第3章精密磨削和超精密磨削ppt课件.ppt

3.1 精密和超精密磨削概述 3.2 精密磨削 3.3 超硬磨料砂轮磨削 3.4 超精密磨削 3.5 精密和超精密砂带磨削,第3章 精密磨削和超精密磨削,第1节 精密和超精密磨削概述,金刚石刀具主要是对铝、铜及其合金等材料进行超精密切削，而对于黑色金属、硬脆材料的精密与超精密加工，则主要是应用精密和超精密磨料加工。所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。,第1节 精密和超精密磨削概述,一、精密和超精密加工分类,第1节 精密和超精密磨削概述,一、精密和超精密加工分类,将磨料或微粉与结合剂粘合在一起，形成一定的形状并具有一定强度，再采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。,精密砂轮磨削：砂轮的粒度6080，加工精度1m，Ra0.025m；超精密砂轮磨削：砂轮的粒度W40W50，得加工精度0.1m，Ra0.0250.008m。,精密砂带磨削：砂带粒度W63W28，加工精度1m，Ra0.025;超精密砂带磨削：砂带粒度W28W3，加工精度0.1m，Ra0.0250.008m。,第1节 精密和超精密磨削概述,一、精密和超精密加工分类,磨料或微粉不是固结在一起，而是成游离状态。传统方法：研磨和抛光新方法：磁性研磨、弹性发射加工、液体动力抛光、液中研抛、磁流体抛光、挤压研抛、喷射加工等。,第1节 精密和超精密磨削概述,第1节 精密和超精密磨削概述,二、精密和超精密砂轮磨料磨具,第1节 精密和超精密磨削概述,二、精密和超精密砂轮磨料磨具,多选用180240普通磨料、170/200325/400超硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。,将磨料粘合在一起，形成一定的形状，并有一定的强度。树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂,普通磨具中磨料的含量用组织表示，超硬磨具中磨料的含量用浓度表示。成形磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削选用高质量浓度；半精磨、精磨选用细粒度、中质量浓度；高精度、低表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削选用细粒度、低质量浓度。,第1节 精密和超精密磨削概述,二、精密和超精密砂轮磨料磨具,普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。超硬磨具无硬度项指标。,高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。,根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。基体材料与结合剂有关，金属结合剂磨具多采用铁或铜合金；树脂结合剂磨具采用铝及合金或电木；陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。,第1节 精密和超精密磨削概述,三、精密和超精密涂覆磨具,第1节 精密和超精密磨削概述,三、精密和超精密涂覆磨具,第1节 精密和超精密磨削概述,三、精密和超精密涂覆磨具,棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石等。涂覆磨料的粒度无论磨粒还是微粉，都用P字粒度号表示。,又称胶，作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。动物胶：皮胶、明胶、骨胶等。用于轻切削的干磨和油磨。树脂：醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂等。用于难磨材料或复杂形面的磨削或抛光。高分子化合物：聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。,第1节 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,静电植砂法,第2节 精密磨削,一、精密磨削机理,第2节 精密磨削,二、精密磨削砂轮选择,精密磨削使所用砂轮的选择以易产生和保持微刃及其等高性为原则。磨削钢件及铸铁件时，采用刚玉磨料（韧性较高、能保持微韧性和等高性）较好，单晶刚玉最好，白刚玉、铬刚玉应用最普遍。碳化硅磨料韧性差，颗粒呈针片状，修整时难以形成等高性好的微刃，磨削时，微刃易产生微细裂纹，不易保持微刃性和等高性。砂轮的粒度可选择粗粒度和细粒度两类。