精密磨削和超精密磨削

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1、3.1 精密和超精密磨削概述 3.2 精密磨削 3.3 超硬磨料砂輪磨削 3.4 超精密磨削 3.5 精密和超精密砂帶磨削,第3章 精密磨削和超精密磨削,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,金剛石刀具主要是對(duì)鋁、銅及其合金等材料進(jìn)行超精密切削，而對(duì)于黑色金屬、硬脆材料的精密與超精密加工，則主要是應(yīng)用精密和超精密磨料加工。所謂精密和超精密磨料加工，就是利用細(xì)粒度的磨粒和微粉對(duì)黑色金屬、硬脆材料等進(jìn)行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,一、精密和超精密加工分類,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,一、精密和超精密加工分類,將磨料或微粉與結(jié)合劑粘合 在一起，形成一定的

2、形狀并 具有一定強(qiáng)度，再采用燒結(jié)、 粘接、涂敷等方法形成 砂輪、砂條、油石、砂 帶等磨具。,精密砂輪磨削：砂輪的粒度6080，加工精度1m，Ra0.025m； 超精密砂輪磨削：砂輪的粒度W40W50，得加工精度0.1m， Ra0.0250.008m。,精密砂帶磨削：砂帶粒度W63W28，加工精度1m，Ra0.025; 超精密砂帶磨削：砂帶粒度W28W3，加工精度0.1m，Ra0.0250.008m。,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,一、精密和超精密加工分類,磨料或微粉不是固結(jié)在一起， 而是成游離狀態(tài)。 傳統(tǒng)方法：研磨和拋光 新方法：磁性研磨、彈性發(fā)射 加工、液體動(dòng)力拋光、液中研 拋、磁流體拋光、

3、擠壓研拋、 噴射加工等。,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,二、精密和超精密砂輪磨料磨具,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,二、精密和超精密砂輪磨料磨具,多選用180240普通 磨料、170/200325/400 超硬磨料的磨粒和各種 粒度的微粉。,將磨料粘合在一起，形成一定的形狀，并有一定的強(qiáng)度。 樹脂結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑,普通磨具中磨料的含量用組織表示，超硬磨具中磨料的含量用濃度表示。成形磨削、溝槽磨削、寬接觸面平面磨削選用高質(zhì)量濃度；半精磨、精磨選用細(xì)粒度、中質(zhì)量濃度；高精度、低表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削選用細(xì)粒度、低質(zhì)量濃度。,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,二、精密和超精密砂

4、輪磨料磨具,普通磨具硬度低表示磨粒易脫落。 超硬磨具無硬度項(xiàng)指標(biāo)。,高速回轉(zhuǎn)時(shí)，抵抗因離心力的作用而自身破碎的能力。,根據(jù)機(jī)床規(guī)格和加工情況選擇磨具的形狀和尺寸。 基體材料與結(jié)合劑有關(guān)，金屬結(jié)合劑磨具多采用鐵或銅合金；樹脂結(jié)合劑磨具采用鋁及合金或電木；陶瓷結(jié)合劑磨具多采用陶瓷。,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,三、精密和超精密涂覆磨具,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,三、精密和超精密涂覆磨具,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,三、精密和超精密涂覆磨具,棕剛玉、白剛玉、鉻剛玉、鋯 剛玉黑色碳化硅、綠色碳化硅、 氧化鐵、人造金剛石等。 涂覆磨料的粒度無論磨粒還是 微粉，都用P字粒度號(hào)表示。,又稱膠，作用是

5、將砂粒牢固地粘接在基底上。 動(dòng)物膠：皮膠、明膠、骨膠等。用于輕切削的干磨和油磨。 樹脂：醇酸樹脂、胺基樹脂、尿醛樹脂、酚醛樹脂等。用于難磨材料或復(fù)雜形面的磨削或拋光。 高分子化合物：聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。,第1節(jié) 精密和超精密磨削概述,三、精密和超精密涂覆磨具,重力落砂法,涂覆法,靜電植砂法,第2節(jié) 精密磨削,一、精密磨削機(jī)理,微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑擠、摩擦、拋光作用,第2節(jié) 精密磨削,二、精密磨削砂輪選擇,精密磨削使所用砂輪的選擇以易產(chǎn)生和保持微刃及其等高性為原則。 磨削鋼件及鑄鐵件時(shí)，采用剛玉磨料較好，單晶剛玉最好，白剛玉、鉻剛玉應(yīng)用最普遍。 砂輪的粒度可選擇

