磨削加工.ppt

第六章,磨削加工,学习内容,二、磨床,三、砂轮,四、磨削原理,一、磨削加工,五、表面光整加工方法,六、砂带磨削,掌握磨削加工特点；掌握磨削原理；了解砂轮结构特点。了解磨床类型及功用。,学习要求,第一节 磨削加工特点,第二节 磨床,第三节 砂轮,第七章 磨削加工,第四节 磨削原理,第五节 表面光整加工方法,第六节 砂带磨削,第一节 磨削加工特点,1、磨削加工：凡是在磨床上用砂轮等磨具磨料对工件进行切削，使其在形状、精度和表面质量等方面能满足预定要求的加工方法统称为磨削加工。,2、磨削加工方式：下图所示为常见磨削方式。几乎各种表面都可以用磨削进行加工，磨床是种类最为繁多的一种机床。,3、磨削特点：磨削时，由于刀刃很多，所以加工时平稳、精度高。能获得很高的加工精度，IT5IT6,Ra0.321.25m；高精度外圆磨床的精密磨削尺寸精度可达0.2m，圆度0.1 m，表面粗糙度可控制到Ra0.01 m。不但可以加工软材料，如未淬火钢、铸铁和有色金属等，而且还可以加工硬度很高的材料，如淬火钢、各种切削刀具以及硬质合金等，这些材料用金属刀具很难加工甚至根本不能加工。对淬硬的金属材料进行加工，往往作为最终加工工序。一般情况下，磨削时的切削深度较小，在一次行程中所能切除的金属层很薄。磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工，其主运动是砂轮的旋转。磨削一定时间后，需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。磨削时，产生热量大，需有充分的切削液进行冷却,主要用于精加工；淬火件几乎只能用磨削来进行精加工。磨削也可以用于粗加工，如粗磨工件表面，切除钢锭和铸件上的硬皮表面，打磨浇口、冒口表面等；也可以薄片砂轮切断管料及各种硬度高的型材。高速磨削和强力磨削正在取代其他切削方法。,4、磨削加工的应用,用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨剂）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床。,内外圆柱面，圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成型面、刀具的刃磨等精加工和硬质材料的加工。,一、磨床的加工范围:,第二节 磨床,二、磨床的分类,根据用途分,外圆磨床,内圆磨床,平面磨床,螺纹磨床,齿轮磨床,导轨磨床,工具磨床,刀具刃磨床,各种专门化磨床,由于磨削方式及使用上的万能性不同，每一类还可分为很多品种，如外圆磨床还可细分为万能外圆磨床、普通外圆磨床、无心外圆磨床等。专门化磨床如花键轴磨床、曲轴磨床、轧辊磨床等，它们只能加工一种类型的零件。磨床的细分类可参阅机床型号编制表。,1、机床特点及应用2、机床主要技术参数3、主要部件和功能4、传动系统5、磨削方法,三、M1432A型万能外圆磨床,切削运动：主运动砂轮的旋转运动；进给运动工件圆周进给运动、工件的纵向往复进给运动、砂轮周期或连续横向进给运动；辅助运动砂轮架快速进退和尾座套筒缩回两个辅助运动。头架和砂轮架绕垂直轴线调整角度。,特点：万能性大，自动化程度低，属于普通精度机床，IT6IT7,Ra1.250.08m，生产效率低。应用：适用于工具车间、机修车间和单件小批量生产的车间使用。,1、机床特点及应用,加工工艺范围：磨削内外圆柱面、内外圆锥面、端面等。