《精密磨削加工》PPT课件.ppt

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1、精密与特种加工,第2章 精密磨削加工,2.1 概述2.2 精密磨削加工机理2.3 精密磨削加工的机床及应用2.4 超精密磨削加工简介,第2章 精密磨削加工,2.1 概述Introduction,磨削工艺是较早使用的加工工艺方法.日常生活也使用此方法.磨削工艺本身就是精加工或半精加工.我国自动化机床也是从磨床开始的.(20世纪30年代,上海)磨削加工机床是世界上加工机床最多的机床,占30%.,第2章 精密磨削加工,磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，但不宜精加工塑性较大的有色金属工件。磨削加工的精度高，表面粗糙度值小。精度可达IT5及IT5以上

2、；表面粗糙度值Ra为1.250.01m，镜面磨削时Ra为0.040.01m。磨削的径向磨削力Fy大，且作用在工艺系统刚性较差的方向上。(故一般要有防止措施),2.1.1 概 述,2.1.1 概 述,磨削温度高。磨削产生的切削热多，80一90传入工件，1015传入砂轮，l10由磨屑带走。砂轮的导热性很差，在磨削区形成瞬时高温。(因此:磨削时采用大量的切削液降低磨削温度|)砂轮有自锐作用。在磨削过程中，磨粒的破碎将产生新的较锋利的棱角，同时由于磨粒的脱落而露出一层新的锋利的磨粒，它们能够使砂轮的切削能力得到部分的恢复，这种现象叫做砂轮的自锐作用。,2.1.1 概 述,磨削加工的工艺范围广。磨削不仅

3、可以加工外圆面、内圆面、平面、成形面、螺纹、齿形等各种表面，还常用于各种刀具的刃磨。磨削在切削加工中的比重日益增大。在工业发达国家磨床在机床总数中的比重已占到3040，且有不断增长的趋势。,定义,精密磨削加工是利用细粒度的磨粒或微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，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细微切屑的一种加工方法。一般多指砂轮磨削和砂带磨削。,2.1.2 精密磨削加工的分类,2.1.2 精密磨削加工的分类,固结磨料加工,磨料 加工,分类-按磨具形状/使用方法,磨削:砂轮磨削、砂带磨削研磨超精加工珩磨砂带研抛超精研抛,游离磨料加工,抛光研磨:干式研磨、湿式研磨、磁性研

4、磨精密研磨滚磨:回转式、振动式、离心式、主轴式、涡流式珩磨:挤压珩磨喷射珩磨,2.1.2 精密磨削加工的分类,将一定粒度的磨粒或微粉与结合剂粘结在一起，形成一定形状并具有一定强度，再采用烧结、粘结、涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。其中用烧结方法形成砂轮、砂条、油石等称为固结磨具；用涂敷方法形成砂带称为涂覆磨具或涂敷磨具。,2.1.2 精密磨削加工的分类,精密砂轮磨削是利用精细修整的粒度为60#80#的砂轮进行磨削，其加工精度可达10.1m，表面粗糙度值Ra可达0.20.25m。注:60#粒度.指每英寸长度上60个孔眼.具体查阅粒度号及公称尺寸和适用范围GB2477 标准中有4#2

5、70#，共27级。,超精密砂轮磨削是利用经过精细修整的粒度为W40W5的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1m，表面粗糙度值为RaO.0250.008m的加工表面。,2.1.2 精密磨削加工的分类,磨料及其选择,2.1.2 精密磨削加工的分类,金刚石又分为天然和人造两大类。天然金刚石有透明、半透明和不透明，以透明的为最贵重。颜色上有无色、浅绿、浅黄、褐色等，以褐色硬度最高，无色次之。人造金刚石分单晶体和聚晶烧结体两种，前者多用来做磨料磨具，后者多用来做刀具。,刚玉（氧化铝）系、碳化物系、超硬磨料（金刚石、立方氮化硼以及以它们为主要成分的复合材料）.精密和超精密磨削大量采用超硬磨料。,2.1.

6、2 精密磨削加工的分类,金刚石特点：a、硬度最高;b、有较高的耐磨性和有很高的弹性模量;c、有较大的热容量和良好的热导性，线膨胀系数小，熔点高;d、700时易与铁族金属产生化学作用而形成碳化物，造成化学磨损，故一般不适宜磨削钢铁材料.,立方氮化硼特点：a、硬度略低于金刚石;b、耐热性比金刚石高;c、有良好的化学稳定性，与碳在2000时才起反应，故适用于磨削钢铁材料;d、在高温下易与水产生反应，一般多用于干磨。,2.1.2 精密磨削加工的分类,2.1.2 精密磨削加工的分类,a可用来加工各种高硬度、高脆性金属和非金属材料。b磨削能力强、耐磨性好、耐用度高，可较长时间保持切削性，修整次数少，易于保