6、粗粒度和細(xì)粒度兩類。 結(jié)合劑選擇樹脂較好，加入石墨填料加強(qiáng)摩擦拋光作用。,第2節(jié) 精密磨削,三、精密磨削時(shí)砂輪的修整,砂輪修整是精密磨削的關(guān)鍵，有單粒金剛石修整、 金剛石粉末燒結(jié)型修整器修整和金剛石超聲波修 整等。 砂輪的修整用量有修整導(dǎo)程、修整深度、修整次 數(shù)和光修次數(shù)。修整導(dǎo)程（縱向進(jìn)給量）為10 15mm/min，修整深度為2.5m/單行程，精修次 數(shù)23次，光修次數(shù)1次單行程。,第2節(jié) 精密磨削,四、精密磨床,精密磨削要在精密磨床上進(jìn)行。精密磨床應(yīng)滿足的要求： 1、高幾何精度：主要有砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌平直度，以保證工件的幾何形狀精度要求，主軸軸承一般采用動(dòng)壓和動(dòng)靜壓組合軸承。 2、

7、低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性：要求無爬行和沖擊現(xiàn)象，能平穩(wěn)工作。特殊設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，采取排除空氣、低流量節(jié)流閥、工作臺(tái)導(dǎo)軌壓力潤滑。 3、減少振動(dòng) 1）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡，電動(dòng)機(jī)與砂輪架之間進(jìn)行隔振； 2）砂輪要進(jìn)行動(dòng)平衡； 3）精密磨床最好安裝在防振地基上。,第2節(jié) 精密磨削,五、磨削用量,一般在1530m/s,一般在612m/min,一般為50100mm/min或0.060.5mm/r,一般取0.62.5m/單行程,一般約23次（單行程）,粗粒度砂輪精細(xì)修整后，光磨次數(shù)采用58次 細(xì)粒度砂輪精細(xì)修整后，光磨次數(shù)采用1025次。,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,一、超硬磨料砂輪磨削特點(diǎn),1）可用來加工

8、各種高硬度、高脆性金屬材料和非金屬材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體、石材等。立方氮化硼砂輪磨削時(shí)，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性強(qiáng)，不易與鐵素元素產(chǎn)生親和作用和化學(xué)反應(yīng)，加工黑色金屬時(shí)，有較高的耐磨性。 2）磨削能力強(qiáng)，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。 3）磨削力小，磨削溫度低，加工表面質(zhì)量好，無燒傷、裂紋和組織變化。 4）磨削效率高。 5）綜合成本低。,對(duì)砂輪進(jìn)行微量切削，使砂 輪達(dá)到所要求的幾何形狀精 度，并使磨料尖端細(xì)微破碎， 形成鋒利的磨削刃。,去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒間有一定的容屑空間，并使磨刃突出于結(jié)合劑之外，形成切削刃。,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,二、超硬磨料砂

9、輪修整,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,二、超硬磨料砂輪修整,用單點(diǎn)、聚晶金剛石筆，修整片等車削金剛石砂輪達(dá)到修整目的。,用普通磨料砂輪或砂塊與超硬磨料砂輪對(duì)磨進(jìn)行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂輪上的樹脂、陶瓷、金屬結(jié)合劑，致使超硬磨粒就會(huì)脫落。目前最為廣泛采用的修整法。,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,二、超硬磨料砂輪修整,單滾輪法,雙滾輪法,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,二、超硬磨料砂輪修整,用碳化硅、剛玉、硬質(zhì)合金或鋼鐵等制成修整輪，與超硬磨料砂輪在一定壓力下進(jìn)行自由對(duì)滾，使結(jié)合劑破裂形成容屑空間，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、剛玉等游離磨料，依靠游離磨料擠軋作用進(jìn)行修銳。,第3節(jié)

10、 超硬磨料砂輪磨削,二、超硬磨料砂輪修整,碳化硅和剛玉,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,二、超硬磨料砂輪修整,利用電化學(xué)個(gè)腐 蝕作用蝕除金屬結(jié)合 劑，多用于金屬結(jié)合 劑砂輪的修銳，非金 屬結(jié)合劑砂輪無效。,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,二、超硬磨料砂輪修整,電火花放電加工，適用于各種金屬結(jié)合劑砂輪。若在結(jié)合劑中加入石墨粉，可用于樹脂、陶瓷結(jié)合劑砂輪。既可整形，又可修銳。,,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,二、超硬磨料砂輪修整,用受激振動(dòng)的 簧片或超聲波 振動(dòng)頭驅(qū)動(dòng)的 幅板作為修整 器，并在砂輪 和修整器間放 入游離磨料撞 擊砂輪的結(jié)合 劑，使超硬磨 粒突出結(jié)合劑。,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,三、超硬磨料砂輪磨

