第九章 磨削

第九章磨削【内容提要】本章主要介绍砂轮的类型、结构和作用，以及磨削运动的组成及磨削特性。

【目的要求】1．掌握砂轮组成要素以及砂轮的类型，根据具体的加工工艺和材料会选用砂轮的类型；2．掌握磨削运动的组成及磨削特性3．了解先进磨削技术。

【本章内容】第一次课引言：在机械制造业中，磨削是最常用的加工方法之一。

磨削可加工外圆、内孔、平面、螺纹、齿轮、花键、导轨和成形面等各种表面。

其加工精度可达IT5～IT6级，表面粗糙度一般可达Rа0．08μm。

磨削尤其适合于加工难以切削的超硬材料(如淬火钢)。

磨削的用途非常广泛。

§9-1 砂轮与磨削一、砂轮砂轮是磨削加工中最常用的工具。

它是由结合剂将磨料颗粒黏结而成的多孑L体。

掌握砂轮的特性，合理选择砂轮，是提高磨削质量和磨削效率、控制磨削加工成本的重要措施。

1．砂轮的组成要素(1)磨料磨料即砂轮中的硬质颗粒。

常用的磨料主要是人造磨料，其性能及适用范围如下表：(2)粒度粒度表示磨料颗粒的尺寸大小。

磨料的粒度可分为两大类，基本颗粒尺寸大于40μm的磨料，用机械筛选法来决定粒度号，其粒度号数就是该种颗粒正好能通过筛子的网号。

网号就是每英寸(25．4mm)长度上筛孔的数目。

因此粒度号数越大，颗粒尺寸越小；反之，颗粒尺寸越大。

当颗粒尺寸小于40μm的磨料用显微镜分析法来测量，其粒度号数是基本颗粒最大尺寸的微米数，以其最大尺寸前加w来表示。

(3)结合剂结合剂的作用是将磨粒黏合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。

结合剂的性能对砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性及耐热性有突出的影响，并对磨削表面质量有一定影响。

(4)硬度砂轮的硬度是指磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面脱落的难易程度。

砂轮硬即表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。

所以，砂轮的硬度主要由结合剂的黏结强度决定，而与磨粒本身的硬度无关。

选用砂轮时，应注意硬度选得适当。

若砂轮选得太硬，会使磨钝了的磨粒不能及时脱落，因而产生大量磨削热，造成工件烧伤；若选得太软，会使磨料脱落得太快而不能充分发挥其切削作用。

(5)组织砂轮的组织是指磨粒在砂轮中占有体积的百分数(即磨粒率)。

它反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。

磨粒在砂轮总体积中所占的比例大，气孔小，即组织号小，则砂轮的组织紧密；反之，磨粒的比例小，气孔大，即组织号大，则组织疏松。

砂轮上未标出组织号时，即为中等组织。

2．砂轮的形状、代号和标志常用形状有平形(P)、碗形(BW)、碟形(D)等，砂轮的端面上一般都有标志。

从管理和选用方便的角度出发，砂轮参数的表示顺序是形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。

如：PSA 400 100 127 V(A) 60 L 5 B 25形状外径厚度孔径磨料粒度硬度组织结合剂最高工作线速度(m／s)二、磨削运动生产中常用的外圆、内圆和平面磨削，一般具有四个运动。

