《精密磨削加工》PPT課件.ppt

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1、精密與特種加工,第2章 精密磨削加工,,2.1 概述 2.2 精密磨削加工機(jī)理 2.3 精密磨削加工的機(jī)床及應(yīng)用 2.4 超精密磨削加工簡(jiǎn)介,,,,,,第2章 精密磨削加工,,2.1 概述 Introduction,磨削工藝是較早使用的加工工藝方法. 日常生活也使用此方法. 磨削工藝本身就是精加工或半精加工. 我國(guó)自動(dòng)化機(jī)床也是從磨床開始的.(20世紀(jì)30年代,上海) 磨削加工機(jī)床是世界上加工機(jī)床最多的機(jī)床,占30%.,第2章 精密磨削加工,,,磨削除可以加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般結(jié)構(gòu)材料外，還能加工一般刀具難以切削的高硬度材料，但不宜精加工塑性較大的有色金屬工件。 磨削加工的精度高，表面粗

2、糙度值小。精度可達(dá)IT5及IT5以上；表面粗糙度值Ra為1.250.01m，鏡面磨削時(shí)Ra為0.040.01m。 磨削的徑向磨削力Fy大，且作用在工藝系統(tǒng)剛性較差的方向上。(故一般要有防止措施),2.1.1 概 述,2.1.1 概 述,磨削溫度高。磨削產(chǎn)生的切削熱多，80一90傳入工件，1015傳入砂輪，l10由磨屑帶走。砂輪的導(dǎo)熱性很差，在磨削區(qū)形成瞬時(shí)高溫。(因此:磨削時(shí)采用大量的切削液降低磨削溫度|) 砂輪有自銳作用。在磨削過程中，磨粒的破碎將產(chǎn)生新的較鋒利的棱角，同時(shí)由于磨粒的脫落而露出一層新的鋒利的磨粒，它們能夠使砂輪的切削能力得到部分的恢復(fù)，這種現(xiàn)象叫做砂輪的自銳作用。,2.1.1

3、 概 述,磨削加工的工藝范圍廣。磨削不僅可以加工外圓面、內(nèi)圓面、平面、成形面、螺紋、齒形等各種表面，還常用于各種刀具的刃磨。 磨削在切削加工中的比重日益增大。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家磨床在機(jī)床總數(shù)中的比重已占到3040，且有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。,,,定義,精密磨削加工是利用細(xì)粒度的磨粒或微粉對(duì)黑色金屬、硬脆材料等進(jìn)行加工，得到高加工精度和小表面粗糙度值。它是用微小的多刃刀具去除細(xì)微切屑的一種加工方法。 一般多指砂輪磨削和砂帶磨削。,2.1.2 精密磨削加工的分類,,2.1.2 精密磨削加工的分類,,固結(jié)磨料加工,磨料 加工,,分類 --按磨具形狀/使用方法,,磨削:砂輪磨削、砂帶磨削 研磨 超精加工 珩磨

4、砂帶研拋 超精研拋,游離磨料加工,,拋光 研磨:干式研磨、濕式研磨、磁性研磨 精密研磨 滾磨:回轉(zhuǎn)式、振動(dòng)式、離心式、主軸式、渦流式 珩磨:擠壓珩磨 噴射珩磨,,,2.1.2 精密磨削加工的分類,將一定粒度的磨粒或微粉與結(jié)合劑粘結(jié)在一起，形成一定形狀并具有一定強(qiáng)度，再采用燒結(jié)、粘結(jié)、涂敷等方法即形成砂輪、砂條、油石、砂帶等磨具。 其中用燒結(jié)方法形成砂輪、砂條、油石等稱為固結(jié)磨具；用涂敷方法形成砂帶稱為涂覆磨具或涂敷磨具。,2.1.2 精密磨削加工的分類,精密砂輪磨削是利用精細(xì)修整的粒度為60#80#的砂輪進(jìn)行磨削，其加工精度可達(dá)10.1m，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.20.25m。 注: 60#粒

5、度.指每英寸長(zhǎng)度上60個(gè)孔眼. 具體查閱粒度號(hào)及公稱尺寸和適用范圍GB2477 標(biāo)準(zhǔn)中有4#270#，共27級(jí)。,超精密砂輪磨削是利用經(jīng)過精細(xì)修整的粒度為W40W5的砂輪進(jìn)行磨削，可以獲得加工精度為0.1m，表面粗糙度值為RaO.0250.008m的加工表面。,2.1.2 精密磨削加工的分類,磨料及其選擇,2.1.2 精密磨削加工的分類,金剛石又分為天然和人造兩大類。 天然金剛石有透明、半透明和不透明，以透明的為最貴重。顏色上有無色、淺綠、淺黃、褐色等，以褐色硬度最高，無色次之。 人造金剛石分單晶體和聚晶燒結(jié)體兩種，前者多用來做磨料磨具，后者多用來做刀具。,剛玉（氧化鋁）系、碳化物系、

6、超硬磨料（金剛石、立方氮化硼以及以它們?yōu)橹饕煞值膹?fù)合材料）.精密和超精密磨削大量采用超硬磨料。,,,2.1.2 精密磨削加工的分類,金剛石特點(diǎn)： a、硬度最高; b、有較高的耐磨性和有很高的彈性模量; c、有較大的熱容量和良好的熱導(dǎo)性，線膨脹系數(shù)小，熔點(diǎn)高; d、700時(shí)易與鐵族金屬產(chǎn)生化學(xué)作用而形成碳化物，造成化學(xué)磨損，故一般不適宜磨削鋼鐵材料.,立方氮化硼特點(diǎn)： a、硬度略低于金剛石; b、耐熱性比金剛石高; c、有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，與碳在2000時(shí)才起反應(yīng)，故適用于磨削鋼鐵材料; d、在高溫下易與水產(chǎn)生反應(yīng)，一般多用于干磨。,2.1.2 精密磨削加工的分類,2.1.2 精密磨削加工的

7、分類,a可用來加工各種高硬度、高脆性金屬和非金屬材料。 b磨削能力強(qiáng)、耐磨性好、耐用度高，可較長(zhǎng)時(shí)間保持切削性，修整次數(shù)少，易于保持粒度；易于控制加工尺寸及實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。 c磨削力小、磨削溫度低，從而可減少內(nèi)應(yīng)力、裂紋、燒傷等缺陷，加工表面質(zhì)量好。 d磨削效率高。 e加工綜合成本低。 用超硬材料磨削陶瓷、光學(xué)玻璃、寶石、硬質(zhì)合金以及高硬度合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼等材料。,超硬磨料砂輪磨削的特點(diǎn)：,磨料粒度及其選擇,粒度的選擇應(yīng)根據(jù)加工要求、被加工材料、磨料材料等來決定。其中影響很大的是被加工件的表面粗糙度值、被加工材料和生產(chǎn)率。一般多選用180#240#的普通磨料、(170200)(32540

8、0)超硬磨料的磨粒和各種粒度的微粉。 粒度號(hào)越大加工表面粗糙度值越小，但生產(chǎn)率相對(duì)也越低。,2.1.2 精密磨削加工的分類,砂輪粒度的選擇和適用范圍： 12-16#：用于粗磨、荒磨和打磨毛刺的砂輪磨具。 20-36#：用于磨鋼錠，打磨鑄件毛刺，切斷鋼坯，磨電瓷和耐火材料的砂輪磨具。 40-60#：用于內(nèi)圓磨、外圓磨、平面磨、無心磨、工具磨等的砂輪磨具。 60-80#：用于內(nèi)圓磨、外圓磨、平面磨、無心磨、工具磨等半精磨和精磨的砂輪磨具。 100-240#：用于精磨、超精磨、珩磨、螺紋磨等。 W10-20：用于精磨、精細(xì)磨、超精磨、鏡面磨等。 W7-更細(xì)：用于精磨、超精磨、鏡面磨等，制作研磨膏用于

