机理,磨削过程,磨粒以很大的负前脚切削，只有10%磨粒参与切削，呈现4种形态：摩擦、塑性变形、飞边、切削,精密磨削机理,靠砂轮具有微刃性和等高性的磨粒实现的。,磨粒的微刃性：用较小的进给量对砂轮实施精细修整，微刃的微切削作用形成了小表面粗糙度值。,磨粒的等高性：砂轮表层同一深度上微刀数量多、等高性好，残留高度小。,微刃的滑挤、摩擦、抛光作用：磨削时间增加，砂轮微刃钝化，等高性改善，切削作用减弱，滑挤、摩擦、抛光作用加强。同时高温使金属软化，微刃滑擦和挤压将工件凸峰辗平，降低了表面粗糙度值。,2.3,超精密磨削,加工精度0.1m、表面粗糙度R,a,0.025m。,对于钢、铁材料和陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种重要的加工方法。,镜面磨削：表面粗糙度达到R,a,0.020.01m、表面光泽如镜，加工精度不明确，强调表面粗糙度要求。,一超精密磨削机理,超微量切除,切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒大小，磨削在晶粒内部进行。晶粒内部原子分子结合力非常大，因此磨削力很大，温度很高。采用超硬磨粒砂轮,磨屑形成过程,（1）滑擦阶段：,弹性变形,（2）刻划阶段：,切削深度增加，进入塑性阶段，在表面形成沟纹，但无切屑,（3）切削阶段：,塑性变形增大，达到工件的强度极限，被磨削层材料挤裂，切离。,当磨削切入量达到最大值后，逐渐减少，最后到零，同时经历塑性区和弹性区。,二、超精密磨床的结构,超精密磨床在结构上的发展趋势：,（1）主轴系统主轴轴承由液体静压向空气静压发展。,（2）导轨空气静压导轨，精密研磨配制的镶钢滑动导轨。,（3）床身、工作台稳定性好的天然或人造花岗岩。,（4）热稳定性机床采用对称结构、密封结构、淋浴。,镜面磨削,-工件表面反射光的能力达到一定程度,基本出发点：要达到镜面，使用微粒度砂轮，极易堵塞，修整砂轮的辅助时间超过了磨削时间,日本东京大学理化研究所发明了电解在线修整磨削法ELID,在电流的作用下，砂轮的金属基体作为阳极被电解，使磨粒露出表面,超精密五轴数控磨削中心,大扭矩水冷式恒温电主轴,人造大理石床身,砂带在一定工作压力下与工件接触并作相对运动，进行磨削或抛光。,有开式和闭式两种形式。,接触轮,硬磁盘,装在主轴真空吸盘上,砂带磨削示意图,V,砂带,砂带轮,卷带轮,F,-径向进给,f,-径向振动,三、,精密与超精密砂带磨削,砂带磨削方式,闭式砂带磨削：,采用无接头或有接头的,环形砂带,，张紧轮撑紧，电动机带动砂带高速回转，工件回转，砂带头架或工作台纵向及横向进给运动。效率高、发热大粗磨、半精、精磨,闭式砂带磨削方法,开式砂带磨削,成卷砂带,缓慢移动，砂带绕过接触轮以一定压力与加工表面接触，工件回转，砂带头架或工作台纵向及横向进给。砂带连续缓慢移动，,切削区不断出现新砂粒,，磨削效果好，但效率低精密、超精密磨削,用于磨削管件的,砂带磨床,砂带磨削,特点,1）弹性磨削 砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，热作用小，加工质量好（R,a,值可达 0.02m）。,磨粒,规格涂层,粘接剂,基带,静电植砂砂带结构,2）冷态磨削 静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。,3）高效磨削 强力砂带磨削，效率为铣削10倍、普通磨削5倍。磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比）高，300：1400：1。,4）制作简单，价格低廉，使用方便。,5）工艺性好，应用广 可用于内外表面及成形表面加工。,五、研磨,加工机理,属于游离磨粒切削加工。,在刚性研具上注入磨料，在定压力下，研具与工件相对运动，磨粒微切削作用除去微量工件材料，达到高几何精度和表面粗糙度。,机械切削作用磨粒受压，刮擦挤压切除微细材料,物理作用磨粒局部压力大高温、挤压,化学作用研磨剂，表面氧化变软，加速研磨,研具材料和研磨剂,1),研具材料比工件软,铸铁：研磨淬硬和不淬硬的钢件及铸铁件。,黄铜：研磨各种软金属。,2),研磨剂起润滑、与工件发生化学反应，表面氧化变软，加速研磨,磨料：绿色碳化硅、金刚石微粉等。,研磨液：机油、煤油、动物油及油酸、硬脂酸,研磨的种类,湿研,液状研磨剂,(,磨料,W14,W5),涂敷于研具表面，应用较多。