7、持粒度；易于控制加工尺寸及实现加工自动化。c磨削力小、磨削温度低，从而可减少内应力、裂纹、烧伤等缺陷，加工表面质量好。d磨削效率高。e加工综合成本低。用超硬材料磨削陶瓷、光学玻璃、宝石、硬质合金以及高硬度合金钢、耐热钢、不锈钢等材料。,超硬磨料砂轮磨削的特点：,磨料粒度及其选择,粒度的选择应根据加工要求、被加工材料、磨料材料等来决定。其中影响很大的是被加工件的表面粗糙度值、被加工材料和生产率。一般多选用180#240#的普通磨料、(170200)(325400)超硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。粒度号越大加工表面粗糙度值越小，但生产率相对也越低。,2.1.2 精密磨削加工的分类,砂轮粒度的选择和

8、适用范围：12-16#：用于粗磨、荒磨和打磨毛刺的砂轮磨具。20-36#：用于磨钢锭，打磨铸件毛刺，切断钢坯，磨电瓷和耐火材料的砂轮磨具。40-60#：用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨、工具磨等的砂轮磨具。60-80#：用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨、工具磨等半精磨和精磨的砂轮磨具。100-240#：用于精磨、超精磨、珩磨、螺纹磨等。W10-20：用于精磨、精细磨、超精磨、镜面磨等。W7-更细：用于精磨、超精磨、镜面磨等，制作研磨膏用于研磨和抛光。,2.1.2 精密磨削加工的分类,2.1.2 精密磨削加工的分类,结合剂,结合剂（也叫胶）的作用是将磨料粘合在一起，形成一定的形状并有一定的强

9、度。常用的结合剂有树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂等。结合剂会影响砂轮的结合强度、自锐性、化学稳定性、修整方法等。,2.1.2 精密磨削加工的分类,组织和浓度及其选择,普通磨具中磨料的含量用组织表示，它反映了磨料、结合剂和气孔三者之间体积的比例关系。超硬磨具中磨料的含量用浓度表示，它是指磨料层中每1cm3体积中所含超硬磨料的重量。浓度越高，其含量越高。浓度值与磨料含量的关系如表2.1所示。,选择时应综合考虑磨料材料、粒度、结合剂、磨削方式、质量要求和生产率等因素。,2.1.2 精密磨削加工的分类,选择的原则：a.对于人造金刚石磨料、树脂结合剂磨具的常用质量浓度为5075%，陶瓷结合剂磨具的质

10、量浓度为75100%，青铜结合剂磨具的质量浓度为100%150。b.对于立方氮化硼磨料，树脂结合剂磨具的常用质量浓度为100%，陶瓷结合剂磨具的质量浓度为100150，一般都比人造金刚石磨具的质量浓度高一些。,总则：成形磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削选用高质量浓度；半精磨选用细粒度、中质量浓度；高精度、小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。,2.1.2 精密磨削加工的分类,硬度,普通磨具的硬度是指磨粒在外力作用下，磨粒自表面脱落的难易程度。磨具硬度低表示磨粒容易脱落。超硬磨具中，由于超硬磨料耐磨性高，又比较昂贵，硬度一般较高，在其标志中无硬度项。,2.1.2 精密磨削加

11、工的分类,磨具的强度,磨具的强度是指磨具在高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力，对各类磨具都有最高工作线速度的规定。,2.1.2 精密磨削加工的分类,磨具的形状和尺寸及其基体材料,根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。超硬磨具一般由磨料层、过渡层和基体三个部分组成。超硬磨具结构中，有些厂家把磨料层直接固定在基体上，取消了过渡层。,图2.1 超硬磨具结构,基体的材料与结合剂有关，金属结合剂磨具大多采用铁或铜合金；树脂结合剂磨具采用铝、铝合金或电木；陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。,2.1.2 精密磨削加工的分类,涂覆磨具是将磨料用粘结剂均匀地涂覆在纸、布或其它复合材料基底上的磨具，又称

12、涂敷磨具。常用的涂覆磨具有砂纸、砂布、砂带、砂盘和砂布套等。,图2.2涂覆磨具结构示意图,2.1.2 精密磨削加工的分类,涂覆磨具分类,涂覆磨具产品有干磨砂布、干磨砂纸、耐水砂布、耐水砂纸、环状砂带(有接头、无接头)、卷状砂带等。,2.1.2 精密磨削加工的分类,磨料及粒度,常用的涂覆磨料有棕刚玉、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。涂覆磨料的粒度与普通磨料粒度近似，但无论是磨粒还是微粉，一律用冠以P字的粒度号表示，如涂覆磨料粒度号P240与普通磨料粒度号240一样，而P320相当于W50，P1000相当于W20。,2.1.2 精密磨削加工的分类,粘结剂,粘结

