磨削缺陷分析与解决

磨削缺陷分析与解决
1.产生原因及影响因素
零件的磨削精度指零件在磨削加工后，其形状、尺寸及表面相互位置三方面与理想零件的符合程度。

一般说来，形状精度高于尺寸精度，而位置精度也应高于尺寸精度。

磨削加工中的误差主要来源与两方面。

一是磨床-夹具-砂轮组成的工艺系统本身误差；二是磨削过程中出现的载荷和各种干扰：包括力变形、热变形、振动、磨损等引起的误差。

而在磨削过程中，使砂轮与工件位置改变以降低磨削精度的主要原因有：
⑴.由磨削力引起的磨床和工件弹性变形；
⑵.磨床和工件的热变形；
⑶.磨床和工件的振动；
⑷.砂轮磨损后其形状、尺寸变化；
⑸.工装、夹具的损坏或变形；
⑹.导轨、轴承和轴等部件的非弹性变形。

其中磨削过程中的弹性变形是主要的影响因素，它会使砂轮的实际切入深度与输入切入深度不一致，这一变化是由“砂轮架—砂轮轴承-砂轮轴-工件-工件支承”的弹性系统刚性决定。

一般为消除这种原因带来的误差常在行程进给磨削后，停止相互间的进给，仅依靠弹性回复力维持磨削，即光磨阶段（又叫清火花磨削），从而消除残留余量。

当然造成磨削误差的其它因素液很多如：工件磨削形状误差，工件热变形，磨粒切刃引起的塑性变形，砂轮的磨损等。

2.对工件的影响：
降低工件使用寿命；降低工件抗疲劳强度；特殊特性的尺寸精度误差易影响工件使用，如轴承孔尺寸的控制，尺寸过小，安装不到轴上；过大，易引起振动，影响轴承使用寿命等。

3.解决方法：
增加系统刚性；减少上工序加工留量，以减小磨削厚度，从而减小磨削力降低残留应力；增加光磨时间；及时修整砂轮，及时检查工装、夹具、轴承完好性及电主轴的振动性等；精细的选择砂轮，如挑选细粒度，硬度较大，组织稍紧密的砂轮；选用导热性好的砂轮（如CBN 砂轮）；采用冷却性能优良的磨削液以减少因热变形引起的误差。

二、工件表面粗糙度
1.产生原因及影响因素
表面粗糙度指加工表面具有较小间距和峰谷所组成微观几何形状特征。

它是大量磨粒在工件表面进行切削后留下的微观痕迹的集合。

它有三种表示方法：轮廓算术平均偏差Ra；微观不平度十点平均高度Rz；轮廓最大高度Ry.由于Ra最能反映表面微观几何特征，它不但跟微观轮廓高度有关，还跟轮廓形状有关，是一个综合指标，所以通常用Ra来判定表面粗糙度。

而影响表面粗糙度的主要因素是砂轮工作表面的特性和磨削运动条件。

⑴.砂轮特性的影响：如砂轮粒度越粗，砂轮单位面积上磨粒数就越少，磨削表面的磨痕就越深，粗糙度越大；砂轮硬度过大，磨钝磨粒不能及时脱落，继续磨削塑性变形增加，表面粗糙度增加；砂轮硬度过软，磨削工作面会过早变形，磨损的不均匀也会使磨削粗糙度变大；另外修整量的大小也有影响，修整量过大会使砂轮表面螺沟复映到工件上，影响粗糙度。

⑵.磨削用量的影响：若降低砂轮速度，可减少单位时间参与磨削的磨粒数，则单颗磨粒负荷增加，工件塑性变形隆起增大，因此表面粗糙度增加；若增加工件速度将减少工件单位长度上的磨削磨粒数，使单颗磨粒的磨削厚度和金属切削量增加，也将增大表面粗糙度；磨削深度的增加将会增加塑性变形程度，从而使磨削粗糙度增加。

