第一节砂轮特性选择

第一节砂轮的特性与选择砂轮是由磨料和结合剂构成的，磨料与结合剂之间有许多空隙，起着散热的作用。砂轮的特性包括以下几个方面; 磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等。一. 磨料磨料是砂轮的主要组成成分，它除了应具备锋利的尖角外，还应有高的硬度和耐热性以及一定的韧性。常用的磨料代号、特点及应用范围见表牛1。表4-1常用磨料的特点及应用类别磨料名称代号颜色硬度韧性应用范围刚玉类棕刚玉GZ(A 棕褐色低大磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁等白刚玉GB(WA 白色Fj1磨削淬火钢、高速钢、高碳钢等单晶刚玉GD(SA 浅黄或乳白磨削不锈钢、高钒高速钢及其它难加工材料铬刚玉GG(PA 紫红色磨削淬硬高速钢、高强度钢、特别适用于成形磨削碳化硅类黑色碳化硅TH(C 黑色磨削铸铁、黄铜、耐火材料及非金属材料绿色碳化硅TL(GC 绿色磨削硬质合金、宝石、陶瓷、玻璃等高硬磨料立方氮化硼CBN黑色高小磨削各种高温合金，高钼、高钒、高钻钢、不锈钢等人造金刚石MBDRVD乳白色磨削硬质合金、光学玻璃、宝石、陶瓷等硬度材料从左到右惓次为：碟形砂轮、筒臨砂轮及各类砂瓦*平形砂轮.高速外圆眶砂轮、特殊砂轮.磨头彩團3-7几种寓用砂轮二、粒度粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。砂轮的粒度对磨削表面的粗糙度和磨削效率由很大影响。粒度号小则磨削深度 大，故磨削效率高，但表面粗糙度大。所以粗磨时，一般选粗粒度，精磨时选细粒度。磨软金属时，多选用粗的磨 粒，磨脆和硬的金属时，则选用较细的磨粒，详见表 4-2。表4-2粒度及尺寸和适用范围粒度号公称尺寸/ m m适用范围粒度号公称尺寸/ m m适用范围31507500荒磨、打毛刺50 40精磨、螺纹磨、珩磨8 # 36 #280 W40500400切断钢坯40 28超精加工400315粗磨28 20精密磨削46 # 80 #W28 W7200160半精磨75超精密加工、制造研磨剂31507500精磨5 3.5超精密加工、研磨100 # 240 #500400成形磨W5 W0.5 0.5镜面磨削63 50珩磨三、硬度砂轮的硬度是指砂轮工作时，磨料自砂轮上脱落的难易程度。砂轮硬即表示磨粒难脱落，砂轮软，表示磨粒易脱 落。一般情况下，加工硬度大的金属，应选用软砂轮；加工软金属时，应选用硬砂轮。粗磨时，选用软砂轮；精磨 时，选用硬砂轮。砂轮的硬度等级见表 牛3。表4-3砂轮硬度等级等级超软软中软中中硬硬超硬代号GB2484-84CRR1R2R3ZR1ZR2Z1Z2ZY1ZY2ZY2Y1Y2CYGB2484-94DE |F 1GHJKLMNPQRSTY四、结合剂结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。常用的结合剂性能及应用范围见表4-4五、组织砂轮的组织是指组成砂轮的磨料、结合剂、空隙三部分体积的比例关系。通常以磨粒所占砂轮的百分比来分级。有三种组织状态 紧密、中等、疏松）共15级014）、组织号越小，磨粒所占的比例越大，砂轮越致密。砂轮疏松 则不易堵塞，并可把切削液或空气带入切削区，降低磨削温度，但过分疏松则磨粒含量小，容易磨钝和失去正确的廓形。故粗磨时应采用疏松砂轮，精磨时应采用组织教紧密的砂轮。六、形状和尺寸砂轮的形状和尺寸是根据磨床类型、加工方法及工件的加工要求来确定的。根据GB2484-94规定。砂轮的特性均标记在砂轮的侧面上，其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂和允许的最高线速度。