13、剂又称为胶，其作用是将砂粒牢固地粘结在基底上。粘结剂是影响涂覆磨具的性能和质量的重要因素。根据涂覆磨具基底材料、工作条件和用途等不同，粘结剂又可分为粘结膜、底胶和覆胶。当基底材料为聚酯、硫化纤维时，为了使底胶能与基底牢固粘结，要在聚酯膜、硫化纤维布上预先涂上一层粘结膜，而对于基底材料为纸、布等则不必预涂粘结膜。,有些涂覆磨具采用底胶和覆胶的双层粘结剂结构，一般取粘结性能较好的底胶和耐热、耐湿、富有弹性的覆胶，使涂覆磨具性能更好。大多数涂覆磨具都是单层胶。,2.1.2 精密磨削加工的分类,2.1.2 精密磨削加工的分类,粘结剂的种类如下：,动物胶 主要有皮胶、明胶、骨胶等。粘结性能好，价格便宜，

14、但溶于水易受潮，稳定性受环境影响。用于轻切削的干磨和油磨。树脂 主要有醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂等，树脂粘结性能好，耐热、耐水或耐湿，有弹性，有些树脂成本较高，且易溶于有机溶液。用于难磨削材料或复杂形面的磨削和抛光。高分子化合物 如聚醋酸乙烯脂等，粘结性能好，耐湿有弹性，用于精密磨削，但成本较高。,2.1.2 精密磨削加工的分类,超涂层粘结剂 特殊性能的在覆胶层上再敷一层超涂层粘结剂,如:)抗静电超涂层粘结剂，可避免砂带背面与支承物之间产生静电而附着切屑粉尘；)抗堵塞超涂层粘结剂是一种以金属皂为主的树脂，可避免砂带表面堵塞；)抗氧化分解超涂层粘结剂，由高分子材料和抗氧化分解活性材料

15、所组成，加工中有冷却作用，可提高砂带耐用度和工件表面质量。,2.1.2 精密磨削加工的分类,涂覆方法,不同品种的涂覆磨具可采用不同的涂覆方法，以满足使用要求。当前，涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂敷法和静电植砂法等。a重力落砂法 先将粘结剂均匀涂敷在基底上，再靠重力将砂粒均匀地喷洒在涂层上，经烘干去除浮面砂粒后即成卷状砂带，裁剪后可制成涂覆磨具产品，整个过程自动进行。一般的砂纸、砂布均用此法，制造成本较低。,2.1.2 精密磨削加工的分类,b涂敷法 先将砂粒和粘结剂进行充分均匀的混合，然后利用胶辊将砂粒和粘结剂混合物均匀地涂敷在基底上。粘结剂和砂粒的混合多用球磨机，而涂敷多用涂敷机，一般塑料

16、膜材料的基底砂带都用这种方法。简单的涂敷方法可用喷头将砂粒和粘结剂的混合物均匀地喷洒在基底上，多用于小量生产纸质材料基底的砂带。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 精密磨削加工的分类,c、静电植砂法 其原理是利用静电作用将砂粒吸附在已涂胶的基底上，这种方法由于静电作用，使砂粒尖端朝上，因此砂带切削性强，等高性好，加工质量好而受到广泛采用。,在加工时，磨粒或微粉不是固结在一起，而是成游离状态，其传统加工方法是研磨和抛光。近年来，在这些传统加工工艺基础上又出现了许多新的游离加工方法。如：磁性研磨、挤压研磨、喷射加工等特种加工方法。,2.1.2 精密磨削加工的分类,利用磁场

17、跳跃的力量传导至不锈钢针、磨针、磨材；产生夹带工件高频率旋转流动、振动、换向翻滚，划过工件表面，工件内孔，内外牙及表面、凹凸面摩擦，达到清洗、去油垢杂质，去除毛刺、研磨等精密抛光效果,一定压力（213兆帕）的气体（空气、氮或二氧化碳）和磨料粉末（直径1050微米）混合后从直径为0.11.2毫米的喷嘴小孔中高速喷出，利用磨料的冲击破坏作用去除工件上的材料。一般使用Link title刚玉或碳化硅磨料，有时还使用玻璃小珠（用于表面抛光）和碳酸氢钠（用于表面清理）。,2.2 精密磨削加工机理,精密与特种加工,2.2.1 磨削过程及磨削力,精密磨削是指加工精度为l0.1um、表面粗糙度值Ra达到0.2

18、0.025um的磨削加工方法。又称低粗糙度值磨削。它是用微小的多刃刀具削除细微切屑的一种加工方法。,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削过程,砂轮中的磨料磨粒是不规则的菱形多面体，顶锥角在80145范围内，但大多数为90120。如图所示。磨削时磨粒基本上都以很大的负前角进行切削。一般磨粒切削刃都有一定大小的圆弧，其刃口圆弧半径rn在几微米到几十微米之间。磨粒磨损后其负前角和圆弧半径rn都将增大。,2.2.1 磨削过程及磨削力,四种切削形态 一般磨削时只有10的磨粒参加切削，切削深度分布在某一范围内，使各个磨粒承受的压力不同，磨粒表现出四种切削形态。,一是带而过的摩擦，工作表面仅留下一条痕迹；二是