,2、机床主要技术参数,外圆磨削直径/mm 8320外圆最大磨削长度/mm 1000、1500、2000内空磨削直径/mm 30100内孔最大磨削长度/mm 125磨削工件最大质量/kg 150砂轮尺寸/mm 40050203砂轮转速/（r/min)1670内圆砂轮转速/（r/min)10000、15000头架主轴转速/（r/min)6级25、50、80、112、160、224工作台纵向移动速度/（m/min)0.054(液压无级调速）机床外形尺寸（三种规格）长度/mm 3200；4200；5200宽度/mm 18001500高度/mm 1420机床质量（三种规格）/kg 3200；4500；5800,3、主要部件和功能,床身：是磨床的基础支承件，用以支承机床的各部件，使它们在工作时保持准确的相对位置。头架：用于装夹工件并带动工件转动，当头架体回转一个角度时，可以磨削短圆锥面；当头架逆时针回转90，可磨削小平面。,砂轮架：用以支承并传动砂轮主轴高速旋转，砂轮架装在滑鞍上，可回转角度为30，当需要磨削短圆锥面时，砂轮架可调至一定的角度位置。,3、主要部件和功能,内圆磨具：用于支承磨内孔的砂轮主轴。内圆磨具主轴由单独的内圆砂轮电动机驱动。尾座：尾座上的后顶尖和头架前顶尖一起，用于支承工件。工作台：由上、下工作台二部分组成，上工作台可绕下工作台的心轴在水平面内转比较小的角度以便磨削锥度较小的长圆锥面。工作台上面装有头架和尾座，他们一起随工作台作纵向往复运动。,滑鞍及横向进给机构：转动横向进给手轮7，通过横向进给机构，带动床鞍6及砂轮架作横向移动；也可利用液压装置，使砂轮架作快速进退或周期性自动切入进给。,4、传动系统,M1432A型磨床传动系统是机械和液压联合传动系统。,工作台纵向往复运动，砂轮架快速进退和周期径向自动切入，尾座顶尖套筒缩回等运动采用液压传动，其余运动采用机械传动。,4、传动系统,M1432A型磨床传动系统是机械和液压联合传动系统。,工作台纵向往复运动，砂轮架快速进退和周期径向自动切入，尾座顶尖套筒缩回等运动采用液压传动，其余运动采用机械传动。,5、磨削方法,外园磨削方法：纵向进给、横向进给,内园磨削方法,锥面磨削方法,内锥面磨削方法,四、平面磨床,平面磨床用于磨削各种零件的平面。砂轮的工作面：轮缘（圆周）磨削和端面磨削。用轮缘磨削的平面磨床砂轮主轴常处于水平位置（卧式）；用砂轮端面磨削的平面磨床一般是立式的。工作台的形状：矩形工作台和圆形工作台磨床的类型：根据砂轮工作面和工作台形状的不同，普通平面磨床分为卧轴矩台式、卧轴圆台式、立轴矩台式、立轴圆台式平面磨床，,四、平面磨床,端面磨削的特点：砂轮直径大，能同时磨削出工件的全宽，磨削面积大，生产效率高。但冷却困难，切屑不易排出，加工精度和质量不高。圆台式平面磨床的特点：工作台连续进给，生产效率高。但只适用于磨削小零件和大直径的环形零件端面，不能磨削长零件。而矩台式磨床可方便的磨削各种零件，包括直径小于矩台宽度的环形零件。在机械制造企业中，用的较多的是卧轴矩台式平面磨床和立轴圆台式平面磨床。,平面磨的工件装夹,三、砂轮,1、定义：砂轮是一种用结合剂把用磨粒粘接起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成，具有很多气孔，而用磨粒进行切削的工具。2、组成：磨料、结合剂和气孔。3、特性：由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织五个参数决定。