精密和超精密磨削

涂附磨具的结构及其制造
4.2 普通砂轮精密磨削
精密磨削是指加工精度1~0.1 μm ，表面 粗糙度达到Ra0.2～0.025 μm 的磨削。又 称低粗糙度磨削。 多应用于机床主轴、轴承、液压滑阀、 滚动导轨、量规等的精密加工。

4.2.1 精密磨削机理


主要靠砂轮的精细修整，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，残留高度极小，再加上无火化磨削阶段 的作用，获得高精度和低粗糙度的表面。机理归 纳为： 微刃的微切削作用 微刃的登高切削作用 微刃的滑挤、摩擦和抛光作用
磨具硬度等级名称及其代号
硬度等级名称 大级 超软 软 中软 中 中硬 硬 超硬 小级 超软1 超软2 超软3 软1 中1 硬1 超硬 软2 软3 中2 P S Y 硬2 中软1 中软2 代号 （GB2484-84） D G K M Q T E H L N R F J
中硬1 中硬2 中硬3
（6）磨具的强度及其选择
（1）磨料
各种磨料主要性能
磨料 超 硬 磨 料 系 普 通 磨 料 系 金刚 石 显微硬度 /HV 抗弯强 度/MPa 抗压强度 热稳定性 /MPa /℃ 2000 300 800~1000 1250~1350 1800 1500 757 700~800 1300~1400 1200 700~800
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。 为确保磨具工作时的安全，对各种结合 剂的磨具都规定了最高工作线速度。 影响磨具强度的因数很多，主要有结合 剂、磨料的粒度、磨具的组织、硬度、 形状、不平衡值和制作质量，以及磨具 的使用条件等。

（7）磨具形状和尺寸及其选择

（4）组织和浓度及其选择

普通磨具：磨粒的含量用 组织表示，反映了磨粒、 结合剂和气孔的比例关系。
以磨粒率表示的磨具组织及其应用范围
组织号 磨粒率 （ %） 0 62 1 60 2 58 3 56 4 54 5 52 6 50 7 48 8 46
根据国标CB 2484—84
9 44 10 42 11 40 12 38 13 36 14 34
超硬磨料磨具浓度的选择

超硬磨具：磨粒的含量用浓度表示，是指磨料层中每cm3体积中所含磨 料的重量。浓度越高，含量越多。 超硬磨具的浓度选择时，应综合考虑磨料、粒度、结合剂、磨削方式、 磨削质量要求、效率和加工成本。
超硬磨料磨具浓度与磨料含量的关系
浓度 25 质量浓度/％ 25 1.1 磨料含量 克拉. cm－3 g . cm－3 0.2233 磨料所占体积/ ％ 6.25
应 用 范 形状保持性好，磨 适用于一般磨削， 围 削表面粗糙度值低，淬火钢磨削，刀具 适于重负荷磨削， 刃磨 成形磨削，精密磨 削，加工硬脆材料
粗磨和磨削韧性大、硬 磨削热敏性较 度不高的工件，机床导 大的钨银合金、 轨和硬质合金刀具磨削，磁钢、有色金 适合磨削薄壁、细长工 属以及塑料、 件，或砂轮与工件接触 橡胶等非金属 材料 面大以及平面磨削
50
75 100 150
50
75 100 150
2.2
3.3 4.4 6.6
0.4466
0.6699 0.8932 1.3398
12.50
18.75 25.00 37.50
（5）硬度及其选择

普通磨具的硬度：磨粒在外力的作用下，自磨具表面脱落的难易 程度。用英文大写字母表示，如K、L、M、N等 超硬磨具：超硬磨料耐磨性好、比较昂贵，硬度一般较高。在标 志中，无硬度项。
对精密磨床要求

4.2.4 精密磨削用量
砂轮速度 15~30m/s 工件速度6~12m/min 工件纵向进给量0.06~0.5mm/r 横向进给量（吃刀量）0.6~2.5um/单行程 进给次数 2~3次 光磨（无火花磨削）次数