19、发生塑性变形，擦出一条两边隆起的沟纹；三是犁出一条沟，两边翻出飞边；四是切下切屑，其形状随磨粒切削刃形状、工件材料、切削深度、切削速度而变化。,2.2.1 磨削过程及磨削力,2.2.1 磨削过程及磨削力,精密磨削机理,磨粒的微刃性,在精密磨削中，通过较小的修整导程和修整深度来精细地修整砂轮，磨粒产生微细的破碎，而且形成细而多的切削刃，使磨粒具有较好的微刃性。这种砂轮磨削时，同时参加切削的刃口增多，深度减小，微刃的微切削作用形成了小粗糙度值的表面。,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨粒的等高性,微刃是由砂轮的精细修整形成的，分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多，细而多的切削刃具有平坦的表面，等高

20、性好。由于加工表面的残留高度极小，因而形成了小的表面粗糙度值。,2.2.1 磨削过程及磨削力,微刃的滑擦、挤压、抛光作用,砂轮修整后出现的微刃切削开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加微刃逐渐钝化，同时等高性得到改善。这时切削作用减弱，滑擦、挤压、抛光作用增强。磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑擦和挤压将工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度值。在同样的磨削压力下，单个微刃受的比压小，刻划深度小。,图中：-切削深度；-位移量；y-工件半径的减小量，,2.2.1 磨削过程及磨削力,弹性变形的作用,把磨床和工件当作一个“弹性系统”来分析。,2.2.1 磨削过程及磨削力,弹性变形的作用,在磨削加

21、工中，砂轮的切削深度虽只120um，但由于单位磨削力比较大，所以总磨削力是很大的。与通常的切削加工不同的是，由于法向分力是切向分力的两倍以上，由此而产生的弹性变形所引起的砂轮的切削深度的变化量，对于原有的微小的切削深度来说是不能忽视的。采用无火花磨削所磨削的就是该弹性变形的恢复部分。,由于受切削力的影响，如果增多行程次数使砂轮架不再进给，砂轮和砂轮架的切削深度就会趋于一致，又由于加工中存在着误差复映规律，说明除非反复地进行无火花磨削，否则砂轮架具有正确的进给深度也不能加工出所期望的工件尺寸。,2.2.1 磨削过程及磨削力,弹性变形的作用,2.2.1 磨削过程及磨削力,当进行无火花磨削，而且磨粒

22、切深又很微小时，在切削刃磨削点上由于受工件材料的弹性变形和粘结磨粒的粘结剂的弹性变形的影响，会产生磨粒切削刃在加工面上滑移的现象，并在弹塑性的接触状态下与加工面发生摩擦作用，其切削量是极微小的，这将有利于镜面的形成。,弹性变形的作用,纵磨法磨外圆,周边磨削平面,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,磨削的主运动,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,工件的切向进给运动,VW m/s 或m/min,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,工件轴向进给运动,fa mm/r 或 mm/st,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,径向进给量,fr mm,2

23、.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,1、外圆磨削,主运动砂轮旋转 进给运动工件旋转、移动 吃刀运动砂轮、工件的相对径向移动,工艺范围：圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面、特 殊形状回转面,磨外圆视频,磨削加工类型与运动,2.2.1 磨削过程及磨削力,1、外圆磨削外圆磨削按不同的进给方向分为纵磨法和横磨法。,纵磨法：磨外圆时，工件同时作圆周进给和沿轴向作纵向进给，每单行程或往复行程终了，砂轮作周期的横向进给。（磨削力小，散热条件好，运用广泛）横磨法：磨外圆时，工件不作纵向进给，砂轮以缓慢的速度连续或断续地沿工件径向作横向进给。,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,2.2.1

24、 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,2、内圆磨削,主运动砂轮旋转 进给运动工件旋转作圆周进给，工件或砂轮纵向 往复移动和横向进给运动。,工艺范围：通孔、盲孔、孔口端面,磨内孔视频,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,内圆磨削特点：1、砂轮直径小，容易磨钝，需经常修整和更换。2、为保证磨削速度，砂轮转速要求高。3、砂轮轴细小，悬伸长度大，刚性差，磨削时易弯曲和振动，加工精度 和表面粗糙度难于控制。,2、内圆磨削,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,3、无心磨削 无心磨削是工件不定中心的磨削，有无心外圆磨削和无心内圆磨削两种。工作原理 工件放在砂轮和导轮之间，以被磨

25、削表面为基准，支承在托板上。砂轮通过摩擦力带动工件转动，导轮靠摩擦力旋转，砂轮与工件间有很大的速度差而产生磨削作用。工件中心须高出砂轮与导轮中心连线，这样工件与砂轮和导轮的接触点不对称，从而使工件上的凸点在多次转动中逐渐磨圆。,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,无心外圆磨削1、砂轮；2、托板；3、导轮；4、工件；5、挡块,3、无心磨削,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削加工类型与运动,磨削加工类型与运动,周边磨削：砂轮周边为磨削工作面，接触面小，发热小，排屑及冷却条件好，工件受热变形小，砂轮磨损均匀，加工精度高，生产效率低。端面磨削：砂轮端面为磨削工作面，接触面大，发热多，排屑