,4、砂轮的特性特点及其选择,1）磨料：天然磨料（金刚砂、天然刚砂、天然刚玉、金刚石）和人造磨料（刚玉系、碳化物系和超硬磨料系）两类。2）粒度：磨料颗粒的大小。表示方法：机械筛分法（4240；显微镜测(w63w0.5）选择准则：精磨时选择粒度号较大或颗粒直径较小的砂轮，以减小已加工表面粗糙度。粗磨时则相反，已提高磨削生产力。磨削速度高时选用颗粒较粗的砂轮。磨削软而韧的金属用颗粒较粗的砂轮，磨削硬而脆的金属用颗粒较细的砂轮，以提高生产率。,3）结合剂,结合剂是把松散的磨粒粘合起来的材料，使砂轮具有一定的强度、气孔、硬度和抗腐蚀、抗潮湿性能。结合剂有无机的和有机的两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土和硅酸钠等；有机的有树脂、橡胶和虫胶等。其中最常用的是陶瓷、树脂和橡胶结合剂。陶瓷结合剂：代号V，有粘土、长石、滑石、硼玻璃、硅石等陶瓷材料配置而成的无机结合剂。其特点是粘结强度高、耐热性、耐腐蚀性好（不怕水、油、普通的酸碱）气孔率大，不一堵塞。但它的脆性大、韧性及弹性较差，不能承受侧面弯扭力，故不宜制造切断砂轮。目前我国大部分砂轮采用陶瓷结合剂。树脂结合剂：代号B，采用酚醛树脂或环氧树脂为有机结合剂。其特点是1）强度高、弹性好、砂轮退让性好。多用于切断、开槽等工序使用的薄片砂轮。2）耐热性差 3）气孔率小易堵塞。4）磨损快易失形。5）耐腐蚀性差。,橡胶结合剂：代号R，采用人造橡胶为有机结合剂。与树脂结合剂相比，具有更好的强度和弹性，可制造0.1mm厚度的薄砂轮，切削速度可用至65m/s左右。多用于制作无心磨导轮、切断、开槽、抛光等用的砂轮。这种砂轮气孔小，砂轮组织紧密。耐热性比树脂结合剂还要差，磨削生产率低，不易用于粗加工。金属结合剂：代号M，采用青铜结合剂。用于制造金刚石砂轮。特点是型面保持性好，抗张强度高，有一定的韧性，但自砺性较差。主要用于粗磨、精磨硬质合金以及磨削与切断光学玻璃、宝石、陶瓷、半导体。用菱苦土结合剂，代号为Mg。菱苦土是镁的氧化物和氯化物，易于切削液起反应，故此砂轮一般只用于干磨。,3）结合剂,4）砂轮硬度,砂轮硬度：是指砂轮上磨粒受力后自砂轮表层脱落的难易程度。也反应磨粒与结合剂的粘固程度。难脱落的叫做硬度高，反之硬度低。砂轮硬度用级分。砂轮硬度的选择原则：1）工件材料愈硬，应选用愈软的砂轮。2）砂轮与工件磨削接触面积大时，磨粒参加切削的时间较长，较易磨损，应选用较软的砂轮。3）半精磨与粗磨相比，需用较软的砂轮，以免工件发热烧伤。但精磨和成 型磨削时，为了使砂轮轮廓保持较长时间，则需用较硬一些的砂轮。4）砂轮气孔率较低时，为防止砂轮堵塞，应选用较软的砂轮。5）树脂结合剂砂轮由于不耐高温，磨粒容易脱落，其硬度可比陶瓷结合剂 砂轮选高 12级。机械加工中常用砂轮硬度等级是软2至中2，粗磨钢锭及铸件时常用至中硬2。,砂轮的组织号：磨粒在砂轮中占有的体积百分数。砂轮的组织号的排列及特点：砂轮的磨粒相同时，组织号从小到大，磨粒间距由窄到宽，既砂轮的气孔率由小到大。气孔在磨削时对磨屑起容屑和排屑作用，并可容纳冷却液，有助于磨削热量的散逸。为满足某些特殊加工要求，气孔内还可以浸渍某些填充剂，如硫黄和石蜡等，以改善磨具的使用性能。这种填充剂，也被称为磨具的第四要素。组织号大，组织松，砂轮不易被磨屑堵塞，切削液和空气能带入磨削区域，可降低磨削区域的温度，减少工件因发热引起的变形和烧伤。故使用于粗磨、平面磨、内圆磨等磨削接触面积较大的工序，以及磨削热敏感性较强的材料、软金属和薄壁工件。