4.3 超硬磨料砂轮精密磨削
超硬磨料砂轮目前主要有金刚石砂轮和 立方氮化硼(CBN)砂轮，并用来对难加 工材料进行精密磨削。 金刚石微粉砂轮磨削主要是基于微切削 作用的微量去除来达到低表面粗糙度值， 是一种采用固结微粉磨料进行精密加工 的新方法。
(1)
精密和超精密磨削的精度和粗糙度
磨削方法 加工精度 表面粗糙 度Ra 精密磨削 超精密磨削 镜面磨削 1 μm 0.025 μm 0.1 μm 0.025～ 0.008 μm 0.02～ 0.001 μm
砂轮粒度 光磨次数
60#~80# 5～10
W40~W5 10～15
4.1.3 精密和超精密磨削的砂轮特性
1.粗粒度砂轮（PA60KV）
2.细粒度砂轮（WA/GCW10KR）
4.2.2采用弹性砂轮精密磨削


PVA海绵抛光砂轮采用特殊合成树脂，加强其耐磨力和磨削力，由天特殊气 孔的存在，可迅速排除磨屑，不发生填塞及发热现象，避免发热烧伤工件， 适于长时间研磨工作。结合剂柔软具缓冲性，在研磨面上不留深疵纹。用以 磨削不锈钢、铝、铜、铁、木材、宝石、大理石、玻璃制品及皮革等。 海绵橡胶弹性砂轮柔软具有缓冲性，弹性极大、可弯曲，组织均匀、气孔特 殊，具有极好的散热性。适用于使用中需要砂轮有一定的弯曲性、工件的异 型面、磨削量不大但要抛光的工件。适宜研磨不锈钢、铝、铜和木材等。
金刚石车削修整方法

用单点或聚晶金刚石笔，金刚石修整片等车削超硬磨 料砂轮。 精度和效率都比较高，但修整后的砂轮表面平滑，切 削能力低。 整形后利用高强纤维清扫器修锐。
磨削法

普通磨料砂轮或油石 与超硬磨料砂轮对磨； 广泛采用的修整方法； 修整轮消耗较大。
其它磨削法


Fra Baidu bibliotek
研磨法：用铸铁平台 手工研磨修整端面砂 轮，效率低。 磨削软钢法：利用磨 削时的长切屑刮除结 合剂。
4.3.3 超硬磨料砂轮的修整

砂轮的修整（dressing）分为整形（truing）和 修锐（sharpening）： 整形：使砂轮的磨削表面达到精确的几何形状 的过程。 修锐：通过去除结合剂增加磨粒突出高度，在 磨料层中形成足够的容屑空间。 普通磨料砂轮，其整形和修锐是同时进行，超 硬磨料砂轮的修整则分为两个独立过程，即整 形和修锐。
国标GB2484-84
国际标准ISO
超硬磨料磨具的标志

书写顺序为：形状、尺寸、磨料、粒度、结合 剂和浓度等。平行砂轮标志示例如下：
4.1.4超硬磨料磨具的结构

超硬磨料砂轮一般由磨料层、过渡层和基体组成。
4.1.5 涂附磨具

涂覆磨具是将磨料用粘接剂均匀地涂敷在纸、 布、化纤或其他复合材料等基底上的磨具。
第4章 精密和超精密磨削
4.1精密和超精密磨削概述
4.1.1精密和超精密磨料加工方法分类
4.1.2 精密和超精密磨削
精密砂轮磨削 利用粒度为60#~80#的砂轮，经过精细修整后进行 磨削，其加工精度可达1um，表面粗糙度可达Ra0.025 um，通常可 在精密磨床上加工。 (2) 超精密砂轮磨削 通常是指利用粒度为W40~W5的金刚石、立方 氮化硼等超硬微粉磨料砂轮，经过精细修整或在线修整在超精密磨 床上进行磨削，可获得低于或等于 0.1um 的加工精度，表面粗糙度 为Ra0.025~0.008um的加工表面，实际上是超硬磨料微粉砂轮超精 密磨削。由于所磨削的表面光亮如镜，光彩照人，又称为镜面磨削。 (3) 精密砂带磨削 利用粒度为P280~P600的微粉砂带可进行精密砂 带磨削，其加工精度可达1um，表面粗糙度可达Ra0.025um。 (4) 超精密砂带磨削 利用粒度为P600~P1200的微粉砂带可进行超 精 密 砂 带 磨 削 ， 其 加 工 精 度 可 达 0.1um 以 上 ， 表 面 粗 糙 度 可 达 Ra0.025~0.008um。通常应在超精密砂带磨床上进行加工。
磨粒的微刃性与等高性
精密磨削时的砂轮修整