结合剂选择树脂较好，加入石墨填料加强摩擦抛光作用。,第2节 精密磨削,三、精密磨削时砂轮的修整,砂轮修整是精密磨削的关键，有单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结型修整器修整和金刚石超声波修整等。砂轮的修整用量有修整导程、修整深度、修整次数和光修次数。修整导程（纵向进给量）为1015mm/min，修整深度为2.5m/单行程，精修次数23次，光修次数1次单行程。,第2节 精密磨削,四、精密磨床,精密磨削要在精密磨床上进行。精密磨床应满足的要求：1、高几何精度：主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度，以保证工件的几何形状精度要求，主轴轴承一般采用动压和动静压组合轴承。2、低速进给运动的稳定性：要求无爬行和冲击现象，能平稳工作。特殊设计液压系统，采取排除空气、低流量节流阀、工作台导轨压力润滑。3、减少振动 1）电动机的转子应进行动平衡，电动机与砂轮架之间进行隔振；2）砂轮要进行动平衡；3）精密磨床最好安装在防振地基上。,第2节 精密磨削,四、精密磨床,第2节 精密磨削,五、磨削用量,一般在1530m/s,一般在612m/min,一般为50100mm/min或0.060.5mm/r,一般取0.62.5m/单行程,一般约23次（单行程）,粗粒度砂轮精细修整后，光磨次数采用58次细粒度砂轮精细修整后，光磨次数采用1025次。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,一、超硬磨料砂轮磨削特点,1）可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体、石材等。立方氮化硼砂轮磨削时，热稳定性好，化学惰性强，不易与铁素元素产生亲和作用和化学反应，加工黑色金属时，有较高的耐磨性。2）磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。3）磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。4）磨削效率高。5）综合成本低。,对砂轮进行微量切削，使砂轮达到所要求的几何形状精度，并使磨料尖端细微破碎，形成锋利的磨削刃。,去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有一定的容屑空间，并使磨刃突出于结合剂之外，形成切削刃。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,第3节 超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,用单点、聚晶金刚石笔，修整片等车削金刚石砂轮达到修整目的。,用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂轮上的树脂、陶瓷、金属结合剂，致使超硬磨粒就会脱落。目前最为广泛采用的修整法。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,单滚轮法,双滚轮法,第3节 超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮，与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚，使结合剂破裂形成容屑空间，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、刚玉等游离磨料，依靠游离磨料挤轧作用进行修锐。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,碳化硅和刚玉,第3节 超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,利用电化学个腐蚀作用蚀除金属结合剂，多用于金属结合剂砂轮的修锐，非金属结合剂砂轮无效。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,电火花放电加工，适用于各种金属结合剂砂轮。若在结合剂中加入石墨粉，可用于树脂、陶瓷结合剂砂轮。既可整形，又可修锐。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,二、超硬磨料砂轮修整,用受激振动的簧片或超声波振动头驱动的幅板作为修整器，并在砂轮和修整器间放入游离磨料撞击砂轮的结合剂，使超硬磨粒突出结合剂。