在实际磨削加工中，还有磨削方式、磨削行程数、前道工序粗糙度、切刃形状、修整条件、磨削液以及磨削振动都对表面粗糙度有不同程度的影响。

而对于超精加工来说，切削角、油石摆频、油石摆幅、工件转速、油石压力、的控制对粗糙度的影响都是很大的。

⑴.切削角θ：它是表示超精研加工切削作用的强弱，指瞬时切削速度与工件转速的夹角。

θ越大，切削作用越强，生产效率越高，表面粗糙度值越大；反之则亦然。

切削角在设备调整正常后一般不做调整。

而调整的一般原则：以生产效率为主的粗超，切削角为20°~40°，以提高质量为主的精超切削角为5°~10°。

⑵.油石摆频:它决定着超精研加工的效果，且它的改变比其它因素要强的多，油石频率的提高，磨粒对工件的切削次数增加，频繁的改变切削方向，有利于油石自励，切削作用增强，但受加工磨头、机床与工艺系统刚性及振幅，和磨削表面质量影响，在选择时也是有所区别，一般粗超比精超要高点。

⑶.油石摆幅：油石摆幅越大，切削作用越强，生产效率越高，但磨粒运动轨迹网纹变粗，表面粗糙度变大。

⑷.工件转速：工件转速增加，切削作用减弱，生产效率降低，但对改善表面粗糙度有利，但过高又会引起机床与工艺系统振动，磨粒容易划伤工件表面，且上工序粗糙磨纹和缺陷不易消除，所以通常粗超要比精超转速低些。

⑸.油石压力：油石作用与工作表面的压力越大，磨粒潜入工件表面越深，切削量越大，效率越高，但过高，磨粒易脱落，切削作用一直延续下去而无光整阶段，润滑油膜不易形成，最终影响表面质量，而压力过低，钝化磨粒不易脱落，切削作用降低，油石与工件不易行不成良好接触，对生产和表面质量都有影响，所以油石压力要选择恰当。

2.对工件的影响
⑴.影响工件使用寿命：两互相接触的平面最初不是在整个面积上接触，而只是表面凸起的一部分，这样，零件表面越粗糙，凸峰接触部位单位面积所受的压力就更大，当两接触面相对运动时，表面粗糙部分产生塑性变形甚至在压力作用下，形成干摩擦。

加剧磨损。

但并非表面越光洁、摩擦阻力越小，就越耐磨，因表面粗糙度太小不利于润滑油的储存，还会使接触表面间分子亲和力增加甚至发生粘合，使摩擦力增加而产生急剧磨损，在一般条件下，表面粗糙度总是存在一个最佳点。

对于轴承来说，还会产生噪音。

⑵.影响零件的疲劳强度：表面粗糙度大的表面，极易产生应力集中，使表面实际应力比平均应力高1.5~2.5倍，容易产生裂纹，
3.解决方法：
要获得较小表面粗糙度。

需磨削时应留取较小的余量，选用大的砂轮线速度和较小的进给速度；合理选择磨削特性，以最大限度的减小磨削力和磨削热；同时在修整时采用较小的进刀量，精细的修整。

超精加工时严格按照基本规律调整。

三、磨削烧伤
1.产生原因及影响因素
磨削时，由于磨削区的瞬时高温（900~1500℃）形成零件表面组织发生局部变化，并在表面的某些部分形成氧化变色，这种现象称为磨削烧伤。

根据烧伤外观不同可分全面烧伤、斑状烧伤、均匀线条状烧伤、周期线条状烧伤等；根据烧伤深度又可分浅度、中度、深度烧伤。

最常见的是均匀或周期的线条状烧伤。

由于烧伤往往表面伴有氧化作用，形成氧化膜，所以可根据表面颜色判断烧伤程度，一般烧伤依色变深变重，依次是白、黄、褐、紫、兰。

而影响磨削烧伤的是磨削温度，所以应从磨削液、磨削进给速、工件砂轮转速的选择上考虑。

其中振纹烧伤沿表面振纹分布，主要是系统刚性振动产生；划痕烧伤沿着砂轮磨痕分布，是由于砂轮磨粒不锋利造成的；柱状烧伤是沿着零件轴向不等距分布，是无心夹具磁力不足，工件随着砂轮旋转而产生瞬时滑动而产生；局部烧伤是由于磨削余量不均匀，磨削厚度不一致；均匀烧伤的表面烧伤均匀，是砂轮硬度过硬，粒度过细，进给过大，工件转速过低造成。