如：砂轮1-300 30X75-A60S6V-35 m/s表示，平形砂轮外径300 mm、厚度30mm、内径75 mm，棕刚 玉磨料，60 #粒度，硬度为硬1等级，6号组织，陶瓷结合剂，最高线速度 35 m/s。第二节磨削运动及磨削过程、磨削运动磨削时，加工对象不同，其所需运动也不同，归结起来一般有四个运动，如图4-1所示1. 主运动砂轮的旋转运动。磨削速度即为砂轮外圆的线速度。1000、60 式中dw工件直径 mm ）；nw工件转速 r/min ）平面磨削时:1000 (4-3式中L磨床工作台的行程长度 mm）;nr磨床工作台的每分钟的往复次数、磨削过程磨削是用分布在砂轮表面上的磨粒通过砂轮和被磨工件的相对运动来进行切削的。每个磨粒可以当作一把微小的 切刀，因此可以把砂轮看作是一个刀齿数极多的圆盘铣刀。因为磨粒在砂轮表面上所分布的高度是极不规则的，并且 每个磨粒的几何形状又有很大差异，所以每个磨粒的切削层形状又各不相同，其磨粒的切削过程与铳刀的切削过程有 很大的不同。烷应力査弔亢力变禅应力椚空斤力圉4-2磨粒的切削过程 一）磨屑的形成过程1. 滑擦阶段磨粒开始与工件接触，切削厚度由零逐渐增大。因为切削厚度较小，而磨粒刀刃的钝圆半径及负前角 又很大，磨粒沿工件表面滑行并发生强烈的挤压摩擦，使工件表面材料产生弹性及塑性变形，工件表层产生热应力。2. 刻划阶段随着切削厚度的增大，磨粒与工件表面的摩擦和挤压作用加剧，磨粒开始切入工件，使工件材料因受 挤压而向两侧隆起，在工件表面形成沟纹或划痕。此时除磨粒与工件间相互摩擦外，更主要的是材料内部发生摩擦， 工件表层不仅有热应力，而且有因为弹、塑性变形所产生的变形应力。此阶段将影响工件表面粗糙度极表面烧伤、裂 纹等缺陷。3. 切削阶段当切削厚度继续增大至一定值时，磨削温度不断升高，挤压力大于工件材料的强度，使被切材料明显 地沿剪切面滑移而形成切屑，并沿磨粒前刀面流出。工件表面也产生热应力和变形应力。磨屑形成动态演示二）磨粒的切削厚度为了简化分析，假定磨粒是均匀分布在砂轮圆周表面上，每颗磨粒都是前后对齐的。这样就可以把砂轮当作一把多齿铳刀，单个磨粒的切削厚度就和铳刀的每个刀齿的切削厚度相当，如图4-3所示。外圆磨削时，当砂轮上的磨粒以线速度 v从A点切入工件至B点切出时，工件上B点同时以速度vw转至C点，在这一瞬间，工件上截形成ABC的金属层被磨掉了。仁匕（砂轮径向测量尺寸 为最大切削厚度。假定砂轮圆周上每毫 MCD%冏=側加）长度内有m颗磨粒，则单个的磨粒平均最大切削厚度为：一：_ ：(mm)(4-4式中v，vw 分别为砂轮、工件的线速度 m / s ）；m 砂轮每毫M圆周上的磨粒数 mm ）；fr径向进给量 mm ）;f a 横向进给量 mm ）;d0 , dw分别为砂轮、工件的直径 mm ）；B砂轮宽度 mm）。由式4-4）定性分析可知1. vw、fa和fr增大时，acgmax相应增大，生产率提高。但磨削力和磨削热增加，砂轮磨损加剧，且工件表面质量 较差。2. m值增大，则acgmax减小，所以为了提高工件表面质量，宜选用粒度细的砂轮。3. v、d0和B增大时，acgmax减小，工件表面质量将得到提高。第三节磨削力、磨削功率及磨削温度一、磨削力和磨削功率 一）磨削力的主要特征及计算團44 磨削力的分解砂轮上单个磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同时对被磨金属层进行挤压、刻划和滑擦，加之磨粒的工作角度又很不合理，因此总的磨削力很大。为便于测量和计算，将总磨削力分解为三个相互垂直的分力F x （轴向磨削力、F y （径向磨削力、F z （切向磨削力 ，如图4-4所示，和切削力相比，磨削力有如下特征：1. 