9、研磨和拋光。,2.1.2 精密磨削加工的分類,2.1.2 精密磨削加工的分類,結(jié)合劑,結(jié)合劑（也叫膠）的作用是將磨料粘合在一起，形成一定的形狀并有一定的強(qiáng)度。 常用的結(jié)合劑有樹脂結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑等。 結(jié)合劑會(huì)影響砂輪的結(jié)合強(qiáng)度、自銳性、化學(xué)穩(wěn)定性、修整方法等。,2.1.2 精密磨削加工的分類,組織和濃度及其選擇,普通磨具中磨料的含量用組織表示，它反映了磨料、結(jié)合劑和氣孔三者之間體積的比例關(guān)系。 超硬磨具中磨料的含量用濃度表示，它是指磨料層中每1cm3體積中所含超硬磨料的重量。 濃度越高，其含量越高。濃度值與磨料含量的關(guān)系如表2.1所示。,選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮磨料材料、粒度、結(jié)合劑、

10、磨削方式、質(zhì)量要求和生產(chǎn)率等因素。,2.1.2 精密磨削加工的分類,選擇的原則： a.對(duì)于人造金剛石磨料、樹脂結(jié)合劑磨具的常用質(zhì)量濃度為5075%，陶瓷結(jié)合劑磨具的質(zhì)量濃度為75100%，青銅結(jié)合劑磨具的質(zhì)量濃度為100%150。 b.對(duì)于立方氮化硼磨料，樹脂結(jié)合劑磨具的常用質(zhì)量濃度為100%，陶瓷結(jié)合劑磨具的質(zhì)量濃度為100150，一般都比人造金剛石磨具的質(zhì)量濃度高一些。,總則：成形磨削、溝槽磨削、寬接觸面平面磨削選用高質(zhì)量濃度；半精磨選用細(xì)粒度、中質(zhì)量濃度；高精度、小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。,2.1.2 精密磨削加工的分類,硬度,普通磨具的硬度是指磨粒在外

11、力作用下，磨粒自表面脫落的難易程度。磨具硬度低表示磨粒容易脫落。 超硬磨具中，由于超硬磨料耐磨性高，又比較昂貴，硬度一般較高，在其標(biāo)志中無硬度項(xiàng)。,2.1.2 精密磨削加工的分類,磨具的強(qiáng)度,磨具的強(qiáng)度是指磨具在高速回轉(zhuǎn)時(shí)，抵抗因離心力的作用而自身破碎的能力，對(duì)各類磨具都有最高工作線速度的規(guī)定。,2.1.2 精密磨削加工的分類,磨具的形狀和尺寸及其基體材料,根據(jù)機(jī)床規(guī)格和加工情況選擇磨具的形狀和尺寸。超硬磨具一般由磨料層、過渡層和基體三個(gè)部分組成。超硬磨具結(jié)構(gòu)中，有些廠家把磨料層直接固定在基體上，取消了過渡層。,圖2.1 超硬磨具結(jié)構(gòu),基體的材料與結(jié)合劑有關(guān)，金屬結(jié)合劑磨具大多采用鐵或銅合金；

12、樹脂結(jié)合劑磨具采用鋁、鋁合金或電木；陶瓷結(jié)合劑磨具多采用陶瓷。,2.1.2 精密磨削加工的分類,涂覆磨具是將磨料用粘結(jié)劑均勻地涂覆在紙、布或其它復(fù)合材料基底上的磨具，又稱涂敷磨具。 常用的涂覆磨具有砂紙、砂布、砂帶、砂盤和砂布套等。,圖2.2涂覆磨具結(jié)構(gòu)示意圖,2.1.2 精密磨削加工的分類,涂覆磨具分類,涂覆磨具產(chǎn)品有干磨砂布、干磨砂紙、耐水砂布、耐水砂紙、環(huán)狀砂帶(有接頭、無接頭)、卷狀砂帶等。,2.1.2 精密磨削加工的分類,磨料及粒度,常用的涂覆磨料有棕剛玉、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。 涂覆磨料的粒度與普通磨料粒度近似，但無論是磨粒還是微粉，

13、一律用冠以P字的粒度號(hào)表示，如涂覆磨料粒度號(hào)P240與普通磨料粒度號(hào)240一樣，而P320相當(dāng)于W50，P1000相當(dāng)于W20。,2.1.2 精密磨削加工的分類,粘結(jié)劑,粘結(jié)劑又稱為膠，其作用是將砂粒牢固地粘結(jié)在基底上。粘結(jié)劑是影響涂覆磨具的性能和質(zhì)量的重要因素。 根據(jù)涂覆磨具基底材料、工作條件和用途等不同，粘結(jié)劑又可分為粘結(jié)膜、底膠和覆膠。 當(dāng)基底材料為聚酯、硫化纖維時(shí)，為了使底膠能與基底牢固粘結(jié)，要在聚酯膜、硫化纖維布上預(yù)先涂上一層粘結(jié)膜，而對(duì)于基底材料為紙、布等則不必預(yù)涂粘結(jié)膜。,有些涂覆磨具采用底膠和覆膠的雙層粘結(jié)劑結(jié)構(gòu)，一般取粘結(jié)性能較好的底膠和耐熱、耐濕、富有彈性的覆膠，使涂覆磨具

14、性能更好。大多數(shù)涂覆磨具都是單層膠。,2.1.2 精密磨削加工的分類,2.1.2 精密磨削加工的分類,粘結(jié)劑的種類如下：,動(dòng)物膠 主要有皮膠、明膠、骨膠等。粘結(jié)性能好，價(jià)格便宜，但溶于水易受潮，穩(wěn)定性受環(huán)境影響。用于輕切削的干磨和油磨。 樹脂 主要有醇酸樹脂、胺基樹脂、尿醛樹脂、酚醛樹脂等，樹脂粘結(jié)性能好，耐熱、耐水或耐濕，有彈性，有些樹脂成本較高，且易溶于有機(jī)溶液。用于難磨削材料或復(fù)雜形面的磨削和拋光。 高分子化合物 如聚醋酸乙烯脂等，粘結(jié)性能好，耐濕有彈性，用于精密磨削，但成本較高。,2.1.2 精密磨削加工的分類,超涂層粘結(jié)劑 特殊性能的在覆膠層上再敷一層超涂層粘結(jié)劑,如: )抗靜電超涂

15、層粘結(jié)劑，可避免砂帶背面與支承物之間產(chǎn)生靜電而附著切屑粉塵； )抗堵塞超涂層粘結(jié)劑是一種以金屬皂為主的樹脂，可避免砂帶表面堵塞； )抗氧化分解超涂層粘結(jié)劑，由高分子材料和抗氧化分解活性材料所組成，加工中有冷卻作用，可提高砂帶耐用度和工件表面質(zhì)量。,2.1.2 精密磨削加工的分類,涂覆方法,不同品種的涂覆磨具可采用不同的涂覆方法，以滿足使用要求。當(dāng)前，涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂敷法和靜電植砂法等。 a重力落砂法 先將粘結(jié)劑均勻涂敷在基底上，再靠重力將砂粒均勻地噴灑在涂層上，經(jīng)烘干去除浮面砂粒后即成卷狀砂帶，裁剪后可制成涂覆磨具產(chǎn)品，整個(gè)過程自動(dòng)進(jìn)行。一般的砂紙、砂布均用此法，制造成本較

16、低。,2.1.2 精密磨削加工的分類,b涂敷法 先將砂粒和粘結(jié)劑進(jìn)行充分均勻的混合，然后利用膠輥將砂粒和粘結(jié)劑混合物均勻地涂敷在基底上。 粘結(jié)劑和砂粒的混合多用球磨機(jī)，而涂敷多用涂敷機(jī)，一般塑料膜材料的基底砂帶都用這種方法。 簡(jiǎn)單的涂敷方法可用噴頭將砂粒和粘結(jié)劑的混合物均勻地噴灑在基底上，多用于小量生產(chǎn)紙質(zhì)材料基底的砂帶。 精密和超精密加工中所用的涂覆磨具多用涂敷法制作。,2.1.2 精密磨削加工的分類,c、靜電植砂法 其原理是利用靜電作用將砂粒吸附在已涂膠的基底上，這種方法由于靜電作用，使砂粒尖端朝上，因此砂帶切削性強(qiáng)，等高性好，加工質(zhì)量好而受到廣泛采用。,在加工時(shí)，磨?；蛭⒎鄄皇枪探Y(jié)在一起