11、床,超精密磨削對(duì)磨床的要求： 1）要求磨床的精度較高，砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度其徑向跳動(dòng)應(yīng)<0.01mm，端面圓跳動(dòng)<0.005mm。 2）比普通磨床剛度提高50左右。 3）進(jìn)給系統(tǒng)精度高、進(jìn)給速度均勻準(zhǔn)確，縱向進(jìn)給速度最小可達(dá)0.3m/min，橫向進(jìn)給最小可達(dá)0.0010.002mm/單行程。 4）各運(yùn)動(dòng)件和主軸回轉(zhuǎn)部分、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌部分有可靠的密封。 5）有比較完善的磨削液處理系統(tǒng)。 6）采取相應(yīng)的防振、隔振措施。,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,四、超硬磨料砂輪磨削工藝,人造金剛石砂輪的磨削速度為1230m/s，立方氮化硼砂輪的磨削速度為4560m/s.,一般為1020m/min,一般在0.451.5

12、m/min,磨削深度為0.0020.01mm,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,四、超硬磨料砂輪磨削工藝,降低磨削溫度，減少磨削力，改善磨削表面質(zhì)量，提高磨削效率和砂輪壽命。 潤滑、冷卻、清洗性能，尚有滲透性、防銹性、防腐性、防火性、切削性和極壓性等,油性液：成分是礦物油，如機(jī)油、輕質(zhì)柴油、煤油，加入脂肪油和添加劑。 水溶性液：成分是水，如乳化液、無機(jī)鹽水溶液和化學(xué)合成液等。 金剛石砂輪磨削時(shí)常用油性液和水溶性液，立方氮化硼砂輪磨削時(shí)用油性液。,第3節(jié) 超硬磨料砂輪磨削,五、超硬磨料砂輪的平衡,力矩平衡，用于窄砂輪的平衡，是在一個(gè)平面上的平衡。 （1）機(jī)外靜平衡架上平衡 （2）機(jī)上動(dòng)態(tài)平衡 （3）機(jī)外

13、動(dòng)態(tài)平衡,力偶平衡，用于寬砂輪和多砂輪軸的平衡，是在一個(gè)有一 定長度的體上進(jìn)行力偶平衡。 一般在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行。,第4節(jié) 超精密磨削,一、超精密磨削和鏡面磨削,超精密磨削的加工精度達(dá)到或高于0.1m，表面粗糙度低于0.025m，是一種亞微米級(jí)的加工方法；對(duì)于鋼、鐵材料和陶瓷、玻璃等硬脆材料是一種重要的加工方法。鏡面磨削加工表面粗糙度達(dá)到0.020.01m，屬于精密和超精密磨削范疇。,超精密磨削的特點(diǎn)： 1）超精密磨床是超精密磨削的關(guān)鍵 2）超精密磨削是一種超微量去除加工 3）超精密磨削是一個(gè)高精度、高穩(wěn)定 性的系統(tǒng)工程,第4節(jié) 超精密磨削,二、超精密磨削機(jī)理,單顆粒磨削 1）磨粒是一顆具有彈

14、性支承（結(jié)合 劑）的和大負(fù)前角切削刃的彈性體。 2）磨粒切削刃的切入深度是從零開 始逐漸增加，到達(dá)最大值再逐漸減 少，最后到零。 3）磨粒磨削時(shí)在工件的接觸過程中， 開始是彈性區(qū)，繼而塑性區(qū)、切削區(qū)、 塑性區(qū)，最后是彈性區(qū)。 4）超精密磨削時(shí)有微切削作用、塑性 流動(dòng)和彈性破壞作用，同時(shí)還有滑擦 作用。,,,,第4節(jié) 超精密磨削,磨削加工是無數(shù)磨粒的連續(xù)磨削。加工的實(shí)質(zhì)是工件被磨削的 表層，在無數(shù)磨粒瞬間的擠壓，摩擦作用下產(chǎn)生變形，而后轉(zhuǎn)為磨 屑，并形成光潔表面的過程。磨削過程可分為：三個(gè)階段，砂輪表 面的磨粒與工件材料接觸，發(fā)生彈性變形，磨粒繼續(xù)切入工件（切 削深度增加），工件材料進(jìn)入塑性階段