1．主运动砂轮旋转运动为主运动。

砂轮旋转的线速度为磨削速度υc。

2．进给运动磨削的进给运动一般有圆周进给、径向进给及轴向进给三种。

(1)圆周(直线)进给运动工件的旋转运动或工作台的往复直线运动。

外圆磨削υW=πd Wn／1000(m／min)平面磨削υW=2ln／1000(m／min)(2)径向进给运动砂轮切人工件的运动，其大小用磨削深度аp表示。

аp指工作台每单行程或双行程切人工件的深度(单位为mm／单行程或mm／双行程)。

(3)轴向进给运动工件相对于砂轮的轴向运动，其大小用进给量f表示。

f指工件每转一转或工作台每一次行程，工件相对于砂轮的轴向移动距离(单位为mm／r或mm／单行程)。

三、磨削的特殊性1．磨削力的特殊性磨削力同样可分解为三个分力：切向分力Fc、径向分力Fp、轴向分力Ff。

其中径向分力特别大，Fp=(2～4)F。

，这是磨削与普通切削的明显不同，它使工件变形增大。

2．磨削温度的特殊性由于磨粒以负前角切削，砂轮高速旋转使工件材料产生塑性变形，使磨削区的瞬时温度高达500～1000℃。

磨削热对加工过程的影响主要表现在如下几个方面。

(1)工件表面烧伤：磨削中，工件表面出现各种带色斑点，这种现象称为烧伤。

即不均匀退火，使淬火钢表面层变软；或不均匀淬火使未淬火钢表层变硬，表面颜色。

(2)工件表面产生残余应力，甚至开裂。

(3)工件热变形，薄片零件变形更大。

3．磨削过程的特殊性在磨削用量中，磨削速度很很高，比车削高10～50倍，再加上磨削厚度由零开始到最大值，因而使磨削过程伴随着很大的弹性和塑性变形，形成磨削特有的变形现象。

四、砂轮的磨损与修整1．砂轮磨损(1)磨粒变钝磨削力增大，磨削温度升高，但表面粗糙度值变小。

(2)磨粒溃落因磨削力使磨粒脱落，新磨粒出现的现象称为砂轮的自励作用。

砂轮能够磨削高硬度的材料，主要依靠自身的自励作用。

对于重磨削或难加工材料的磨削，由于砂轮的自励作用，使磨削容易进行。

当采用较低硬度的砂轮时，磨粒碎裂和脱落急剧发生，工件的尺寸精度降低和表面粗糙度值增大。

因此，在磨削中应根据工件材料、表面质量要求等，合理选择砂轮的硬度。

(3)表面堵塞砂轮表面因高温使软化的磨屑堆积在砂轮磨粒的气孔中，使砂轮表面变平发亮，便为砂轮表面堵塞。

2．砂轮修整砂轮表面变钝或堵塞时，必须进行修整，以产生新的磨粒，同时也是对砂轮表面形状的校正。

修整砂轮的方法很多，但常用单晶金刚石修整器修整砂轮。

修整时，应根据具体的磨削条件，选择不同的修整用量，以满足相应的磨削要求。

单晶金刚石修整器的使用方法和外圆车刀使用方法相似。

第二次课五、磨削质量工件的磨削质量是指尺寸精度、形状误差和表面质量，其保证措施如下。

1．尺寸精度和形状误差的保证措施磨削时，由于径向切削力很大，引起工件、夹具、砂轮和磨床系统产生弹性变形，使实际磨削深度与磨床刻度盘上所显示的数值有差别，所以影响了磨削的尺寸精度。

此外，砂轮的磨损同样影响磨削精度。

为获得高精度的磨削尺寸，必须采用循环磨削(称为无火花磨削法)——将磨削分为三个阶段。

(1)初磨阶段实际磨削深度小于磨床刻度盘显示值，这是由于工艺系统弹性变形造成的。

(2)稳定阶段实际磨削深度等于磨床刻度盘显示值。

此时，工艺系统变形减小，趋于稳定。

(3)清磨阶段完全不进给再磨一段时间，实际磨削深度趋于零，磨削火花逐步消失。

清磨阶段主要是提高磨削精度和减小表面粗糙度值。

掌握了三个阶段的磨削规律，在初磨时为提高磨削效率与磨削质量可采用较大的磨削深度；修整砂轮后或砂轮磨损后，注意及时测量工件尺寸和形位公差；对轴类零件还要修整中心孔，中心孔精度高，零件的形状误差就小，磨削的精度就高。