17、，而是成游離狀態(tài)，其傳統(tǒng)加工方法是研磨和拋光。近年來，在這些傳統(tǒng)加工工藝基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了許多新的游離加工方法。如：磁性研磨、擠壓研磨、噴射加工等特種加工方法。,2.1.2 精密磨削加工的分類,利用磁場(chǎng)跳躍的力量傳導(dǎo)至不銹鋼針、磨針、磨材；產(chǎn)生夾帶工件高頻率旋轉(zhuǎn)流動(dòng)、振動(dòng)、換向翻滾，劃過工件表面，工件內(nèi)孔，內(nèi)外牙及表面、凹凸面摩擦，達(dá)到清洗、去油垢雜質(zhì)，去除毛刺、研磨等精密拋光效果,一定壓力 （213兆帕）的氣體（空氣、氮或二氧化碳）和磨料粉末（直徑1050微米）混合后從直徑為0.11.2毫米的噴嘴小孔中高速噴出，利用磨料的沖擊破壞作用去除工件上的材料。一般使用Link title剛玉或碳化硅磨料

18、，有時(shí)還使用玻璃小珠（用于表面拋光）和碳酸氫鈉（用于表面清理）。,,,,,,,2.2 精密磨削加工機(jī)理,精密與特種加工,2.2.1 磨削過程及磨削力,精密磨削是指加工精度為l0.1um、表面粗糙度值Ra達(dá)到0.20.025um的磨削加工方法。又稱低粗糙度值磨削。 它是用微小的多刃刀具削除細(xì)微切屑的一種加工方法。,2.2.1 磨削過程及磨削力,,磨削過程,砂輪中的磨料磨粒是不規(guī)則的菱形多面體，頂錐角在80145范圍內(nèi)，但大多數(shù)為90120。如圖所示。磨削時(shí)磨粒基本上都以很大的負(fù)前角進(jìn)行切削。一般磨粒切削刃都有一定大小的圓弧，其刃口圓弧半徑rn在幾微米到幾十微米之間。磨粒磨損后其負(fù)前角和圓弧半徑r

19、n都將增大。,2.2.1 磨削過程及磨削力,四種切削形態(tài) 一般磨削時(shí)只有10的磨粒參加切削，切削深度分布在某一范圍內(nèi)，使各個(gè)磨粒承受的壓力不同，磨粒表現(xiàn)出四種切削形態(tài)。,一是帶而過的摩擦，工作表面僅留下一條痕跡； 二是發(fā)生塑性變形，擦出一條兩邊隆起的溝紋； 三是犁出一條溝，兩邊翻出飛邊； 四是切下切屑，其形狀隨磨粒切削刃形狀、工件材料、切削深度、切削速度而變化。,2.2.1 磨削過程及磨削力,2.2.1 磨削過程及磨削力,,精密磨削機(jī)理,磨粒的微刃性,在精密磨削中，通過較小的修整導(dǎo)程和修整深度來精細(xì)地修整砂輪，磨粒產(chǎn)生微細(xì)的破碎，而且形成細(xì)而多的切削刃，使磨粒具有較好的微刃性。這種砂輪磨削時(shí)

20、，同時(shí)參加切削的刃口增多，深度減小，微刃的微切削作用形成了小粗糙度值的表面。,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨粒的等高性,微刃是由砂輪的精細(xì)修整形成的，分布在砂輪表層的同一深度上的微刃數(shù)量多，細(xì)而多的切削刃具有平坦的表面，等高性好。由于加工表面的殘留高度極小，因而形成了小的表面粗糙度值。,2.2.1 磨削過程及磨削力,微刃的滑擦、擠壓、拋光作用,砂輪修整后出現(xiàn)的微刃切削開始比較銳利，切削作用強(qiáng)，隨著磨削時(shí)間的增加微刃逐漸鈍化，同時(shí)等高性得到改善。這時(shí)切削作用減弱，滑擦、擠壓、拋光作用增強(qiáng)。磨削區(qū)的高溫使金屬軟化，鈍化微刃的滑擦和擠壓將工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度值。在同樣的磨削壓力下，單

21、個(gè)微刃受的比壓小，刻劃深度小。,圖中： ---切削深度； ---位移量； y ---工件半徑的減小量，,2.2.1 磨削過程及磨削力,彈性變形的作用,把磨床和工件當(dāng)作一個(gè)“彈性系統(tǒng)”來分析。,2.2.1 磨削過程及磨削力,彈性變形的作用,在磨削加工中，砂輪的切削深度雖只120um，但由于單位磨削力比較大，所以總磨削力是很大的。 與通常的切削加工不同的是，由于法向分力是切向分力的兩倍以上，由此而產(chǎn)生的彈性變形所引起的砂輪的切削深度的變化量，對(duì)于原有的微小的切削深度來說是不能忽視的。采用無火花磨削所磨削的就是該彈性變形的恢復(fù)部分。,,由于受切削力的影響，如果增多行程次數(shù)使砂輪架不再進(jìn)給，砂輪和砂

22、輪架的切削深度就會(huì)趨于一致，又由于加工中存在著誤差復(fù)映規(guī)律，說明除非反復(fù)地進(jìn)行無火花磨削，否則砂輪架具有正確的進(jìn)給深度也不能加工出所期望的工件尺寸。,2.2.1 磨削過程及磨削力,彈性變形的作用,2.2.1 磨削過程及磨削力,當(dāng)進(jìn)行無火花磨削，而且磨粒切深又很微小時(shí)，在切削刃磨削點(diǎn)上由于受工件材料的彈性變形和粘結(jié)磨粒的粘結(jié)劑的彈性變形的影響，會(huì)產(chǎn)生磨粒切削刃在加工面上滑移的現(xiàn)象，并在彈塑性的接觸狀態(tài)下與加工面發(fā)生摩擦作用，其切削量是極微小的，這將有利于鏡面的形成。,彈性變形的作用,,,,,縱磨法磨外圓,周邊磨削平面,2.2.1 磨削過程及磨削力,,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),磨削的主運(yùn)動(dòng),2.2.1

23、磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),工件的切向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),VW m/s 或m/min,,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),工件軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),fa mm/r 或 mm/st,,,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),徑向進(jìn)給量,fr mm,,,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),1、外圓磨削,主運(yùn)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)、移動(dòng) 吃刀運(yùn)動(dòng)砂輪、工件的相對(duì)徑向移動(dòng),工藝范圍：圓柱面、圓錐面、軸肩端面、球面、特 殊形狀回轉(zhuǎn)面,磨外圓視頻,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),2.2.1 磨削過程及磨削力,1、外圓磨削 外圓磨削按不同的進(jìn)給方向分為縱磨法和橫磨法。,縱磨

24、法：磨外圓時(shí)，工件同時(shí)作圓周進(jìn)給和沿軸向作縱向進(jìn)給，每單行程或往復(fù)行程終了，砂輪作周期的橫向進(jìn)給。（磨削力小，散熱條件好，運(yùn)用廣泛） 橫磨法：磨外圓時(shí)，工件不作縱向進(jìn)給，砂輪以緩慢的速度連續(xù)或斷續(xù)地沿工件徑向作橫向進(jìn)給。,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),2、內(nèi)圓磨削,主運(yùn)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)作圓周進(jìn)給，工件或砂輪縱向 往復(fù)移動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,工藝范圍：通孔、盲孔、孔口端面,磨內(nèi)孔視頻,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),內(nèi)圓磨削特點(diǎn)： 1、砂輪直徑小，容易磨鈍，需經(jīng)常修整和更換。 2、為保證磨削速度，砂

25、輪轉(zhuǎn)速要求高。 3、砂輪軸細(xì)小，懸伸長(zhǎng)度大，剛性差，磨削時(shí)易彎曲和振動(dòng)，加工精度 和表面粗糙度難于控制。,2、內(nèi)圓磨削,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),3、無心磨削 無心磨削是工件不定中心的磨削，有無心外圓磨削和無心內(nèi)圓磨削兩種。 工作原理 工件放在砂輪和導(dǎo)輪之間，以被磨削表面為基準(zhǔn)，支承在托板上。砂輪通過摩擦力帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)輪靠摩擦力旋轉(zhuǎn)，砂輪與工件間有很大的速度差而產(chǎn)生磨削作用。工件中心須高出砂輪與導(dǎo)輪中心連線，這樣工件與砂輪和導(dǎo)輪的接觸點(diǎn)不對(duì)稱，從而使工件上的凸點(diǎn)在多次轉(zhuǎn)動(dòng)中逐漸磨圓。,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),無心外圓磨削 1、砂輪；2、