径向磨削力F y最大。这是因为磨粒的刃棱大都以负前角工作，而且刃棱钝化后，形成小的棱面增大了与工件的 实际接触面积，从而使F y增大。通常F y =1.63.2） F z。2. 轴向磨削力F x很小，一般可以不必考虑。3. 磨削力随不同的磨削阶段而变化。在初磨阶段，磨削力由小至大变化较大；进入稳定阶段，工艺系统的弹性变形 达到一定程度，此时磨削力较为稳定；光磨阶段实际磨削深度近趋于零，此时磨削力渐小。磨削力的计算公式如下： 現 仞0+吗4-5)Fy =9.81Cf - (yv fr 3/v) tga/4-6)式中Fz，Fy 分别为切向和径向磨削力 N );v w，v 分别为工件和砂轮的速度 m/s)；f r 径向进给量 mm)；B 磨削宽度mm)；a设磨粒为圆锥时的锥顶半角；C F 切除单位体积的切屑所需的能 KJ/mm 2 )；n件和砂轮间的摩擦系数。磨削过程很复杂，影响磨削力的因素也很多，上述理论公式的精确度不高。目前一般采用实验方法来测定磨削力 的大小。二)磨削功率的计算磨削时，因为砂轮速度很高，功率消耗很大。主运动所消耗的功率定义为磨削功率。其计算公式如下：F v一一 .(kW 4-7 )式中F z 砂轮的切向力 N);v 砂轮的线速度 mm/s )。二、磨削温度因为磨削的线速度很高，功率消耗较大，所以磨削温度很高。这样高的温度会直接影响工件的精度及表面质量。因此，控制磨削温度是提高工件表面质量和保证加工精度的重要途径。二）磨削温度对工件表面质量的影响磨削工件的表面质量主要表现在表面粗糙度、表面烧伤、表面残余应力和裂纹几个方面，这里重点讨论磨削烧伤 问题。1 .磨削烧伤的产生和实质 磨削加工时，磨粒的切削、刻划和滑擦作用，大多数磨粒的副前角切削以及高的磨削速 度，使得工件表面层有很高的温度。因此对已淬火的钢件往往会使表面层的金相组织产生变化，从而使表面层的硬度 下降，严重的影响了零件的使用性能，同时表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为磨削烧伤。所以磨削烧伤的实质是材 料表面层的金相组织发生变化。图 4-6所示为淬火高速钢磨削后表面层硬度的变化情况。由此可以看出，磨削烧伤会破 坏工件表面层组织，严重的会出现裂纹，从而影响工件的耐磨性和使用寿命。2. 磨削烧伤的表现形式磨削烧伤主要表现为以下三种形式： 1 ）退火烧伤 在磨削时，如工件表面层温度超过相变温度 A c3，则马氏体转变为奥氏体，如果此时无冷却液， 则表面层硬度急剧下降，工件表面层被退火，故这种烧伤称退火烧伤。工件干磨时常发生这种情况。 2 ）淬火烧伤磨削时，工件表面层温度超过相变温度 A c3，如果此时冷却充分，则表层将急冷形成二次淬火马 氏体组织。工件表层硬度较原来的回火马氏体高，但很薄，其下层因冷却速度慢仍为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。这种情况称为淬火烧伤。 3 ）回火烧伤 磨削时，工件表面层温度未超过相变温度 A c3，但超过马氏体的转变温度，这时工件表层的组织 将转变成硬度较低的回火屈氏体或索氏体。这种情况称为回火烧伤。3. 影响磨削烧伤的工艺因素1）磨削用量 影响最大的是砂轮的速度v和径向进给量f r。当v和f r较小时，不易出现烧伤。2 ）冷却方法 加大冷却剂流量和采用喷雾冷却、高压冷却等加速热量的传出，降低磨削区温度，可以有效避免 烧伤现象。 ；铜及其合金，（Tb抗拉强度（4.05.5硬度HB。轧制或锻钢件抗拉=3.43.6)HB铸钢件抗拉=34)HB铬锰硅钢抗拉=3.5)HB铬钼钢抗拉=3.3)HB硬铝抗拉=3.7)HB黄铜抗拉=5.3)HB纯铜抗拉=4.8)HB灰铸铁 抗拉=