2．表面质量的保证措施磨削后表面粗糙度值大、表面烧伤和表面出现裂纹是表面质量低的表现。

产生的原因主要有：砂轮主运动线速度低、砂轮修整太粗、磨床头架或工件夹持松动、砂轮安装时未经过平衡等。

解决措施如下：(1)尽可能选大直径砂轮，提高磨削速度。

(2)重新平衡，重新修整砂轮。

(3)调整头架主轴和工件装夹，提高磨削工艺系统的刚性。

(4)调整主轴电动机转子，再次达到动平衡。

通过以上措施，可使表面粗糙度值明显减小。

对表面烧伤和划伤等可采取下述措施。

(5)增大磨削液的浇注量，合理安装喷嘴位置。

(6)正确选择砂轮，粒度再粗些，硬度再软些，保证砂轮无堵塞，切削刃锋利。

(7)适当减小进给量，或分粗、精磨削。

磨削裂纹是磨削热应力大于工件材料强度时产生的龟裂现象。

易产生裂纹的材料有硬质合金、淬火高碳钢等。

主要防止措施是减小热应力和提高被磨削材料的强度极限。

§9-2 先进磨削法简介一、高速磨削普通磨削速度υc=18—35m／s。

近年来为提高磨削效率和改善磨削表面质量，广泛采用高速磨削，即磨削速度υc>50m／s的磨削称为高速磨削。

据有关资料介绍，我国高速磨床的磨削速度可达80—120m／s，发达国家的磨削速度可达200m／s以上。

采用高速磨削，若单个磨粒的切削厚度仍保持与普通磨削相同时，则由于口。

和口。

的提高，可将磨削效率提高30％～100％；反之，若金属切除率仍保持与普通磨削相同，则单个磨粒的切削厚度明显减小，磨削质量就会明显提高。

高速磨削的主要优点是生产率高、砂轮耐用度高、加工精度高和表面粗糙度值小。

高速磨削对磨床的要求主要有如下几个方面：(1)砂轮电动机功率要比一般电动机功率大一倍左右；(2)砂轮径向和轴向跳动要小，轴承负荷能力要高，高速旋转的部件要经过仔细平衡，砂轮的防护罩必须坚固可靠；(3)机床动、静刚度要好。

二、超精密磨削与镜面磨削磨削后，表面粗糙度值Rа在0．01～0．04μm之间的磨削方法称为超精密磨削；R а小于O．01μm的磨削方法称为镜面磨削。

我国在20世纪60年代就研究成功了超精密磨削与镜面磨削，并制造出相应的高精度磨床。

超精密磨削与镜面磨削，是利用经过精细修整的表面带有大量等高微刃的砂轮进行磨削。

大量等高微刃切下极细的切屑，同时借助于半钝的微刃对工件表面进行抛光，使工件表面更加光整。

超精密磨削与镜面磨削对磨床与砂轮主要有如下要求：(1)磨床主轴的回转精度要高，轴线漂移量应在1～2μm之内；(2)磨床刚性要好，各部件经过静、动平衡，工作台低速进给平稳而无爬行，并与振源隔绝；(3)砂轮以棕刚玉、白刚玉或微晶刚玉为原料，粒度号为60～80，并用金刚石笔精细修整。

三、强力磨削强力磨削是20世纪70年代发展起来的一种高效磨削。

这种磨削方法是采用非常大的磨削深度(一2～25mm)，而磨床工作台进给速度却非常小(一5～200mm／min)，砂轮在一次进给中几乎将全部磨削余量切除，故金属切除率大，实现了以磨代铣、粗精结合的综合加工。

近年来，强力磨削又出现了大切深、快进给的方式，要求砂轮的线速度达到120m／s，工件的进给速度达到2500mm／min，如成形磨削麻花钻的螺旋沟槽，一次进给就可磨出。

强力磨削对磨床等主要有如下要求：(1)机床电机功率大，一般在20kW以上，主轴采用滚动轴承；(2)机床刚性好；(3)切削液压力要高达O．8～1．2MPa，流量达80～200L／min。