26、托板；3、導(dǎo)輪；4、工件；5、擋塊,3、無心磨削,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),磨削加工類型與運(yùn)動(dòng),周邊磨削： 砂輪周邊為磨削工作面，接觸面小，發(fā)熱小，排屑及冷卻條件好，工件受熱變形小，砂輪磨損均勻，加工精度高，生產(chǎn)效率低。端面磨削： 砂輪端面為磨削工作面，接觸面大，發(fā)熱多，排屑及冷卻條件差，工件受熱變形大，砂輪磨損不均勻，加工精度差，生產(chǎn)效率高。,4、平面磨削,2.2.1 磨削過程及磨削力,2.2.1 磨削過程及磨削力,,磨削力,“負(fù)前角切削”，總的磨削力相當(dāng)大?？偰ハ髁煞纸鉃槿齻€(gè)分力：Fz----主磨削力(切向磨削力)；Fy----切深力(徑向磨削力)；Fx----

27、進(jìn)給力(軸向磨削力）。幾種不同類型磨削加工的三向分力如圖所示。,2.2.1 磨削過程及磨削力,磨削力的主要特征,a單位磨削力很大。 由于磨粒幾何形狀的隨機(jī)性和參數(shù)不合理，磨削時(shí)的單位磨削力P值很大，可達(dá)70000Nmm2以上。 b、三向分力中切深力Fy值最大。 在正常磨削條件下，F(xiàn)yFz約為2.02.5。由于Fy對(duì)砂輪軸、工件的變形與振動(dòng)有關(guān)，直接影響加工精度與表面質(zhì)量，故該力是十分重要的。,2.2.1 磨削過程及磨削力,影響磨削力的因素,a、砂輪速度v 當(dāng)v時(shí)，參加切削的磨粒數(shù)量，每個(gè)磨粒的切削厚度，磨削力。 b、工件速度vw 當(dāng)vw和fa時(shí)單位時(shí)間內(nèi)磨去的金屬量，每個(gè)磨粒的切削厚度，磨削力

28、。 c、徑向進(jìn)給量fy 當(dāng)fy時(shí)，每個(gè)磨粒的切削厚度，砂輪與工件的磨削接觸弧長(zhǎng)，同時(shí)參加磨削的磨粒數(shù)，磨削力。,2.2.1 磨削過程及磨削力,影響磨削力的因素,d、砂輪的磨損會(huì)使磨削力增大。 因此磨削力的大小在一定程度上可以反映砂輪上磨粒的磨損程度。如果磨粒的磨損用磨削時(shí)工作臺(tái)的行程次數(shù)(反映了砂輪工作時(shí)間的長(zhǎng)短)間接地表示，則隨著行程次數(shù)的增大，徑向磨削力Fy和切向磨削力Fz都將增大，但Fy增大的速率遠(yuǎn)比Fz為快。,2.2.1 磨削過程及磨削力,,單個(gè)磨粒的切削厚度,將砂輪看成是一把多齒銑刀，以平面磨削為例。 如圖，當(dāng)砂輪上A點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)時(shí)，工件上C點(diǎn)就移動(dòng)到B點(diǎn)，這時(shí)ABC這層材料就被磨掉了

29、。此時(shí)磨去的最大厚度為BD，參加切削的磨粒數(shù)為 m(m為砂輪每亳米圓周上的磨粒數(shù))。,則單個(gè)磨粒的最大切削厚度為：,在直角BCD中 BDBCsin。,砂輪以v運(yùn)動(dòng)，當(dāng)從A點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)時(shí)所需時(shí)間為tm，在同樣時(shí)間內(nèi)工件以vw移動(dòng)了BC，則：,2.2.1 磨削過程及磨削力,,單個(gè)磨粒的切削厚度,2.2.1 磨削過程及磨削力,而,所以,忽略,得：,于是,考慮砂輪寬度B和軸向進(jìn)給量fa，則：,(fr-徑向進(jìn)給量),2.2.1 磨削過程及磨削力,同理，外圓磨削時(shí)單粒最大切削厚度為：,上述公式是在假定磨粒均勻分布的前提下得到的。然而磨粒在砂輪表面上的分布極不規(guī)則，每個(gè)磨粒的切削厚度相差很大。但從上式可以定性

30、地分析各因素對(duì)磨粒切削厚度的影響。 單粒切削厚度加大時(shí)，作用在磨粒上的切削力也增大，同時(shí)將影響砂輪磨損、磨削溫度及表面質(zhì)量等。,（fr-徑向進(jìn)給量),（vw-工件速度),（fa-軸向進(jìn)給量),（v-砂輪速度),（dw-工件直徑),2.2.2 磨削溫度與磨削液,,磨削溫度,磨削溫度的基本概念,磨削溫度分為：砂輪磨削區(qū)溫度A和磨粒磨削點(diǎn)溫度dot。 磨粒磨削點(diǎn)溫度dot瞬時(shí)可達(dá)8001200C，而砂輪磨削區(qū) 溫度A只有幾百度，磨削熱工件溫升不到幾十度。 磨粒磨削點(diǎn)溫度dot不但影響加 工表面質(zhì)量，而且與磨粒的磨損等 關(guān)系密切。 磨削區(qū)溫度A與磨削表面燒 傷和裂紋的出現(xiàn)密切有關(guān)。,2.2.2 磨削溫

31、度與磨削液,影響磨削溫度的主要因素,a.砂輪速度v 砂輪速度增大，單位時(shí)間內(nèi)的工作磨粒數(shù)將增多，單個(gè)磨粒的切削厚度變小，擠壓和摩擦作用加劇，滑擦熱顯著增多。此外還會(huì)使磨粒在工件表面的滑擦次數(shù)增多。所有這些都將促使磨削溫度的升高。,b.工件速度 工件速度增大就是熱源移動(dòng)速度增大，工件表面溫度可能有所降低，但不明顯。這是由于工件速度增大后，增大了金屬切除量，從而增加了發(fā)熱量，因此，為了更好地降低磨削溫度，應(yīng)該在提高工件速度的同時(shí)，適當(dāng)?shù)亟档蛷较蜻M(jìn)給量，使單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量保持為常值或略有增加。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,c.徑向進(jìn)給量 徑向進(jìn)給量的增大，將導(dǎo)致磨削過程中磨削變形力和摩擦力的

32、增大，從而引起發(fā)熱量的增多和磨削溫度的升高。,d.工件材料 金屬的導(dǎo)熱性越差，則磨削區(qū)的溫度越高。對(duì)鋼來說，含碳量高則導(dǎo)熱性差。鉻、鎳、鋁、硅、錳等元素的加入會(huì)使導(dǎo)熱性顯著變差。合金的金相組織不同，導(dǎo)熱性也不同，按奧氏體、淬火和回火馬氏體、珠光體的順序變好。磨削沖擊韌度和強(qiáng)度高的材料，磨削區(qū)溫度也比較高。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,用軟砂輪磨削時(shí)的磨削溫度低；反之則磨削溫度高。由于軟砂輪的自銳性好，砂輪工作表面上的磨粒經(jīng)常處于銳利狀態(tài)，減少了由于摩擦和彈性、塑性變形而消耗的能量，所以磨削溫度較低。,砂輪的粒度粗時(shí)磨削溫度低，其原因在于砂輪粒度粗則砂輪工作表面上單位面積的磨粒數(shù)少，在其它條件

33、均相同的情況下與細(xì)粒度的砂輪相比，與工件接觸面的有效面積較小，并且單位時(shí)間內(nèi)與工件加工表面摩擦的磨粒數(shù)較少，有助于磨削溫度的降低。,e.砂輪硬度與粒度,2.2.2 磨削溫度與磨削液,,磨削液,磨削液的性能有:潤(rùn)滑性能、冷卻性能、清洗性能，滲透性、防銹性、防腐性、消泡性、防火性、切削性和擠壓性等。 擠壓性是指磨削液與金屬表面起作用形成一層牢固的潤(rùn)滑膜，在磨削區(qū)域的高壓下有良好的潤(rùn)滑和抗粘著性能。,磨削液的作用機(jī)理,2.2.2 磨削溫度與磨削液,磨削液的冷卻作用,磨削液的冷卻作用主要靠熱傳導(dǎo)帶走大量的切削熱，從而降低磨削溫度提高砂輪的耐用度，減少工件的熱變形，提高加工精度。在磨削速度高、工件材料導(dǎo)

