精密与超精密加工技术 第三章 精密磨削和超精密磨削

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碳化刚玉系 物系 碳 3100化 3400 硅 碳 化 硼 41509000 300 1800
普通 磨料 系
立方氮化硼
155 1500 13001400
700800
4. 能加工各种高硬的难加工材料, 可磨削陶瓷、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。
刚玉系
18002450
87.2
工件纵向进给量
横向进给量(吃刀量) 一般取0.6~2.5μm/单行程(不超微刃高度) 横向进给次数
一般约2~3次(单行程)(磨削余量2-5μm)
光磨(无火花磨削)
光磨次数的确定主要是让磨床有关部件的弹性变形得以充分恢复,磨粒的 微刃性的微切削、摩擦、抛光等作用得以充分发挥。粗粒度砂轮精细修整 后,光磨次数采用5~8次;细粒度砂轮精细修整后,光磨次数采用10~25 次。
精密与超精密加工技术
第三章 精密磨削与超精密磨削
本章内容
1. 2. 3. 4. 5.
精密和超精密磨削概述 精密磨削 超硬磨料砂轮磨削 超精密磨削 精密和超精密砂带磨削
3.1 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
3.3 超硬磨料砂轮磨削
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金刚石砂轮、 CBN砂轮
3.3 超硬磨料砂轮磨削
一、超硬磨料砂轮磨削特点
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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、有色金属及其合金、耐热合金钢等。 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。
安装在刀架上的金刚石刀具通常在垂直和 软钢磨削整形法 5°~15°;金刚石 水平两个方向各倾斜约 与砂轮的接触点应低于砂轮轴线 0.5 ~ 2mm , 金刚石滚轮修整法 修整时金刚石并作均匀的低速进给移动。 滚压挤轧法 要求磨削后的表面粗糙度越小,则进给速 度应越低,如要达到Ra0.16~0.04μm的表面 喷射法 气压喷砂法 液压喷砂法 粗糙度,修整进给速度应低于 50mm/min。 修整总量一般为单面0.1mm左右,往复修整 电加工法 电解修锐法 电火花修整法 多次。粗修的切深每次为 0.01 ~ 0.03mm , 0.01mm。 超声波振动修整法 精修则小于
又称胶,作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。 可分为:粘结膜、底胶、覆胶 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。
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3.1 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具 涂覆磨具及分类 涂覆磨料及粒度 粘接剂 涂覆方法
精密超 精加工
砂带磨削
砂带研磨
4
5
游离磨料加工
传统方法:研磨和抛光
研磨原理图
抛光原理图
6
固结磨料加工
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。
粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。粒度分为磨粒和微粉两类。 精密和超精密砂轮磨削
757
1200
3.1 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具 磨料及其选择
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分为磨料与微粉。粒度选择根据加工要求、被加工材料、磨料材料决定。 磨料粒度及其选择 被加工表面粗糙度、被加工材料、生产率最重要。多选用 180#~240# 普通磨料、170 # /200 # ~325 # /400 #超硬磨料的磨粒和各种粒度的 结合剂及其选择 微粉。
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:安装后采用便携式动平衡仪表。 3)精密磨床最好安装在防振地基上或加上防振垫。
3.2 精密磨削
五、精密磨削用量 砂轮速度 工件速度
一般在15~30m/s。过高,则切削作用增强抛光作用减弱, 对表面粗糙度不利,磨削热增加,机床容易振动,反而不好。 一般在6~12m/min。过高则振动,过低则烧伤和螺旋形,都不好。 一般为50~100mm/min或0.06~0.5mm/r。过高会使表面 粗糙度增大,产生烧伤、螺旋形等缺陷,反而不好。
对于颗粒尺寸大于 40μm的磨料,称为磨粒。用筛选法分级, 精密砂轮磨削:砂轮的粒度 60#~80#,加工精度1μm,Ra0.025μm; 粒度号以磨粒通过的筛网上每英寸长度内的孔眼数来表示。 如60 #W40 的磨粒表示其大小刚好能通过每英寸长度上有 60孔 超精密砂轮磨削:砂轮的粒度 ~W50,加工精度0.1μm,Ra0.025~ 眼的筛网。对于颗粒尺寸小于40μm的磨料,称为微粉。用 0.008μm。 显微测量法分级,用W和后面的数字表示粒度号,其W后 的数值代表微粉的实际尺寸。如W20表示微粉的实际尺寸 为20μm。
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。如金刚石砂轮的磨削力只有绿色碳化硅砂轮的1/4-1/5。 4)磨削效率高。加工硬质合金及非金属硬脆材料时,金刚石砂轮效 率较高;加工耐热钢、钛合金等时,CBN砂轮效率更高。 5)加工成本低。磨具寿命长、工时短、效率高。
3.3 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
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超硬磨料砂轮的修整是超硬磨料砂轮使用中的重要问题和技术难题,
直接影响被磨工件的加工质量、生产率和成本。
修整通常包括整形和修锐两个过程。
整形 对砂轮进行微量切削,使砂轮达到所要
求的一定精度的几何形状,并使磨料尖
端细微破碎,形成锋利的磨削刃。 要求高效率和高砂轮几何形状。
涂覆法 重力落砂法
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静电植砂法
3.2 精密磨削
一、精密磨削机理
精磨磨削:加工精度为1~0.1μ m、表面粗糙度达到Ra0.2~0.025μ m 的磨削方法,又称为小粗糙度磨削。多用于机床主轴、轴承、滚动 导轨、量规等精密加工。
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靠砂轮的精密修整,使磨粒具有微刃性和等高性,磨削后,被加工表面留下大量极微细的 磨削痕迹,残留高度小,加上无火花磨削阶段的作用,获得高精度和小表面粗糙度表面。
工 作 条 件 基 底 材 料
形 状
耐 水
干 磨
复 合
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塑 料 膜
化 纤 布
棉 布