26、及冷却条件差，工件受热变形大，砂轮磨损不均匀，加工精度差，生产效率高。,4、平面磨削,2.2.1 磨削过程及磨削力,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削力,“负前角切削”，总的磨削力相当大。总磨削力可分解为三个分力：Fz-主磨削力(切向磨削力)；Fy-切深力(径向磨削力)；Fx-进给力(轴向磨削力）。几种不同类型磨削加工的三向分力如图所示。,2.2.1 磨削过程及磨削力,磨削力的主要特征,a单位磨削力很大。由于磨粒几何形状的随机性和参数不合理，磨削时的单位磨削力P值很大，可达70000Nmm2以上。b、三向分力中切深力Fy值最大。在正常磨削条件下，FyFz约为2.02.5。由于Fy对砂轮轴、工件

27、的变形与振动有关，直接影响加工精度与表面质量，故该力是十分重要的。,2.2.1 磨削过程及磨削力,影响磨削力的因素,a、砂轮速度v 当v时，参加切削的磨粒数量，每个磨粒的切削厚度，磨削力。b、工件速度vw 当vw和fa时单位时间内磨去的金属量，每个磨粒的切削厚度，磨削力。c、径向进给量fy 当fy时，每个磨粒的切削厚度，砂轮与工件的磨削接触弧长，同时参加磨削的磨粒数，磨削力。,2.2.1 磨削过程及磨削力,影响磨削力的因素,d、砂轮的磨损会使磨削力增大。因此磨削力的大小在一定程度上可以反映砂轮上磨粒的磨损程度。如果磨粒的磨损用磨削时工作台的行程次数(反映了砂轮工作时间的长短)间接地表示，则随着

28、行程次数的增大，径向磨削力Fy和切向磨削力Fz都将增大，但Fy增大的速率远比Fz为快。,2.2.1 磨削过程及磨削力,单个磨粒的切削厚度,将砂轮看成是一把多齿铣刀，以平面磨削为例。如图，当砂轮上A点转到B点时，工件上C点就移动到B点，这时ABC这层材料就被磨掉了。此时磨去的最大厚度为BD，参加切削的磨粒数为 m(m为砂轮每亳米圆周上的磨粒数)。,则单个磨粒的最大切削厚度为：,在直角BCD中 BDBCsin。,砂轮以v运动，当从A点转到B点时所需时间为tm，在同样时间内工件以vw移动了BC，则：,2.2.1 磨削过程及磨削力,单个磨粒的切削厚度,2.2.1 磨削过程及磨削力,而,所以,忽略,得：

29、,于是,考虑砂轮宽度B和轴向进给量fa，则：,(fr-径向进给量),2.2.1 磨削过程及磨削力,同理，外圆磨削时单粒最大切削厚度为：,上述公式是在假定磨粒均匀分布的前提下得到的。然而磨粒在砂轮表面上的分布极不规则，每个磨粒的切削厚度相差很大。但从上式可以定性地分析各因素对磨粒切削厚度的影响。单粒切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，同时将影响砂轮磨损、磨削温度及表面质量等。,（fr-径向进给量),（vw-工件速度),（fa-轴向进给量),（v-砂轮速度),（dw-工件直径),2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削温度,磨削温度的基本概念,磨削温度分为：砂轮磨削区温度A和磨粒磨削点温度dot

30、。磨粒磨削点温度dot瞬时可达8001200C，而砂轮磨削区 温度A只有几百度，磨削热工件温升不到几十度。磨粒磨削点温度dot不但影响加 工表面质量，而且与磨粒的磨损等 关系密切。磨削区温度A与磨削表面烧 伤和裂纹的出现密切有关。,2.2.2 磨削温度与磨削液,影响磨削温度的主要因素,a.砂轮速度v 砂轮速度增大，单位时间内的工作磨粒数将增多，单个磨粒的切削厚度变小，挤压和摩擦作用加剧，滑擦热显著增多。此外还会使磨粒在工件表面的滑擦次数增多。所有这些都将促使磨削温度的升高。,b.工件速度 工件速度增大就是热源移动速度增大，工件表面温度可能有所降低，但不明显。这是由于工件速度增大后，增大了金属切

31、除量，从而增加了发热量，因此，为了更好地降低磨削温度，应该在提高工件速度的同时，适当地降低径向进给量，使单位时间内的金属切除量保持为常值或略有增加。,2.2.2 磨削温度与磨削液,c.径向进给量 径向进给量的增大，将导致磨削过程中磨削变形力和摩擦力的增大，从而引起发热量的增多和磨削温度的升高。,d.工件材料 金属的导热性越差，则磨削区的温度越高。对钢来说，含碳量高则导热性差。铬、镍、铝、硅、锰等元素的加入会使导热性显著变差。合金的金相组织不同，导热性也不同，按奥氏体、淬火和回火马氏体、珠光体的顺序变好。磨削冲击韧度和强度高的材料，磨削区温度也比较高。,2.2.2 磨削温度与磨削液,用软砂轮磨削