34、熱性差，熱膨脹系數(shù)較大的情況下，磨削熱的冷卻作用尤顯最要。 磨削液的冷卻性能取決于它的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、汽化熱、汽化速度、流量、流速等。 水溶液的導(dǎo)熱系數(shù)，比熱容比油大得多，故水溶液的冷卻性能要比油類好。 乳化液介于兩者之間。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,磨削液的潤(rùn)滑作用,摩擦可分為干摩擦、流體滑潤(rùn)摩擦和邊界潤(rùn)滑摩擦三類。 如不用磨削液，則形成工件與砂輪接觸的干摩擦，此時(shí)的摩擦系數(shù)較大. 當(dāng)加磨削液后，切屑、工件、砂輪之間形成完全的潤(rùn)滑油膜，砂輪與工件直接接觸面積很小或近于零，則成為流體潤(rùn)滑，流體潤(rùn)滑時(shí)摩擦系數(shù)很小。,但在很多情況下，由于砂輪與工件界面承受壓力很高的載荷，溫度也較高，流體油膜

35、大部分被破壞，造成部分金屬直接接觸； 由于潤(rùn)滑液的滲透和吸附作用，潤(rùn)滑液的吸附膜起到降低摩擦系數(shù)的作用，這種狀態(tài)為邊界潤(rùn)滑摩擦。邊界潤(rùn)滑時(shí)的摩擦系數(shù)大于流體潤(rùn)滑，但小于干磨削。金屬切削中的潤(rùn)滑大都屬于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,磨削液的潤(rùn)滑作用,2.2.2 磨削溫度與磨削液,磨削液的潤(rùn)滑性能與它的滲透性以及形成吸附膜的牢固程度有關(guān)。在磨削液中添加含硫、氯等元素的擠壓添加劑后會(huì)與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)生成化學(xué)膜。它可以在高溫下(400800C)使邊界潤(rùn)滑層保持較好的潤(rùn)滑性能。,磨削液的潤(rùn)滑作用,2.2.2 磨削溫度與磨削液,磨削液的清洗作用,磨削液具有沖刷磨削中產(chǎn)生的磨粉的作用。起

36、到防止劃傷已加工表面. 清洗性能的好壞與切削液的滲透性、流動(dòng)性和使用的壓力有關(guān)。 磨削液應(yīng)具有一定的防銹作用，以減少工件、機(jī)床的腐蝕。 防腐作用的好壞，取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質(zhì)。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,添加劑的種類,磨削液的添加劑,為了改善磨削液性能所加入的化學(xué)物質(zhì)稱為添加劑。 主要有油性添加劑、擠壓添加劑、表面活性劑等,2.2.2 磨削溫度與磨削液,油性添加劑,油性添加劑含有極性分子，能與金屬表面形成牢固的吸附膜，主要起潤(rùn)滑作用。但這種吸附膜只能在較低溫度下起較好的潤(rùn)滑作用，故多用于低速精加工的情況。 油性添加劑有動(dòng)植物油(如豆油、菜籽油、豬油等)，脂肪酸、胺類

37、、醇類及脂類。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,擠壓添加劑,常用的擠壓添加劑是含硫、磷、氯、碘等的有機(jī)化合物。這些化合物在高溫下與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)潤(rùn)滑膜。它的物理吸附膜能耐較高的溫度。 用硫可直接配制成硫化磨削油，或在礦物油中加入含硫的添加劑，如硫化動(dòng)植物油、硫化烯烴等配制成含硫的擠壓磨削油。這種含硫擠壓磨削油使用時(shí)與金屬表面化合，形成的硫化鐵膜在高溫下不易被破壞；加工鋼時(shí)在1000c左右仍能保持其潤(rùn)滑性能。但其摩擦系數(shù)比氯化鐵的大。,含氯擠壓添加劑有氯化石蠟(含氯量為4050)、氯化脂肪酸等。它們與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)生成氯化亞鐵、氯化鐵和氯化鐵薄膜。這些化合物的剪切強(qiáng)度和摩擦系數(shù)小

38、，但在300400c時(shí)易被破壞。遇水易分解成氫氧化鐵和鹽酸，失去潤(rùn)滑作用，同時(shí)對(duì)金屬有腐蝕作用，必須與防銹添加劑一起使用。 含磷擠壓添加劑與金屬表面作用生成磷酸鐵膜，它的摩擦系數(shù)小。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,2.2.2 磨削溫度與磨削液,表面活性劑,乳化劑是一種表面活性劑。它是使礦物油和水乳化，形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。 表面活性劑是一種有機(jī)化合物，是指一類在很低濃度時(shí)就能顯著降低水的表面張力的化合物，它達(dá)到一定濃度后可締合形成膠團(tuán)，從而具有潤(rùn)濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學(xué)作用及相應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用，成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品。表

39、面活性劑依其親水基的結(jié)構(gòu)分為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑及非離子表面活性劑。它的分子由極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)兩部分組成。前者親水可溶于水，后者親油可溶于油。,油與水本來是互不相溶的，加入表面活性劑后，它能定向地排列并吸附在油水兩極界面上，極性端向水，非極性端向油，把油和水連接起來，降低油--水的界面張力，使油以微小的顆粒穩(wěn)定地分散在水中，形成穩(wěn)定水包油乳化液，如圖所示。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,2.2.2 磨削溫度與磨削液,表面活性劑在乳化液中，除了起乳化作用外，還能吸附在金屬表面上形成潤(rùn)滑膜起潤(rùn)滑作用。 表面活性劑種類很多，陰離子型有：石油磺酸鈉、油酸鈉皂等，其乳化性能好，并有一定

40、的清洗和潤(rùn)滑性能。非離子型有：聚氯乙烯、脂肪、醇、醚等，它不怕硬水，也不受pH值的限制。 此外還有防銹添加劑(如亞硝酸鈉、石油磺酸鈉等)、抗泡沫添加劑（如二甲基硅油)和防霉添加劑(如苯酚等)。 良好乳化液往往使用幾種表面活性劑，有時(shí)還加入適量的乳化穩(wěn)定劑，如乙醇、正丁醇等。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,磨削液的分類與使用,磨削液的分類,非水溶性磨削液（磨削油）主要起潤(rùn)滑作用。 水溶性磨削液有良好的冷卻作用和清洗作用。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,溶液的主要成分為水并加入防銹劑，也可以加入一定量的表面活性劑和油性添加劑。 乳化液是由礦物油、乳化及其他添加劑配制的乳化油和95%98%的水稀釋而

41、成的乳白色磨削液。 離子型磨削液是水溶性磨削液中的一種新型磨削液，其母液是由陰離子型、非離子型表面活性劑和無機(jī)鹽配制而成的。它在水溶液中能離解成各種強(qiáng)度的離子。磨削時(shí)，由于強(qiáng)烈摩擦所產(chǎn)生的靜電荷，可由這些離子反應(yīng)迅速消除，降低磨削溫度，提高加工精度，改善表面質(zhì)量。,2.2.2 磨削溫度與磨削液,磨削液的選用,磨削的特點(diǎn)：溫度高，工件易燒傷，同時(shí)產(chǎn)生大量的細(xì)屑，砂末會(huì)劃傷已加上表面。 磨削液應(yīng)具有良好的冷卻清洗作用，并有一定的潤(rùn)滑性能和防銹作用。 一般磨削加工常用乳化液和離子型磨削液。 難加工材料在磨削加工時(shí)均處于高溫高壓邊界摩擦狀態(tài)。因此，宜選用擠壓磨削油或擠壓乳化液。,2.2.2 磨削溫度與