,干研,磨料,(W3.5,W0.5),均匀压嵌在研具表层，涂少量润滑剂。用于精研。,半干研,研磨剂为糊状的研磨膏，粗、精研均可采用。,（1）双盘研磨机,一般用于研磨圆柱、平面、滚珠类零件的外圆。,研磨设备及方法,2),手工,研磨,研磨外圆,精磨或精车基础上进行。在车床上，工件和研具之间涂上研磨剂，工件旋转，研具用手扶持作轴向往复移动。,研磨内圆 研具为开口锥套，套在锥度心轴上研磨剂涂于工件与研具之间，手扶工件作轴向往复移动。锥度心轴大端方向可调整锥套，使直径胀大，保持对工件孔壁的压力。,研磨平面,在精磨之后。研磨剂涂在研磨平板,(,研具,),上，手持工件作直线往复运动或,“8”,字形运动。研磨一定时间后，将工件调转,90,180,，以防工件倾斜。,小平面、方孔、窄缝等表面，也可手持研具进行研磨。,批量较大的简单零件上的平面亦可在平面研磨机上研磨。,研磨的工艺特点及应用 设备简单。获高精度和低Ra值。一般不能提高位置精度。加工各种钢、淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃及某些塑料制品等。,磁性研磨,工件,放在两磁极之间，工件和磁极间放入含铁的刚玉等磁性磨料，在直流磁场的作用下，磁性磨料沿磁力线方向整齐排列，同刷子一般对加工表面施加压力。,研磨压力大小可调节。研磨时工件即旋转又沿轴线方向振动，使磁性磨料与工件表面产生相对运动。,磁性研磨加工特点：,1、自锐性好，磨削能力强，效率高。,交变,磁场作用下，磨粒位置不断变更，工件始终能获得锐利磨刃的切削。,2、温升小、工件变形小,磨粒位置不断变更，与工件作用时间短。,3、切削深度小，加工表面平整,磨粒体积小、切削刃小，切削深度小,4、工件表面交变励磁，物理力学性能好,工件表面反复受N、S交变磁场作用，改变表面应力状态分布,5、无粉尘、废液、噪音，工作环境好,切屑吸入磁性磨料，无粉尘,6、加工范围广,可加工内外圆表面、平面，以及型模的内外表面,应用,：,可研磨轴类零件内外圆表面，对钛合金的研磨效果较好。,也可用来去毛刺；金饰业打磨洗净工作；表面抛光处理；去除氧化薄膜工作。,磁性研磨机,去毛刺机,五.珩磨,珩磨头上的油石条进行孔加工。尺寸达IT6IT4，Ra值达0.20.025m。,工件安装在珩床工作台上或夹具中，珩磨头的油石条插入孔中，机床主轴带动旋转并作轴向往复运动。油石条以一定压力与孔壁接触。珩磨头与主轴一般成浮动联接。,运动：,磨头的旋转速度v和往复速度vf合成切削速度，运动轨迹沿孔表面的螺旋线。,磨头每一往复行程的起始位置都与上错开一个角度，形成均匀交叉的不重复网纹。,珩,磨头及,珩,磨油石的切削轨迹,珩磨的工艺特点及应用,可提高尺寸、形状精度和减小Ra值，不提,高位置精度,可加工铸铁件、淬硬和不淬硬钢件及青铜件等，不宜加工韧性大的有色金属件。加工孔径范围为5 500，深径比可达10。广泛用于大批大量生产汽缸孔、油缸筒、阀孔以及多种炮筒等。,立式珩磨机,五、,抛光,加工原理,：高速旋转的抛光轮上涂磨膏，对工件光整加工。,抛光轮：用毛毡、橡胶、皮革、布或压制纸板做成的，,磨膏：由磨料,(,氧化铬、氧化铁等,),和油酸、软脂配制而成。,原理：工件压于高速旋转抛光轮上，在磨膏作用下，金属表面产生极薄软膜，可用比工件材料软的磨料切除。高速摩擦，工件表面出现高温，材料被挤压，获得很光亮的表面,(,呈镜面状,),。,用马达带动抛光轮，在旋转过程中黏附抛光膏,陶瓷的研磨抛光,抛光特点及应用,:(1),简便经济,。,工具和加工方法简单，成本低。,(2),易对曲面加工。,抛光轮是弹性的，与曲面吻合，便于模具型腔光整加工。,(3),减小表面粗糙度，不提高加工精度,。,(4),劳动条件差,。,手工操作、飞溅的磨粒、微屑污染环境。,应用：用于零件表面的装饰加工，或者消除前工序的加工痕迹，提高疲劳强度,，,不提高加工精度。,抛光零件表面类型：加工外圆、孔、平面及各种成形面等。,轴承钢球：,大批量生产轴承钢球，常采用滚筒抛光的方法。,粗抛：将大量钢球、石灰和磨料放在倾斜的罐状滚筒中，滚筒转动时，钢球与磨料在筒内随机地滚动碰撞去除表面凸锋，可去除0.01mm余量。,精抛：在木桶中装入钢球和毛皮碎块，连续转动数小时,五.超精磨加工,利用装在振动头上的细磨粒油石对工件进行微量切削,加工平面,加工轴承沟道,加工轴承圆形沟道,加工球面,A振幅；摆动的摆角；f振动或摆动的频率,