32、时的磨削温度低；反之则磨削温度高。由于软砂轮的自锐性好，砂轮工作表面上的磨粒经常处于锐利状态，减少了由于摩擦和弹性、塑性变形而消耗的能量，所以磨削温度较低。,砂轮的粒度粗时磨削温度低，其原因在于砂轮粒度粗则砂轮工作表面上单位面积的磨粒数少，在其它条件均相同的情况下与细粒度的砂轮相比，与工件接触面的有效面积较小，并且单位时间内与工件加工表面摩擦的磨粒数较少，有助于磨削温度的降低。,e.砂轮硬度与粒度,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液,磨削液的性能有:润滑性能、冷却性能、清洗性能，渗透性、防锈性、防腐性、消泡性、防火性、切削性和挤压性等。挤压性是指磨削液与金属表面起作用形成一层牢固的润滑膜，在

33、磨削区域的高压下有良好的润滑和抗粘着性能。,磨削液的作用机理,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液的冷却作用,磨削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，从而降低磨削温度提高砂轮的耐用度，减少工件的热变形，提高加工精度。在磨削速度高、工件材料导热性差，热膨胀系数较大的情况下，磨削热的冷却作用尤显最要。磨削液的冷却性能取决于它的导热系数、比热容、汽化热、汽化速度、流量、流速等。水溶液的导热系数，比热容比油大得多，故水溶液的冷却性能要比油类好。乳化液介于两者之间。,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液的润滑作用,摩擦可分为干摩擦、流体滑润摩擦和边界润滑摩擦三类。如不用磨削液，则形成工件与砂轮接触

34、的干摩擦，此时的摩擦系数较大.当加磨削液后，切屑、工件、砂轮之间形成完全的润滑油膜，砂轮与工件直接接触面积很小或近于零，则成为流体润滑，流体润滑时摩擦系数很小。,但在很多情况下，由于砂轮与工件界面承受压力很高的载荷，温度也较高，流体油膜大部分被破坏，造成部分金属直接接触；由于润滑液的渗透和吸附作用，润滑液的吸附膜起到降低摩擦系数的作用，这种状态为边界润滑摩擦。边界润滑时的摩擦系数大于流体润滑，但小于干磨削。金属切削中的润滑大都属于边界润滑状态。,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液的润滑作用,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液的润滑性能与它的渗透性以及形成吸附膜的牢固程度有关。在磨削液中添加

35、含硫、氯等元素的挤压添加剂后会与金属表面起化学反应生成化学膜。它可以在高温下(400800C)使边界润滑层保持较好的润滑性能。,磨削液的润滑作用,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液的清洗作用,磨削液具有冲刷磨削中产生的磨粉的作用。起到防止划伤已加工表面.清洗性能的好坏与切削液的渗透性、流动性和使用的压力有关。磨削液应具有一定的防锈作用，以减少工件、机床的腐蚀。防腐作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的性质。,2.2.2 磨削温度与磨削液,添加剂的种类,磨削液的添加剂,为了改善磨削液性能所加入的化学物质称为添加剂。主要有油性添加剂、挤压添加剂、表面活性剂等,2.2.2 磨削温度

36、与磨削液,油性添加剂,油性添加剂含有极性分子，能与金属表面形成牢固的吸附膜，主要起润滑作用。但这种吸附膜只能在较低温度下起较好的润滑作用，故多用于低速精加工的情况。油性添加剂有动植物油(如豆油、菜籽油、猪油等)，脂肪酸、胺类、醇类及脂类。,2.2.2 磨削温度与磨削液,挤压添加剂,常用的挤压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物。这些化合物在高温下与金属表面起化学反应，形成化学润滑膜。它的物理吸附膜能耐较高的温度。用硫可直接配制成硫化磨削油，或在矿物油中加入含硫的添加剂，如硫化动植物油、硫化烯烃等配制成含硫的挤压磨削油。这种含硫挤压磨削油使用时与金属表面化合，形成的硫化铁膜在高温下不易被破坏；

37、加工钢时在1000c左右仍能保持其润滑性能。但其摩擦系数比氯化铁的大。,含氯挤压添加剂有氯化石蜡(含氯量为4050)、氯化脂肪酸等。它们与金属表面起化学反应生成氯化亚铁、氯化铁和氯化铁薄膜。这些化合物的剪切强度和摩擦系数小，但在300400c时易被破坏。遇水易分解成氢氧化铁和盐酸，失去润滑作用，同时对金属有腐蚀作用，必须与防锈添加剂一起使用。含磷挤压添加剂与金属表面作用生成磷酸铁膜，它的摩擦系数小。,2.2.2 磨削温度与磨削液,2.2.2 磨削温度与磨削液,表面活性剂,乳化剂是一种表面活性剂。它是使矿物油和水乳化，形成稳定乳化液的添加剂。表面活性剂是一种有机化合物，是指一类在很低浓度时就能显