42、磨削液,磨削液的使用方法,澆注法：流速慢，壓力低，難于直接滲透入最高溫度區(qū)，影響磨削液效果。 噴霧冷卻法：以0.30.6MPa的壓縮空氣，通過圖示的噴霧裝置使磨削液霧化，從直徑1.53mm的噴嘴高速噴射到磨削區(qū)。高速氣流帶著霧化成微小液滴的磨削液滲透到磨削區(qū)，在高溫下迅速汽化，吸收大量熱，從而獲得良好的冷卻效果。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,,磨削加工表面幾何特性-表面粗糙度,幾何因素的影響,磨削表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇龅臒o數(shù)極細(xì)的溝槽形成的。單純從幾何因素考慮，可以認(rèn)為在單位面積上刻痕越多，即通過單位面積的磨粒數(shù)越多，刻痕的等高性越好，則磨削表面的粗糙度值越小。,2.2.3 磨削質(zhì)

43、量和裂紋控制,磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響,砂輪的速度越高，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。,砂輪的速度,工件速度,工件速度增大時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)減少，表面粗糙度值將增加。,砂輪的縱向進(jìn)給,砂輪的縱向進(jìn)給減小，工件表面的每個(gè)部位被砂輪重復(fù)磨削的次數(shù)增加，被磨削表面的粗糙度值將減小。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,砂輪的粒度,砂輪粒度和砂輪修整對(duì)表面粗糙度的影響,砂輪的粒度不僅表示磨粒的大小，而且還表示磨粒之間的距離。磨削金屬時(shí)，參與磨削的每一顆磨粒都會(huì)在加工表面上刻出跟它的大小和形狀相同的一道小溝。在相同的磨削條件下，砂輪的粒度號(hào)數(shù)越大，參加

44、磨削的磨粒越多，表面粗糙度值就越小。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,砂輪修整,修整砂輪的縱向進(jìn)給量對(duì)磨削表面的粗糙度影響甚大。修整砂輪時(shí)，金剛石筆的縱向進(jìn)給量越小，砂輪表面磨粒的等高性越好，被磨工件的表面粗糙度值就越小。小表面粗糙度值磨削的實(shí)踐表明，修整砂輪時(shí)，砂輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)金剛石筆的縱向進(jìn)給量如能減少到0.01mm，磨削表面粗糙度值就可達(dá)Ra0.10.2um。 砂輪表面的不平整在磨削時(shí)將被復(fù)映到被加工表面上。,,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,物理因素的影響--表面層金屬的塑性變形,砂輪的磨削速度遠(yuǎn)比一般切削加工的速度高得多，且磨粒大多為負(fù)前角，磨削比壓大，磨削區(qū)溫度很高，工件表層溫度有的可達(dá)

45、900C，工件表層金屬容易產(chǎn)生相變而燒傷。因此，磨削過程的塑性變形要比一般切削過程大得多。 由于塑性變形的緣故，被磨表面的幾何形狀與單純根據(jù)幾何因素所得到的原始形狀大不相同，在力因素和熱因素的綜合作用下，被磨工件表層金屬的晶粒在橫向上被拉長(zhǎng)了，有時(shí)還產(chǎn)生細(xì)微的裂口和局部的金屬堆積現(xiàn)象。 影響磨削表層金屬塑性變形的因素，往往是影響表面粗糙度值的決定因素。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,磨削用量,砂輪速度越高，就有可能使表層金屬塑性變形的傳播速度小于切削速度，工件材料來不及變形，致使表層金屬的塑性變形減小，磨削表面的粗糙度值將明顯減小； 工件速度增加，塑性變形增加，表面粗糙度值將增大； 磨削深度

46、對(duì)表層金屬塑性變形的影響很大。增大磨削深度，塑性變形將隨之增大，被磨的表面粗糙度值會(huì)增大。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,砂輪的選擇,砂輪粒度越細(xì)，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太細(xì)時(shí)，不僅砂輪易被磨屑堵塞，若導(dǎo)熱情況不好，反而會(huì)在加工表面產(chǎn)生燒傷等現(xiàn)象，使表面粗糙度值增大。 砂輪的硬度。砂輪選得太硬磨粒不易脫落，磨鈍了的磨粒不能及時(shí)被新磨粒所替代，從而使表面粗糙度值增大；砂輪選得太軟磨粒容易脫落，磨削作用減弱也會(huì)使表面粗糙度值增大。通常選中軟砂輪。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,砂輪的組織是指磨粒結(jié)合劑和氣孔的比例關(guān)系。緊密組織中的磨粒比例大氣孔小，在成形磨削和精密磨削時(shí)，能獲得高精度和

47、較小的表面粗糙度值。疏松組織的砂輪不易堵塞，適于磨削軟金屬、非金屬軟材料和熱敏材料(磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼等)，可獲得較小的表面粗糙度值。一般情況下，應(yīng)選用中等組織的砂輪。 砂輪材料。氧化物(剛玉)砂輪適用于磨削鋼類零件；碳化物(碳化硅、碳化硼)砂輪適于磨削鑄鐵、硬質(zhì)合金等材料；用高硬磨料(人造金剛石、立方氮化硼)砂輪磨削可獲得極小的表面粗糙度值，但加工成本很高。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,對(duì)于磨削加工來說，由于磨削溫度很高，熱因素的影響往往占主導(dǎo)地位。因此，必須采取切實(shí)可行的措施，將磨削液送入磨削區(qū)。,磨削液的選擇,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,,磨削加工后的表面層金屬力學(xué)物理性能,加

48、工表面層的冷作硬化,機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生滑移，晶粒被扯長(zhǎng)，這些都會(huì)使表面層金屬的硬度增加，統(tǒng)稱為冷作硬化(或稱為強(qiáng)化)。 表層金屬冷作硬化的結(jié)果會(huì)增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質(zhì)(如密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等)也有所變化。 金屬冷作硬化的結(jié)果，使金屬處于高能位不穩(wěn)定狀態(tài)，只要一有條件金屬的冷硬結(jié)構(gòu)本能地向比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為弱化。 機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的切削熱將使金屬在塑性變形中產(chǎn)生的冷硬現(xiàn)象得到恢復(fù)。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,評(píng)定冷作硬化的指標(biāo),表層金屬的顯微硬度HV； 硬化層深度h(m）； 硬化程度N。,式中： HV0

49、---工件內(nèi)部金屬原來的硬度。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,工件材料性能的影響,影響磨削加工表面冷作硬化的因素：,從材料的塑性和導(dǎo)熱性兩個(gè)方面進(jìn)行分析。 磨削高碳工具鋼T8，加工表面冷硬程度平均可達(dá)6065，個(gè)別可達(dá)100； 磨削純鐵時(shí)，加工表面冷硬程度可達(dá)7580，有時(shí)可達(dá)140150。 原因是純鐵的塑性好，磨削時(shí)的塑性變形大，強(qiáng)化傾向大；此外，純鐵的導(dǎo)熱性比高碳工具鋼高，熱不容易集中于表面，熱化傾向小。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,磨削用量的選擇,加大磨削深度，磨削力隨之增大，磨削過程的塑性變形加劇，表面冷硬傾向增大。 加大縱向進(jìn)給速度，每顆磨粒的切屑厚度隨之增大，磨削力加大，冷硬

50、增大。但提高縱向進(jìn)給速度，有時(shí)又會(huì)使磨削區(qū)產(chǎn)生較大的熱量而使冷硬減弱。加工表面的冷硬狀況要綜合考慮上述兩種因素的作用。 提高工件轉(zhuǎn)速，會(huì)縮短砂輪對(duì)工件熱作用的時(shí)間，使軟化傾向減弱，因而表面層的冷硬程度增大。 提高磨削速度，每顆磨粒切除的切削厚度變小，減弱了塑性變形程度；磨削區(qū)的溫度增高，弱化傾向增大。所以，高速磨削時(shí)加工表面的冷硬程度總比普通磨削時(shí)低。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,砂輪粒度的影響,砂輪的粒度越大，每顆磨粒的載荷越小，冷硬程度也越小。,冷作硬化的測(cè)量,冷作硬化的測(cè)量主要是指表面層的顯微硬度HV和硬化層深度h的測(cè)量，硬化程度N可由表面層的顯微硬度HV和工件內(nèi)部金屬原來的顯微硬度