2.对工件的影响
表面烧伤破坏了工件表层组织发生氧化变质，极易造成表层腐蚀，并极大影响工件使用性能和寿命，所以烧伤是磨加工中严格控制的质量指标。

3.解决方法：
调整冷却液及注液方式；合理选择砂轮特性（硬度适中，粒度降低、组织疏松点，采用脆性大、自锐性好的磨料）；合理选择磨削用量（工件转速适中、降低进给速度）；合理修整砂轮；检查金刚笔是否完整；支撑环是否正常运转；检查钢材是否达标；操作者要严格按工艺要求操作。

四、磨削残余应力
1.产生原因及影响因素
磨削残余应力指磨削加工后仍保留在工件内部的应力。

可分残余压应力和残余拉应力，一般对零件变形、裂纹产生影响的主要是两种应力的综合体现。

磨削力造成工件表面的弹塑性变形、磨削热产生的热应力及组织转变产生的组织应力是产生磨削残余应力的原因。

而磨削力和磨削热受磨削用量、砂轮特性和磨削液等磨削条件影响。

2.对工件的影响：
⑴.影响零件加工精度：当加工达到一定精度时，由于残余应力具有自然释放能力，这种精
度就不能保持，因而影响机器使用性能。

⑵.残余应力对零件疲劳强度的影响：零件的疲劳会由外界拉应力的作用下逐步产生断裂，
如果零件表面存在一定的残余拉应力，则叠加外界拉应力，将加速裂纹的产生与扩大。

但如果表面存在残余压应力，则会抵消一部分外界的拉应力。

⑶.残余应力对零件耐腐蚀性影响：残余压应力可增加材料耐腐蚀性，残余拉应力则明显降
低其耐腐蚀性主，要是残余拉应力破坏表面钝化膜，还可使表面电极电位发生变化，加速表面腐蚀
3.解决方法：
减小残余应力须从较小磨削力和磨削热两方面入手：改变砂轮特性(增加硬度、改用脆性好的磨料、组织疏松、粒度偏粗等)、减小进给速、减小磨削用量、改善磨削液条件及加大流量、工件转速调整适当。

五、磨削裂纹
1.产生原因及影响因素
在磨削过程中或磨削后零件表面形成裂纹称磨削裂纹，有些用肉眼可看到，有的需用特殊仪器，其产生原因是零件表层内应力超过了材料的断裂极限。

一般拉应力断裂极限要小于压缩断裂极限，因此拉应力更容易导致裂纹的产生。

所以磨前的残余拉应力使磨削过程更容易产生拉伸裂纹，而要控制磨削裂纹的产生，必须同时控制磨削应力和磨前残余应力。

在我们磨削加工中，由于采取淬回火工序，所以磨前残余应力较少，只要磨削过程减小磨削应力就可以防止裂纹产生。

2.对工件的影响：
严重的影响工件的使用寿命，工件易腐蚀，裂纹处氧化快，表层组织变化快，易变质。

3.解决方法：
这里主要说一下减小磨削应力方面的措施：可调整冷却方式，尽量冷却均匀，调整砂轮特性（如适当降低硬度，减小粒度等），采用较小的磨削进给速；精细的修整砂轮。

六、磨削振纹
1.产生原因及影响因素
磨削表面的颤振振纹可分为螺旋形、直线型、斑点三种。

其中螺旋型振纹是由砂轮与金刚石修整笔之间的振动引起的，这是因砂轮主轴刚性差或发生一些外界扰动；直线型振纹是由砂轮不平衡引起的，特别是在内圆磨削更易产生，而当砂轮磨损或堵塞不均匀，由于再生效应，
也是极易在表面出现直线振纹的；斑点型振纹是由于砂轮圆周表面上硬度不均匀或不均匀磨损引起的局部振动造成的。

2.对工件的影响：
对工件寿命有很大影响，振纹处易产生腐蚀。

对轴承来说主要是影响到使用时工件的旋转精度，在测振时，振动值大，圆度不圆，另外严重时引起磨削振纹烧伤。

3.解决方法：
合理选择砂轮特性（如硬度均匀，粒度略粗点，组织疏松）；及时更换修整装置；精细的修整砂轮；精确的平衡砂轮；进给均匀；提高设备刚性；坯件磨削余量不应过大。

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