盘 状
带 状
环 状
卷 状
页 状
3.1 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具 涂覆磨具及分类 棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化 涂覆磨料及粒度 铁、人造金刚石等。 粘接剂 涂覆磨料的粒度无论磨粒还是微粉,都用P字粒度号表示。 涂覆方法
精密和超精密砂带磨削
精密砂带磨削:砂带粒度W63~W28,加工精度1μm,Ra0.025; 超精密砂带磨削:砂带粒度W28~W3,加工精度0.1μm,Ra0.025~ 0.008μm。
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砂轮磨削
砂带磨削
3.1 精密和超精密磨削概述
二、精密和优越性
强度 /MPa
3.1 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具 磨料及其选择
普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。 超硬磨具无硬度项指标。
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磨料粒度及其选择
结合剂及其选择 组织和浓度及其选择 高速回转时,抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。 硬度及其选择 磨具的强度 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
修锐 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。 要求好的磨削性能。
3.3 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整 修整方法的分类: 车削法 磨削法
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用单粒天然金刚石笔、聚晶金刚石笔,修整片等车 削金刚石砂轮达到修整目的。修整精度和效率较高, 但修整后的砂轮表面平滑,切削能力低。
• 结合剂选择树脂较好,加入石墨填料加强摩擦抛光作用。
• 砂轮选择见附表3-5所示。
3.2 精密磨削
三、精密磨削时砂轮的修整

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砂轮修整是精密磨削的关键之一,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速度、修整深度、修整次数和光修次数。修整速 度(纵向进给量)为10~15mm/min,修整深度为2.5μm/单行程,精修次 数2~3次,光修次数1次单行程。
二、超硬磨料砂轮修整 软钢磨削整形法
用超硬磨料砂轮磨削 软钢,利用磨削时形 成的长切屑来刮除结 合剂。该法效率低, 质量不稳定。
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单滚轮法
双滚轮法
3.3 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整 金刚石滚轮修整法
采用电镀或粉末冶金等方法把大量金刚石 颗粒镶嵌在钢质滚轮表面制成的金刚石滚 轮,以一定转速旋转 ( 藉以降低滚轮与砂
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轮的相对速度 ) ,对高速旋转的砂轮表面
3.3 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
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磨削法 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。该方法效率和质量都较好,但普通砂轮、 砂块磨损迅速,是目前最为广泛采用的修整法。
杯形砂轮修整器
3.3 超硬磨料砂轮磨削
抗压强 热稳定 度/Mpa 性/℃
磨料粒度及其选择抗弯
磨料
显微硬 度(HV)
1. 磨具在形状和尺寸上易于保持, 使用寿命高,磨削精度高; 2. 磨料本身磨损少,可较长时间 保持切削性,修整次数少,易 于保持精度; 3. 磨削时,一般工件温度较低, 可减小内应力、裂纹和烧伤等 缺陷;
结合剂及其选择 普通磨料 超硬磨料 组织和浓度及其选择 天 210490 金刚 然 86007002000 硬度及其选择 超硬 石 10600 800 人 磨料 300 碳化物系 金刚石 造 磨具的强度 系 •碳化硼 7300•天然1250立方氮化 800300 •碳化硅 9000 •人造 1350 磨具的形状和尺寸及其基体材料 硼 1000
3.2 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:
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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。控制:主轴的径 向跳动<1μm,轴向圆跳动2-3μm。
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
微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
3.2 精密磨削
二、精密磨削砂轮选择
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• 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,采用刚玉磨料较好;其中单晶刚
玉最好,白刚玉、铬刚玉应用最普遍。
• 砂轮的粒度可选择粗粒度和细粒度两类。
组织和浓度及其选择 硬度及其选择 将磨料粘合在一起,形成一定的形状,并有一定的强度。 常用:树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂 磨具的强度 磨具的形状和尺寸及其基体材料
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,甚至低于25%。
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。
3.1 精密和超精密磨削概述
一、精密和超精密磨料加工分类
精密和超精 密磨料加工 固结磨 料加工 固结磨具 涂覆磨具 游离磨 料加工 精密研磨 精密抛光
砂轮磨削
油石研磨
精密珩磨
尺寸。超硬模具一般由磨料层、过渡层和基 体三部分组成; 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。
3.1 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具 涂覆磨具及分类 常用:砂纸、砂布、砂带、砂盘、砂布页轮和砂布套 涂覆磨料及粒度 涂 覆 粘接剂 磨 涂覆方法 具
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