51、HV0通過式(2.2)計(jì)算求得。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,表面層顯微硬度HV的常用測(cè)定方法是用顯微硬度計(jì)來測(cè)量，它的測(cè)量原理與維氏硬度計(jì)相同，都是采用頂角為136的金剛石壓頭在試件表面上打印痕，根據(jù)印痕的大小決定硬度值。所不同的只是顯微硬度計(jì)所用的載荷很小，一般都只在2N以內(nèi)(維氏硬度計(jì)的載荷約為501200N)，印痕極小。加工表面冷硬層很薄時(shí)，可在斜截面上測(cè)量顯微硬度。對(duì)于平面試件可按圖2.14磨出斜面，然后逐點(diǎn)測(cè)量其顯微硬度，并將測(cè)量結(jié)果繪制如圖2.14b所示圖形。斜切角a常取為030230。采用斜截面測(cè)量法，不僅可測(cè)量顯微硬度，還能較準(zhǔn)確地測(cè)量出硬化層深度h。如圖2.14a可知:

52、,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,表層金屬的金相組織變化,機(jī)械加工過程中，在工件的加工區(qū)及其鄰近的區(qū)域，溫度會(huì)急劇升高，當(dāng)溫度升高到超過工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生金相組織變化。 在磨削加工中，所消耗能量的絕大部分都要轉(zhuǎn)化為熱，這些熱量中的約80%將傳給被加工表面，使工件表面具有很高的溫度。 對(duì)于已淬火的鋼件，很高的磨削溫度往往會(huì)使表面層金屬的金相組織產(chǎn)生變化，使表層金屬硬度下降，使工件表面呈現(xiàn)氧化膜顏色這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,回火燒傷,磨削淬火鋼時(shí)，表層金屬產(chǎn)生的金相組織變化，會(huì)出現(xiàn)以下三種金相組織變化：,如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度(碳

53、鋼的相變溫度為720C)，但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度(中碳鋼為300C)，工件表層金屬的馬氏體將轉(zhuǎn)化為硬度較低的回火組織(索氏體或托氏體)，稱為回火燒傷。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,淬火燒傷,如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，硬度比原來的回火馬氏體高；在它的下層因冷卻較慢出現(xiàn)了硬度比原來的回火馬氏體低的回火組織(索氏體或馬氏體)，這稱為淬火燒傷。,退火燒傷,如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度而磨削過程又沒有冷卻液，表層金屬將產(chǎn)生退火組織表層金屬的硬度將急劇下降，這稱為退火燒傷。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,正確選擇砂輪,改善磨削燒傷的工藝

54、途徑,a.砂輪的硬度 硬度太高的砂輪，砂輪鈍化后不易脫落，容易產(chǎn)生燒傷。為避免產(chǎn)生燒傷，應(yīng)選擇較軟的砂輪。 b.結(jié)合劑 選擇具有一定彈性的結(jié)合劑(如橡膠、樹脂結(jié)合劑) 有助于避免燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。 c.組織 為了減少砂輪與工件之間的摩擦熱，在砂輪的孔隙內(nèi)浸入石蠟之類的潤(rùn)滑物質(zhì)，對(duì)降低磨削區(qū)的溫度、防止工件燒傷有定效果。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,合理選擇磨削用量,以平磨為例來分析。 a.磨削深度ap對(duì)磨削溫度影響極大，從減輕燒傷的角度考慮，ap不宜過大。 b.加大橫向進(jìn)給量f對(duì)減輕燒傷有好處，為了減輕燒傷，宜選用較大的f。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,c.加大工件的回轉(zhuǎn)速度vw，磨削表

55、面的溫度升高，但其增長(zhǎng)速度與磨削深度ap的影響相比小得多；且vw越大，熱量越不容易傳入工件內(nèi)層，具有減小燒傷層深度的作用。但增大工件速度vw會(huì)使表面粗糙度值增大，為了彌補(bǔ)這一缺陷，可以相應(yīng)提高砂輪速度vs。實(shí)踐證明，同時(shí)提高砂輪速度vs和工件速度vw，可以避免燒傷。,d.從減輕燒傷而同時(shí)又盡可能地保持較高的生產(chǎn)率考慮，在選擇磨削用量時(shí)，應(yīng)選用較大的工件速度vw和較小的磨削深度ap。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,改善冷卻條件,磨削時(shí)磨削液若能直接進(jìn)入磨削區(qū)對(duì)磨削區(qū)進(jìn)行充分冷卻，將有效地防止燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。 因?yàn)樗谋葻崛莺推療岫己芨撸谑覝貤l件下1mL水變成100C以上的水蒸氣至少能帶走2

56、512J的熱量；而磨削區(qū)熱源每秒鐘的發(fā)熱量在一般磨削用量下都在4187J以下。據(jù)此可推測(cè)，只要設(shè)法保證在每秒時(shí)間內(nèi)確有2mL的冷卻水進(jìn)入磨削區(qū)，將有相當(dāng)可觀的熱量被帶走就可以避免產(chǎn)生燒傷。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,表層金屬的殘余應(yīng)力,a.在磨削淬火鋼時(shí)，因磨削熱有可能使表層金屬產(chǎn)生回火燒傷，工件表層金屬組織將由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏楣怏w的托氏體或索氏體，表層金屬密度增大，比熱容減小。表面層金屬由于相變而產(chǎn)生的收縮受到基體金屬（即更深一層）的阻礙，因而在表層金屬產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力，里層金屬則產(chǎn)生與之相平衡的壓縮殘余應(yīng)力。 b.如果磨削時(shí)表層金屬的溫度超過相變溫度且冷卻又很充分，表層金屬將因急冷

57、形成淬火馬氏體，密度減小比熱容增大，因此使表面金屬產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，而里層金屬則產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力。,機(jī)加工時(shí)，在加工表面的金屬層內(nèi)有塑性變形產(chǎn)生，使表層金屬的比熱容增大。不同的金相組織具有不同的密度，也就會(huì)具有不同的比熱容。,,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,影響磨削殘余應(yīng)力的工藝因素,規(guī)律：在一般磨削過程中， a.若熱因素起主導(dǎo)作用，工件表面將產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力； b.若塑性變形起主導(dǎo)作用，工件表面將產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力； c.當(dāng)工件表面溫度超過相變溫度且又冷卻充分時(shí)，工件表面出現(xiàn)淬火燒傷，此時(shí)金相組織變化因素起主要作用，工件表面將產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。 d.在精細(xì)磨削時(shí)，塑性變形起主導(dǎo)作用，工件表層

58、金屬產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,磨削用量的影響,a.磨削深度ap對(duì)表面層殘余應(yīng)力的性質(zhì)、數(shù)值有很大影響。,當(dāng)磨削深度很小時(shí)，塑性變形起主要作用，因此磨削表面形成壓縮殘余應(yīng)力。繼續(xù)增大磨削深度，塑性變形加劇，磨削熱隨之增大，熱因素的作用逐漸占主導(dǎo)地位，在表面層產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力；,隨著磨削深度的增大，拉伸殘余應(yīng)力的數(shù)值將逐漸增大。當(dāng)ap0.025mm時(shí)，盡管磨削溫度很高，但因工業(yè)鐵的含碳量極低，不可能出現(xiàn)淬火現(xiàn)象。此時(shí)塑性變形因素逐漸起主導(dǎo)作用，表層金屬的拉伸殘余應(yīng)力數(shù)值逐漸減小；當(dāng)ap取值很大時(shí)表層金屬呈現(xiàn)壓縮殘余應(yīng)力狀態(tài)。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,b.提高砂輪速

59、度，磨削區(qū)溫度增高，而每顆磨粒所切除的金屬厚度減小，此時(shí)熱因素的作用增大，塑性變形因素的影響減小，因此提高砂輪速度將使表面金屬產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的傾向增大。,c.加大工件的回轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給速度，將使砂輪與工件熱作用的時(shí)間縮短，熱因素的影響將逐漸減小，塑性變形因素的影響逐漸加大。這樣，表層金屬中產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的趨勢(shì)逐漸減小而產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力的趨勢(shì)逐漸增大。,2.2.3 磨削質(zhì)量和裂紋控制,工件材料的影響,一般來說，工件材料的強(qiáng)度越高、導(dǎo)熱性越差、塑性越低，在磨削時(shí)表面金屬產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的傾向就越大。 碳素工具鋼T8比工業(yè)鐵強(qiáng)度高，材料的變形阻力大，磨削時(shí)發(fā)熱量也大，且T8的導(dǎo)熱性比工業(yè)鐵差，磨削