15、，材料晶粒發(fā)生滑移。塑性 變形不斷增大，當(dāng)力達(dá)到工件的強(qiáng)度極限時(shí)，被磨削層材料產(chǎn)生擠 裂，即進(jìn)入切削階段，最后被切離。當(dāng)磨削切入量達(dá)到最大值后， 逐漸減少，最后到零，同時(shí)經(jīng)歷塑性區(qū)和彈性區(qū)。,二、超精密磨削機(jī)理,第4節(jié) 超精密磨削,三、超精密磨床,（1）高精度 尺寸精度：正負(fù)0.25正負(fù)0.5 圓度：0.250.1m 圓柱度：25000：0.255000：1m 表面粗糙度：0.0060.01m （2）高剛度 剛度值一般應(yīng)在200N/m以上 （3）高穩(wěn)定性 （4）微進(jìn)給裝置 使砂輪獲得行程為250m，位移精度為0.020.2m，分辨率達(dá) 0.010.1m。 （5）計(jì)算機(jī)數(shù)控,第4節(jié) 超精密磨削,

16、三、超精密磨床,超精密磨床在結(jié)構(gòu)上的發(fā)展趨勢(shì)： （1）主軸軸承由動(dòng)壓向動(dòng)靜壓和 靜壓發(fā)展，由液體 靜壓向空氣靜 壓發(fā)展。 （2）多采用空氣靜壓導(dǎo)軌，也有 采用精密研磨配制 的鑲鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌。 （3）床身、工作臺(tái)等逐漸采用穩(wěn) 定性好的天然或人 造花崗巖。 （4）整個(gè)機(jī)床采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)、密 封結(jié)構(gòu)、淋浴結(jié)構(gòu) 等熱穩(wěn)定性措施。,第4節(jié) 超精密磨削,三、超精密磨床,砂輪線速度：1860m/min 工件線速度：410m/min 工作臺(tái)縱向進(jìn)給速度;50100mm/min 磨削深度：0.51m 磨削橫進(jìn)給次數(shù)：24次 無火花磨削次數(shù)：35次 磨削用量：25m,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,采用無接頭或

17、有接頭的環(huán)形砂帶，通過張緊輪撐緊，由電動(dòng)機(jī)通過接觸輪帶動(dòng)砂帶高速回轉(zhuǎn)，工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺(tái)縱向及橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工件進(jìn)行磨削。,采用成卷砂帶，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)通過卷帶輪帶動(dòng)砂帶作極緩慢的移動(dòng)，砂帶繞過接觸輪并以一定的工作壓力與工件被加工表面接觸，工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺(tái)縱向及橫向進(jìn)給，從而對(duì)工件進(jìn)行磨削。砂帶在磨削過程中的連續(xù)緩慢移動(dòng)，切削區(qū)不斷出現(xiàn)新砂粒，磨削質(zhì)量高且穩(wěn)定，磨削效果好,一、砂帶磨削方式、特點(diǎn)和應(yīng)用,砂帶磨削分類： 按砂帶與工件接觸形式 分為接觸輪式、支承板 （輪）式、自由浮動(dòng)接 觸式和自由接觸式。 按加工表面類型分為外 圓、內(nèi)圓、平面、成形 表面等。,第5節(jié) 精

18、密和超精密砂帶磨削,一、砂帶磨削方式、特點(diǎn)和應(yīng)用,1）砂帶與工件是柔性接觸，磨粒載荷小而均勻，砂帶磨削 工件表面質(zhì)量高，表面粗糙度可達(dá)0.050.01m， 又稱“彈性”磨削。 2）靜電植砂法是磨粒具有方向性，力、熱作用小，有較好 的切削性，有效地減小了工件變形和表面燒傷。工件的 尺寸精度可達(dá)50.5m，平面度可達(dá)1m。又有“冷態(tài)” 磨削之稱。 3）砂帶磨削效率高，無需修整。 4）砂帶制作簡(jiǎn)單方便，無燒結(jié)、動(dòng)平衡等問題，價(jià)格也便 宜，砂帶磨削設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 5）砂帶磨削有廣闊的工藝性和應(yīng)用范圍、很強(qiáng)的適應(yīng)性。,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,一、砂帶磨削方式、特點(diǎn)和應(yīng)用,砂帶研拋加工：開式砂帶磨削