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,三、超硬磨料砂轮磨床,超精密磨削对磨床的要求：1）要求磨床的精度较高，砂轮主轴回转精度其径向跳动应0.01mm，端面圆跳动0.005mm。2）比普通磨床刚度提高50左右。3）进给系统精度高、进给速度均匀准确，纵向进给速度最小可达0.3m/min，横向进给最小可达0.0010.002mm/单行程。4）各运动件和主轴回转部分、进给运动导轨部分有可靠的密封。5）有比较完善的磨削液处理系统。6）采取相应的防振、隔振措施。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,四、超硬磨料砂轮磨削工艺,人造金刚石砂轮的磨削速度为1230m/s，立方氮化硼砂轮的磨削速度为4560m/s.,一般为1020m/min,一般在0.451.5m/min,磨削深度为0.0020.01mm,第3节 超硬磨料砂轮磨削,四、超硬磨料砂轮磨削工艺,降低磨削温度，减少磨削力，改善磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。润滑、冷却、清洗性能，尚有渗透性、防锈性、防腐性、防火性、切削性和极压性等,油性液：成分是矿物油，如机油、轻质柴油、煤油，加入脂肪油和添加剂。水溶性液：成分是水，如乳化液、无机盐水溶液和化学合成液等。金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性液，立方氮化硼砂轮磨削时用油性液。,第3节 超硬磨料砂轮磨削,五、超硬磨料砂轮的平衡,力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。（1）机外静平衡架上平衡（2）机上动态平衡（3）机外动态平衡,力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡，是在一个有一定长度的体上进行力偶平衡。一般在动平衡机上进行。,第4节 超精密磨削,一、超精密磨削和镜面磨削,超精密磨削的加工精度达到或高于0.1m，表面粗糙度低于0.025m，是一种亚微米级的加工方法；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。镜面磨削加工表面粗糙度达到0.020.01m，属于精密和超精密磨削范畴。,超精密磨削的特点：1）超精密磨床是超精密磨削的关键2）超精密磨削是一种超微量去除加工3）超精密磨削是一个高精度、高稳定 性的系统工程,第4节 超精密磨削,二、超精密磨削机理,单颗粒磨削1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合剂）的和大负前角切削刃的弹性体。2）磨粒切削刃的切入深度是从零开始逐渐增加，到达最大值再逐渐减少，最后到零。3）磨粒磨削时在工件的接触过程中，开始是弹性区，继而塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区。4）超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。,第4节 超精密磨削,磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。磨削过程可分为：三个阶段，砂轮表面的磨粒与工件材料接触，发生弹性变形，磨粒继续切入工件（切削深度增加），工件材料进入塑性阶段，材料晶粒发生滑移。塑性变形不断增大，当力达到工件的强度极限时，被磨削层材料产生挤裂，即进入切削阶段，最后被切离。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、超精密磨削机理,第4节 超精密磨削,三、超精密磨床,（1）高精度 尺寸精度：正负0.25正负0.5 圆度：0.250.1m 圆柱度：25000：0.255000：1m 表面粗糙度：0.0060.01m（2）高刚度 刚度值一般应在200N/m以上（3）高稳定性（4）微进给装置 使砂轮获得行程为250m，位移精度为0.020.2m，分辨率达 0.010.1m。（5）计算机数控,第4节 超精密磨削,三、超精密磨床,超精密磨床在结构上的发展趋势：（1）主轴轴承由动压向动静压和 静压发展，由液体 静压向空气静 压发展。（2）多采用空气静压导轨，也有 采用精密研磨配制 的镶钢滑动导轨。（3）床身、工作台等逐渐采用稳 定性好的天然或人 造花岗岩。（4）整个机床采用对称结构、密 封结构、淋浴结构 等热稳定性措施。