38、著降低水的表面张力的化合物，它达到一定浓度后可缔合形成胶团，从而具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂依其亲水基的结构分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂及非离子表面活性剂。它的分子由极性基团和非极性基团两部分组成。前者亲水可溶于水，后者亲油可溶于油。,油与水本来是互不相溶的，加入表面活性剂后，它能定向地排列并吸附在油水两极界面上，极性端向水，非极性端向油，把油和水连接起来，降低油-水的界面张力，使油以微小的颗粒稳定地分散在水中，形成稳定水包油乳化液，如图所示。,2.2

39、.2 磨削温度与磨削液,2.2.2 磨削温度与磨削液,表面活性剂在乳化液中，除了起乳化作用外，还能吸附在金属表面上形成润滑膜起润滑作用。表面活性剂种类很多，阴离子型有：石油磺酸钠、油酸钠皂等，其乳化性能好，并有一定的清洗和润滑性能。非离子型有：聚氯乙烯、脂肪、醇、醚等，它不怕硬水，也不受pH值的限制。此外还有防锈添加剂(如亚硝酸钠、石油磺酸钠等)、抗泡沫添加剂（如二甲基硅油)和防霉添加剂(如苯酚等)。良好乳化液往往使用几种表面活性剂，有时还加入适量的乳化稳定剂，如乙醇、正丁醇等。,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液的分类与使用,磨削液的分类,非水溶性磨削液（磨削油）主要起润滑作用。水溶性磨削

40、液有良好的冷却作用和清洗作用。,2.2.2 磨削温度与磨削液,溶液的主要成分为水并加入防锈剂，也可以加入一定量的表面活性剂和油性添加剂。乳化液是由矿物油、乳化及其他添加剂配制的乳化油和95%98%的水稀释而成的乳白色磨削液。离子型磨削液是水溶性磨削液中的一种新型磨削液，其母液是由阴离子型、非离子型表面活性剂和无机盐配制而成的。它在水溶液中能离解成各种强度的离子。磨削时，由于强烈摩擦所产生的静电荷，可由这些离子反应迅速消除，降低磨削温度，提高加工精度，改善表面质量。,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液的选用,磨削的特点：温度高，工件易烧伤，同时产生大量的细屑，砂末会划伤已加上表面。磨削液应具有

41、良好的冷却清洗作用，并有一定的润滑性能和防锈作用。一般磨削加工常用乳化液和离子型磨削液。难加工材料在磨削加工时均处于高温高压边界摩擦状态。因此，宜选用挤压磨削油或挤压乳化液。,2.2.2 磨削温度与磨削液,磨削液的使用方法,浇注法：流速慢，压力低，难于直接渗透入最高温度区，影响磨削液效果。喷雾冷却法：以0.30.6MPa的压缩空气，通过图示的喷雾装置使磨削液雾化，从直径1.53mm的喷嘴高速喷射到磨削区。高速气流带着雾化成微小液滴的磨削液渗透到磨削区，在高温下迅速汽化，吸收大量热，从而获得良好的冷却效果。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,磨削加工表面几何特性-表面粗糙度,几何因素的影响,磨削表

42、面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可以认为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面的粗糙度值越小。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,磨削用量对表面粗糙度的影响,砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。,砂轮的速度,工件速度,工件速度增大时，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，表面粗糙度值将增加。,砂轮的纵向进给,砂轮的纵向进给减小，工件表面的每个部位被砂轮重复磨削的次数增加，被磨削表面的粗糙度值将减小。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,砂轮的粒度,砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙

43、度的影响,砂轮的粒度不仅表示磨粒的大小，而且还表示磨粒之间的距离。磨削金属时，参与磨削的每一颗磨粒都会在加工表面上刻出跟它的大小和形状相同的一道小沟。在相同的磨削条件下，砂轮的粒度号数越大，参加磨削的磨粒越多，表面粗糙度值就越小。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,砂轮修整,修整砂轮的纵向进给量对磨削表面的粗糙度影响甚大。修整砂轮时，金刚石笔的纵向进给量越小，砂轮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实践表明，修整砂轮时，砂轮转一转金刚石笔的纵向进给量如能减少到0.01mm，磨削表面粗糙度值就可达Ra0.10.2um。砂轮表面的不平整在磨削时将被复映到被加工表面