19、方式，用細(xì)粒度砂粒聚酯 薄膜基底砂帶。 1）接觸輪外緣材料為橡膠、塑料時(shí)，加工時(shí)的拋光作用強(qiáng)； 2）接觸輪外緣材料為鋼鐵、銅、膠木時(shí)，加工時(shí)的研磨作 用強(qiáng)； 3）接觸輪外緣材料為半軟半硬時(shí)，加工時(shí)研磨、拋光兼有。,缺點(diǎn)：砂帶磨削不能加工窄退刀槽的階梯軸、階梯孔、盲孔、小孔、齒 輪等，對(duì)形狀和位置精度要求高的也不如精密砂輪磨削。,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,二、砂帶磨削機(jī)理,砂帶磨削時(shí)，彈性變形區(qū)的 面積較大，使磨粒承受的載荷大 大減小，載荷值也較均勻，且有 減振作用。砂帶磨削時(shí)材料的塑 性變形和摩擦力均較砂輪磨削時(shí) 減小，力和熱的作用降低，工件 溫度降低。砂帶粒度均勻、等高 性好，磨粒尖刃向

20、上，有方向性， 且切削刃間隔長，切屑不易堵塞， 有較好的切削性。 砂帶磨削兼有磨削、研磨和 拋光的綜合作用，是一種復(fù)合加 工。,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,三、精密砂帶磨床和砂帶頭架,組成： 接觸輪（或 支撐板）、 主動(dòng)輪、 張緊輪、 張緊機(jī)構(gòu)、 調(diào)偏機(jī)構(gòu)、 電動(dòng)機(jī)、 基座等。,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,組成： 卷帶輪、 接觸輪、 砂帶輪、 電動(dòng)機(jī)、 基座等。,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,開式砂帶磨削和振動(dòng)疊加的復(fù)合加工。 1)在開式砂帶磨削時(shí)，振動(dòng)可彌補(bǔ)工件不能高速運(yùn)動(dòng) 時(shí)效率下降，使加工效率大大提高。 2）振動(dòng)地疊加可以形成復(fù)雜而又不重復(fù)地磨削軌跡， 形成網(wǎng)狀紋，有利于降低表面粗糙

21、度，得到很低的 粗糙度值加工表面。 3）可采用干式磨削，加工表面不易出現(xiàn)劃痕。 4）對(duì)寬砂帶，沿接觸輪軸向振動(dòng)可使砂帶不跑偏和 磨損均勻。,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,三、精密砂帶磨床和砂帶頭架,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,三、精密砂帶磨床和砂帶頭架,（1）接觸輪的硬度越大，加工表面粗糙度越大； （2）除軟質(zhì)接觸輪因超速而發(fā)生硬化外，速度高，所 獲得的表面粗糙度就低； （3）鋸齒形接觸輪與表面平滑的接觸輪相比，砂帶的 使用壽命要長； （4）在加工工件的硬度一定時(shí)，硬質(zhì)接觸輪比軟質(zhì)接 觸輪的切削量大。,其他元件：主動(dòng)輪、張緊輪及張緊機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)、 振蕩機(jī)構(gòu)。,第5節(jié) 精密和超精密砂帶

22、磨削,四、精密砂帶磨削工藝,對(duì)閉式磨削，粗磨時(shí)為1220m/s，精磨為2530m/s.,粗磨選2030m/min，精磨選20m/min以下,粗磨時(shí)，縱向進(jìn)給量為0.173.00mm/r，磨削深度為0.050.10mm，精磨時(shí)，縱向進(jìn)給量為0.42.00mm/r，磨削深度為0.010.05mm。,一般選取50300N,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,四、精密砂帶磨削工藝,使砂帶通過一對(duì)有相應(yīng)間隙的淬火鋼制平滑滾輪，砂帶受壓將凸出磨粒壓平而獲得等高性。,用一細(xì)粒度砂帶與欲用的新砂帶對(duì)磨，將其凸出磨粒修整掉。,將新砂帶使用一段時(shí)間后，待砂帶處于正常磨損的最佳階段時(shí)備用。,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,四、精密砂帶磨削工藝,第5節(jié) 精密和超精密砂帶磨削,四、精密砂帶磨削工藝,無論是濕磨還是干磨，無論是在砂帶磨床還是 在普通磨床上利用砂帶磨削頭架磨削，都應(yīng)設(shè) 有吸塵和集塵裝置。,習(xí)題3-14 習(xí)題3-16,課后思考題,