,第4节 超精密磨削,三、超精密磨床,砂轮线速度：1860m/min 工件线速度：410m/min 工作台纵向进给速度;50100mm/min 磨削深度：0.51m 磨削横进给次数：24次 无火花磨削次数：35次 磨削用量：25m,第5节 精密和超精密砂带磨削,采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触轮带动砂带高速回转，工件回转，砂带头架或工作台纵向及横向进给运动，从而对工件进行磨削。,采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带作极缓慢的移动，砂带绕过接触轮并以一定的工作压力与工件被加工表面接触，工件回转，砂带头架或工作台纵向及横向进给，从而对工件进行磨削。砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，切削区不断出现新砂粒，磨削质量高且稳定，磨削效果好,一、砂带磨削方式、特点和应用,砂带磨削分类：按砂带与工件接触形式分为接触轮式、支承板（轮）式、自由浮动接触式和自由接触式。按加工表面类型分为外圆、内圆、平面、成形表面等。,第5节 精密和超精密砂带磨削,一、砂带磨削方式、特点和应用,1）砂带与工件是柔性接触，磨粒载荷小而均匀，砂带磨削 工件表面质量高，表面粗糙度可达0.050.01m，又称“弹性”磨削。2）静电植砂法是磨粒具有方向性，力、热作用小，有较好 的切削性，有效地减小了工件变形和表面烧伤。工件的 尺寸精度可达50.5m，平面度可达1m。又有“冷态”磨削之称。3）砂带磨削效率高，无需修整。4）砂带制作简单方便，无烧结、动平衡等问题，价格也便 宜，砂带磨削设备结构简单。5）砂带磨削有广阔的工艺性和应用范围、很强的适应性。,第5节 精密和超精密砂带磨削,一、砂带磨削方式、特点和应用,砂带研抛加工：开式砂带磨削方式，用细粒度砂粒聚酯薄膜基底砂带。1）接触轮外缘材料为橡胶、塑料时，加工时的抛光作用强；2）接触轮外缘材料为钢铁、铜、胶木时，加工时的研磨作 用强；3）接触轮外缘材料为半软半硬时，加工时研磨、抛光兼有。,缺点：砂带磨削不能加工窄退刀槽的阶梯轴、阶梯孔、盲孔、小孔、齿轮等，对形状和位置精度要求高的也不如精密砂轮磨削。,第5节 精密和超精密砂带磨削,二、砂带磨削机理,砂带磨削时，弹性变形区的面积较大，使磨粒承受的载荷大大减小，载荷值也较均匀，且有减振作用。砂带磨削时材料的塑性变形和摩擦力均较砂轮磨削时减小，力和热的作用降低，工件温度降低。砂带粒度均匀、等高性好，磨粒尖刃向上，有方向性，且切削刃间隔长，切屑不易堵塞，有较好的切削性。砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光的综合作用，是一种复合加工。,第5节 精密和超精密砂带磨削,三、精密砂带磨床和砂带头架,组成：接触轮（或支撑板）、主动轮、张紧轮、张紧机构、调偏机构、电动机、基座等。,第5节 精密和超精密砂带磨削,组成：卷带轮、接触轮、砂带轮、电动机、基座等。,第5节 精密和超精密砂带磨削,开式砂带磨削和振动叠加的复合加工。1)在开式砂带磨削时，振动可弥补工件不能高速运动 时效率下降，使加工效率大大提高。2）振动地叠加可以形成复杂而又不重复地磨削轨迹，形成网状纹，有利于降低表面粗糙度，得到很低的 粗糙度值加工表面。3）可采用干式磨削，加工表面不易出现划痕。4）对宽砂带，沿接触轮轴向振动可使砂带不跑偏和 磨损均匀。,第5节 精密和超精密砂带磨削,三、精密砂带磨床和砂带头架,第5节 精密和超精密砂带磨削,三、精密砂带磨床和砂带头架,（1）接触轮的硬度越大，加工表面粗糙度越大；（2）除软质接触轮因超速而发生硬化外，速度高，所 获得的表面粗糙度就低；（3）锯齿形接触轮与表面平滑的接触轮相比，砂带的 使用寿命要长；（4）在加工工件的硬度一定时，硬质接触轮比软质接 触轮的切削量大。,其他元件：主动轮、张紧轮及张紧机构、调偏机构、振荡机构。,第5节 精密和超精密砂带磨削,四、精密砂带磨削工艺,对闭式磨削，粗磨时为1220m/s，精磨为2530m/s.,粗磨选2030m/min，精磨选20m/min以下,粗磨时，纵向进给量为0.173.00mm/r，磨削深度为0.050.10mm，精磨时，纵向进给量为0.42.00mm/r，磨削深度为0.010.05mm。,一般选取50300N,第5节 精密和超精密砂带磨削,四、精密砂带磨削工艺,使砂带通过一对有相应间隙的淬火钢制平滑滚轮，砂带受压将凸出磨粒压平而获得等高性。,用一细粒度砂带与欲用的新砂带对磨，将其凸出磨粒修整掉。,将新砂带使用一段时间后，待砂带处于正常磨损的最佳阶段时备用。,第5节 精密和超精密砂带磨削,四、精密砂带磨削工艺,第5节 精密和超精密砂带磨削,四、精密砂带磨削工艺,无论是湿磨还是干磨，无论是在砂带磨床还是在普通磨床上利用砂带磨削头架磨削，都应设有吸尘和集尘装置。,习题3-14习题3-16,课后思考题,