组织号小，组织紧密，气孔百分率小，使砂轮变硬，容易被磨屑堵塞，磨削效率低，但可承受较大的磨削压力，砂轮廓形可保持持久。故使用于重压力下磨削，如手工磨削以及精磨削、成形磨削。中等组织的砂轮适用于一般磨削。,5)砂轮的组织号,5、砂轮的形状、尺寸和标志,砂轮标志：顺序为：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。例如：砂轮 1-300 50 75-A60L5V-35m/s GB2485表示外径300 mm、厚度50 mm、孔径75 mm、棕刚玉、粒度60、硬度L、5号组织、陶瓷结合剂、最高工作线速度35m/s的平砂轮。,6、砂轮的磨损与修整,砂轮的磨损与失去磨削性能的形式：1）磨粒的磨耗磨损 2）磨粒的破损磨损 3）砂轮表面的堵塞 4）砂轮磨粒脱落磨损,砂轮的修整使用的工具：大颗粒金刚石笔、多粒细碎金刚石笔、金刚石滚轮。修整参数：修整进给量、修整深度。,四、磨削原理,1、磨削过程分析2、砂轮上磨料的特点3、磨削过程4、磨削力及主要特征5、磨削温度,1、磨削过程分析,磨削运动有主运动、进给运动、切入运动组成。,主运动：指砂轮的高速旋转运动，砂轮旋转的线速度为磨削速度Vc，单位m/s,进给运动：根据磨削表面的不同，进给运动的形式与数量不同。,切入运动为得到被磨削零件的尺寸，砂轮沿径向作的运动。,外圆磨削时，工件旋转为圆周进给运动，工作台相对砂轮的轴向进给运动。平面磨削中，工作台带动工件往复移动为纵向进给运动，砂轮相对工件的横向进给运动。,2、砂轮上磨料的特点：,形状不规则，磨粒尖端在砂轮上（方向、高低、间距）的分布状况是随机的，形貌取决于磨粒的粒度号、砂轮的组织号以及砂轮的修整情况。顶锥角在80 145范围内。磨粒前角可达-80-85。,1）切削厚度由零开始逐渐增大。2）在负前角和较大的端圆角半径的作用下，当磨粒开始切入工件时，只能在工件表面疏忽进行滑擦，此时切削表面产生弹性变形。3）磨粒继续切入工件，工件表面产生塑性变形，使磨粒前方受挤压的金属向两边塑性流动，在工件表面上耕犁出犁沟槽，而沟槽的两侧微微隆起。4）磨粒继续切入工件，切削厚度增大到一定数值后，磨粒前方的金属在磨粒的挤压作用于下，发生滑移而成切屑。,3、磨削过程,结论,砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的滑擦、耕犁和切削的三个阶段的综合效应。磨削中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大，磨钝的磨粒会起到切削、刻划和抛光的作用。当切削力超过粘合剂强度时，圆钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，形成砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而，磨削一定时间后，需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。影响磨削表面粗糙度的因素：切削中产生的隆起残余量的大小，而隆起残余量的大小与磨削速度有关，随着磨削速度的提高而成正比下降，当磨削速度达到一定值时，隆起残余量可趋近于零，这主要是塑性变形的传播速度远小于磨削速度，而磨粒侧面的材料来不及变形的缘故。故高速切削能减小表面粗糙度。