44、上。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,物理因素的影响-表面层金属的塑性变形,砂轮的磨削速度远比一般切削加工的速度高得多，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨削区温度很高，工件表层温度有的可达900C，工件表层金属容易产生相变而烧伤。因此，磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。由于塑性变形的缘故，被磨表面的几何形状与单纯根据几何因素所得到的原始形状大不相同，在力因素和热因素的综合作用下，被磨工件表层金属的晶粒在横向上被拉长了，有时还产生细微的裂口和局部的金属堆积现象。影响磨削表层金属塑性变形的因素，往往是影响表面粗糙度值的决定因素。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,磨削用量,砂轮速度越高，就有

45、可能使表层金属塑性变形的传播速度小于切削速度，工件材料来不及变形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面的粗糙度值将明显减小；工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大；磨削深度对表层金属塑性变形的影响很大。增大磨削深度，塑性变形将随之增大，被磨的表面粗糙度值会增大。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,砂轮的选择,砂轮粒度越细，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，不仅砂轮易被磨屑堵塞，若导热情况不好，反而会在加工表面产生烧伤等现象，使表面粗糙度值增大。砂轮的硬度。砂轮选得太硬磨粒不易脱落，磨钝了的磨粒不能及时被新磨粒所替代，从而使表面粗糙度值增大；砂轮选得太软磨粒容易脱落，磨削作用减弱也会使

46、表面粗糙度值增大。通常选中软砂轮。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,砂轮的组织是指磨粒结合剂和气孔的比例关系。紧密组织中的磨粒比例大气孔小，在成形磨削和精密磨削时，能获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软材料和热敏材料(磁钢、不锈钢、耐热钢等)，可获得较小的表面粗糙度值。一般情况下，应选用中等组织的砂轮。砂轮材料。氧化物(刚玉)砂轮适用于磨削钢类零件；碳化物(碳化硅、碳化硼)砂轮适于磨削铸铁、硬质合金等材料；用高硬磨料(人造金刚石、立方氮化硼)砂轮磨削可获得极小的表面粗糙度值，但加工成本很高。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,对于磨削加工来说，由于磨削

47、温度很高，热因素的影响往往占主导地位。因此，必须采取切实可行的措施，将磨削液送入磨削区。,磨削液的选择,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,磨削加工后的表面层金属力学物理性能,加工表面层的冷作硬化,机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被扯长，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化(或称为强化)。表层金属冷作硬化的结果会增大金属变形的阻力，减小金属的塑性，金属的物理性质(如密度、导电性、导热性等)也有所变化。金属冷作硬化的结果，使金属处于高能位不稳定状态，只要一有条件金属的冷硬结构本能地向比较稳定的结构转化。这些现象统称为弱化。机械加工过程中产生的切削热将使金

48、属在塑性变形中产生的冷硬现象得到恢复。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,评定冷作硬化的指标,表层金属的显微硬度HV；硬化层深度h(m）；硬化程度N。,式中：HV0-工件内部金属原来的硬度。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,工件材料性能的影响,影响磨削加工表面冷作硬化的因素：,从材料的塑性和导热性两个方面进行分析。磨削高碳工具钢T8，加工表面冷硬程度平均可达6065，个别可达100；磨削纯铁时，加工表面冷硬程度可达7580，有时可达140150。原因是纯铁的塑性好，磨削时的塑性变形大，强化倾向大；此外，纯铁的导热性比高碳工具钢高，热不容易集中于表面，热化倾向小。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,

49、磨削用量的选择,加大磨削深度，磨削力随之增大，磨削过程的塑性变形加剧，表面冷硬倾向增大。加大纵向进给速度，每颗磨粒的切屑厚度随之增大，磨削力加大，冷硬增大。但提高纵向进给速度，有时又会使磨削区产生较大的热量而使冷硬减弱。加工表面的冷硬状况要综合考虑上述两种因素的作用。提高工件转速，会缩短砂轮对工件热作用的时间，使软化倾向减弱，因而表面层的冷硬程度增大。提高磨削速度，每颗磨粒切除的切削厚度变小，减弱了塑性变形程度；磨削区的温度增高，弱化倾向增大。所以，高速磨削时加工表面的冷硬程度总比普通磨削时低。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,砂轮粒度的影响,砂轮的粒度越大，每颗磨粒的载荷越小，冷硬程度也越小

50、。,冷作硬化的测量,冷作硬化的测量主要是指表面层的显微硬度HV和硬化层深度h的测量，硬化程度N可由表面层的显微硬度HV和工件内部金属原来的显微硬度HV0通过式(2.2)计算求得。,2.2.3 磨削质量和裂纹控制,表面层显微硬度HV的常用测定方法是用显微硬度计来测量，它的测量原理与维氏硬度计相同，都是采用顶角为136的金刚石压头在试件表面上打印痕，根据印痕的大小决定硬度值。所不同的只是显微硬度计所用的载荷很小，一般都只在2N以内(维氏硬度计的载荷约为501200N)，印痕极小。加工表面冷硬层很薄时，可在斜截面上测量显微硬度。对于平面试件可按图2.14磨出斜面，然后逐点测量其显微硬度，并将测量结果