60、熱容易集中在表面金屬層，再加上T8的塑性低于工業(yè)鐵，因此磨削碳素工具鋼T8時(shí)，熱因素的作用比磨削工業(yè)鐵明顯，表層金屬產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的傾向比磨削工業(yè)鐵大。,,,,,,,2.3 精密磨削加工的機(jī)床及應(yīng)用,精密與特種加工,第2章 精密磨削加工,2.3.1 概述,,精密磨床應(yīng)滿足的要求,高幾何精度,主要有砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌的直線度。,磨削低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,由于砂輪的修整導(dǎo)程要求1015mm/min，因此工作臺(tái)必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。 對(duì)于橫向進(jìn)給，也應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性，應(yīng)有高精度的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以保證工件的尺寸精度以及砂輪修整時(shí)的微刃性和等高性。有時(shí)在

61、砂輪頭架移動(dòng)上配置了相應(yīng)要求精度的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)。,2.3.1 概述,減少振動(dòng),減少機(jī)床振動(dòng)的主要措施： 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡，電動(dòng)機(jī)與砂輪架之間的安裝要進(jìn)行隔振，如墊以硬橡膠或木塊，如果結(jié)構(gòu)上允許，電動(dòng)機(jī)最好與機(jī)床脫開，分離安裝在地基上。 砂輪要進(jìn)行動(dòng)平衡，應(yīng)當(dāng)安裝在主軸上之后進(jìn)行動(dòng)平衡。 精密磨床最好能安裝在防振地基上工作，可防止外界干擾，如果沒有防振地基，應(yīng)在機(jī)床和地面之間加上防振墊。,2.3.1 概述,減少熱變形,精密磨削中熱變形引起的加工誤差會(huì)達(dá)到總誤差的50。 內(nèi)部熱源與機(jī)床熱變形有關(guān)，外部熱源與使用情況有關(guān)。精密磨削在200.5恒溫室內(nèi)進(jìn)行，對(duì)磨削區(qū)沖注大量冷卻液排除外部熱源的影

62、響。,機(jī)床的熱變形很復(fù)雜，其結(jié)果是破壞了調(diào)整后的工件與砂輪的相對(duì)位置。各種熱源產(chǎn)生的熱量，一部分向周圍空間散失，一部分被冷卻液帶走。隨著熱量的積聚與散失趨向平衡，熱變形亦逐漸穩(wěn)定。 所以磨床應(yīng)開啟后經(jīng)過34h趨向熱平衡，精密磨削在機(jī)床熱變形穩(wěn)定后進(jìn)行。,2.3.1 概述,2.3.2 精密磨削機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),通常精密磨床采用壓電和電致伸縮傳感器微進(jìn)給裝置,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)微進(jìn)給,有較高的剛度和自振頻率，自振頻率應(yīng)大于300500Hz； 調(diào)整使用方便，應(yīng)能很方便地調(diào)節(jié)電致伸縮傳感器的預(yù)載力； 最好是整體結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)微位移時(shí)應(yīng)無摩擦力； 結(jié)構(gòu)不要太復(fù)雜，便于加工制造。,對(duì)電致伸縮微量進(jìn)給裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求

63、:,2.3.2 精密磨削機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),微量進(jìn)給裝置的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)如下功能,a.實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給； b.實(shí)現(xiàn)超薄加工； c.在線誤差補(bǔ)償； d.用于磨削加工非軸對(duì)稱特殊型面。,2.3.2 精密磨削機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),機(jī)床的穩(wěn)定性和減振隔振,對(duì)機(jī)床的穩(wěn)定性要求有如下幾方面,a.各部件的尺寸穩(wěn)定性好 采用尺寸穩(wěn)定性好的材料制造機(jī)床部件，如用陶瓷、花崗巖、尺寸穩(wěn)定性好的鋼材、合金鑄鐵等；各部件經(jīng)過消除應(yīng)力的處理，如時(shí)效、冰冷處理、鑄件緩慢冷卻等方法使部件有高度的尺寸穩(wěn)定性。 b.結(jié)構(gòu)剛性高、變形小 當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位置改變工件裝卸或負(fù)載變化，受力作用變化等，均將造成變形，要求結(jié)構(gòu)剛度高、變形量極小，基本

64、不影響加工精度；各接觸面和聯(lián)接面的接觸良好，接觸剛度高，變形極小。,2.3.2 精密磨削機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),提高機(jī)床穩(wěn)定性的措施,a.各運(yùn)動(dòng)部件都經(jīng)過精密動(dòng)平衡，消滅或減少機(jī)床內(nèi)部的振源。 b.提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性。 c.在機(jī)床結(jié)構(gòu)的易振動(dòng)部分，人為地加入阻尼，減小振動(dòng)。 d.使用振動(dòng)衰減能力強(qiáng)的材料制造機(jī)床的結(jié)構(gòu)件。 e.精密機(jī)床應(yīng)盡量遠(yuǎn)離振源。 f.精密機(jī)床采用單獨(dú)地基、隔振溝、隔振墻等。 g.使用空氣隔振墊(亦稱空氣彈簧)。,2.3.2 精密磨削機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),減少熱變形和恒溫控制,溫度變化對(duì)精密機(jī)床加工誤差的影響,精密加工中機(jī)床熱變形和工件溫升引起的加工誤差占總誤差的4070。在一般機(jī)

65、械加工中，磨床潤(rùn)滑油和磨削液每日變化10是常見的現(xiàn)象，如磨削100的軸類零件，溫升10將產(chǎn)生11m的誤差。精密加工鋁合金零件100mm長(zhǎng)時(shí)，每溫度變化1，將產(chǎn)生2.25m的誤差。若要求確保0.1m的加工精度，環(huán)境溫度就需要控制在0.05范圍內(nèi)。從以上結(jié)果可看到要提高機(jī)床的加工精度，必須嚴(yán)格控制溫度變化。,2.3.2 精密磨削機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),減小機(jī)床熱變形的措施,a盡量減少機(jī)床中的熱源。如機(jī)床主軸采用空氣軸承代替液體靜壓軸承以減少發(fā)熱量；使用發(fā)熱量小的電機(jī)；將發(fā)熱器件放在機(jī)床床身以外。 b采用熱膨脹系數(shù)小的材料制造機(jī)床部件?，F(xiàn)在不少坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和超精密機(jī)床使用花崗巖、銦鋼、陶瓷、銦鋼鑄鐵、低熱

66、膨脹系數(shù)的鑄鐵等做機(jī)床的關(guān)鍵部件。 c機(jī)床結(jié)構(gòu)合理化。使在同樣溫度變化條件下機(jī)床的熱變形最小。 d使機(jī)床長(zhǎng)期處在熱平衡狀態(tài)，使熱變形量成為恒定。,2.3.2 精密磨削機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),e使用大量恒溫液體噴淋，形成機(jī)床附近局部地區(qū)小環(huán)境的精密恒溫狀態(tài)。 精密機(jī)床要保持恒溫可用大量的恒溫油(或恒溫水)澆淋磨削區(qū)、關(guān)鍵部件或整個(gè)機(jī)床。 如有的精密絲杠磨床的母絲杠做成帶內(nèi)孔的結(jié)構(gòu)，工作時(shí)用恒溫油通過絲杠內(nèi)孔，使母絲杠保持恒溫，從而提高了加工絲杠的螺距精度。,2.3.2 精密磨削機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),圖2.17 澆淋油的溫控系統(tǒng)(200.0055),,,,,,,2.4 超精密磨削加工簡(jiǎn)介,精密與特種加工,第2章 精密磨削加工,2.4 超精密磨削加工簡(jiǎn)介,(精密磨削是指加工精度為l0.1um、表面粗糙度值Ra0.20.025um) 超精密磨削加工加工表面粗糙度值Ra0.025m，加工精度達(dá)到或高于0.5 0.1m。 鏡面磨削一般是指加工表面粗糙度值Ra0.020.01m，表面光澤如鏡的磨削方法，在加工精度的含義上不夠明確，比較強(qiáng)調(diào)表面粗糙度的要求，從精度和表面粗糙度相應(yīng)和統(tǒng)一的觀點(diǎn)來理解，鏡面磨