,磨削力：切向磨削分力、径向磨削分力、轴向磨削分力,1）单位磨削力很大2）磨削中径向力值最大3）磨削力随磨削过程的各个阶段而变化,4、磨削力及主要特征,磨削力的特征：,5、磨削温度,磨削时的温度特点：磨削区温度为高温（10001400），不同位置的磨削温度有很大的差别。通常磨削温度用磨粒磨削点和砂轮磨削区温度来表示。磨削热能使被磨削表面层在高温下产生相变，造成表面烧伤。避免磨削烧伤的措施：1）合理选择砂轮 采用粒度号小、组织号大或大气孔且很软的砂轮。这样可减少同时参加切削的磨粒数，保证磨损的磨粒及时脱落。此外，大气孔砂轮提供了充分的容屑空间，也利于将切削液注入磨削区。2）合理选择磨削用量 采用的磨床功率大、刚性好，工作台低速运动无爬行。3）采取良好的冷却措施 采用大量的切削液冷却。切削液的压力要高达0.8-1.2MPa，流量达80-200 Lmin。,五、表面光整加工方法,零件表面的光整加工技术主要是指超精研、研磨、珩磨和抛光加工,1、超精研,超精研是降低零件加工表面粗糙度的一种有效的工艺方法，是利用细粒度的磨条在一定的压力和切削速度下作往复运动，对工件表面进行光整的。,加工中有三种运动：工件低速回转运动、磨条轴向进给运动、磨条高速往复振摆运动。这三种运动使磨粒在工件表面上形成不重复的复杂轨迹。,2、研磨,在采用精密的定型研磨工具的情况下，可以达到很高的尺寸精度和形状精度，表面粗糙度可达0.040.4，多用于精密偶件、精密量规和精密量块等的最终加工。,研磨是一种最常用的光整加工和精密加工方法。,研磨加工的基本原理是通过介于工件与硬质研具间磨料或研磨液的流动，在工件和研磨剂之间产生机械摩擦或机械化学作用来去除微小加工余量的。,3、珩磨,珩磨加工也是常用的光整加工中的一种工艺方法，它不仅可以降低加工表面的粗糙度值，而且在一定的条件下还可以提高工件的尺寸及形状精度。珩磨加工过程基本上与超精研加工相同，开始时珩磨头或珩磨轮与工件接触面积小，单位面积压力大，而且珩磨头或珩磨轮上的磨粒有自励性，故切削作用强烈。随着工件加工表面粗糙度的凸峰被逐渐磨平，压强下降，磨粒的切削作用也就逐渐趋于停止。珩磨加工主要用于内孔表面，但也可以对外圆或齿形表面进行加工。珩磨加工后的表面粗糙度一般为z0.4z3.2，在一定条件下还可达到z0.1以下。,4、抛光,当被加工表面只要求低的粗糙度值，而对形状精度没有严格要求时，就不能用硬的研具而只能用软的研具进行抛光加工。抛光常用于去掉前工序所留下来的痕迹，或者用于“打光”已精加工过的表面。为了得到光亮美观的表面和提高疲劳强度，或为镀铬等作准备，也常采用抛光加工。例如钻头沟的抛光加工及各种手轮、手柄等镀铬前的抛光加工。机械抛光所用的研具常用帆布、毛毡等做成，它们可对平面、外圆、沟槽等进行抛光。抛光磨料可用氧化铬、氧化铁等，也可用按一定化学成分配合制成的抛光膏。抛光过程中虽不易保证均匀地切下金属层，但在单位时间内切下的金属却是较多的，每分钟可切下十分之几毫米厚的金属层。,加工效率比普通磨削高510倍以上。由于它属于弹性磨削，有利于解决磨削烧伤和工作变形等问题。所以，工业发达国家的砂带磨削已占总磨削量的一半左右。近几年来国外的砂带已用Cubitron（美国3M公司）和SG磨料取代普通刚玉磨料，同时由于采用新基体、新结合剂而使砂带寿命延长。,第六节 砂带磨削,思考题,砂轮特性由哪些因素决定？试列出几种选用磨料的特性及用途。砂轮粒度的常用选择原则有哪些？什么是砂轮硬度？如何选择砂轮的硬度？磨屑形成的过程可划分为哪三个阶段？与切削加工相比，磨削有哪些特点？分析用窄砂轮磨削细长轴时机床需要哪些运动。周面磨削和端面磨削各有哪些特点？常用的零件表面光整加工方法有哪些？,