砂轮修整方法
单粒金刚石车削修整方法
1.美国 Advanced superabrasive s Inc.
http://asiwheels.c om/
价格$75,000
24
2.美国 Rush Machinery Inc. http://rushmachin ery.com/

4.3.1超硬砂轮精密磨削的机理

金刚石微粉砂轮在磨削时，其主要机理 是微切削，磨粒具有很大的负前角和较 大的切削刃钝圆半径，一般前角可达 γ 0=-45o，切削刃钝圆半径可达 rn=100μm，因此，在切削过程中有磨屑 形成、耕犁(隆起)，滑擦(滑动和摩擦)等 现象。
4.3.2超硬磨料砂轮磨削特点及应用范围
天然
人造
8600~ 10600
210~490
立方氮化硼 CBN
碳化 物系 刚玉系
7300~9000 300
碳化硼 4150~9000 300 碳化硅 3100~3400 155 1800~2450 87.2
精密和超精密磨削的砂轮磨料



天然金刚石 人造金刚石 CBN 普通磨料
（2） 磨料粒度及选择

普通磨料固结磨具主要有砂轮、磨头、油石和沙瓦等，有关名称、代号、 形状及基本用途等可查阅国家标准GB2484-84和GB4127-84。磨头的代号为 M，油石的代号为W。 对于砂轮，其系列及其代号有：平行系列（P）、筒形系列（N）、碟形系 列（D）、专用系列（J）。
普通磨料磨具的标志

普通磨料固结磨具的标志按国标GB2484-84规定，其书写顺序为： 磨具形状、尺寸、磨料、力度、组织、结合剂、最高工作线速度。

粒度表示

粗磨粒粒度：每平方英寸筛网上孔的数量， 60#，80#
微粉磨粒粒度：磨粒最大直径尺寸μm ， W5,W3,W0.5
普通磨料 超硬磨料


选择

（3）结合剂及其选择
结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，形 成一定形状，并有一定强度的磨具。常 用结合剂： 陶瓷结合剂－V 树脂结合剂—B 金属结合剂—M 结合剂选择影响砂轮结合强度、自锐性、 化学稳定性和修整方法等。
1) 可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如陶 瓷、玻璃、半导体材料、宝石、石材、硬质合金、耐热合金钢，以 及铜铝等有色金属及其合金等。 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。用金刚石砂轮磨削硬质合金时，其磨削力只有绿色碳化硅 砂轮磨削时的1／4~1／5。 4) 磨削效率高，这是由于超硬磨料有锋利的刃口，耐磨性高，因 此有较高切除率和磨削比。但超硬磨料砂轮有难度较大的修整问题。 5) 加工成本低，虽然金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮比较昂贵，但 其寿命长，加工效率高，工时少，综合成本低。
杯型砂轮修整器结构图
游离磨料挤轧修锐法

用碳化硅、刚玉、 硬质合金或钢铁 制成修整轮，以 一定的压力与超 硬磨料砂轮进行 无速差自由对滚， 加入碳化硅、刚 玉等磨粒，依靠 游离磨料的滚轧 作用，使磨粒突 出结合剂表面。
气压喷砂法



将碳化硅、刚玉磨 粒从高速喷嘴喷射 到转动的砂轮表面 上，去除结合剂， 使磨粒突出。 一般喷嘴安装角α ＝5 ° ~10º ，喷射 时间30s。 主要用于修锐。
4.2.3 精密磨床


磨床从类别上分为M(外圆磨床、内圆磨床、平面磨床等)、2M(超精机、 珩磨机、抛光机、砂带抛光及磨削机床、研磨机等)、3M(轴承、滚子、 钢球、气门等磨削机床)3个分类。从机床特性代号有：高精度(G)、精密 (M)、自动(Z)、半自动(B)、数控(K)、加工中心(H)等。 精密磨床的特性代号应为MM，而MG应为高精度磨床，属于超精密磨 床一类。 高几何精度－砂轮主轴回转精度、工件主轴回转精度、导轨平直度等， 以保证工件的形状及位置精度要求。 低速进给运动的稳定性 减少振动
价格$83,000
25
修整机原理
Y
X
CCD镜头部分
无火花磨削


无火花磨削 又称光磨，其次数的确定主要是使磨床相关部件的 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。 用粗粒度砂轮(60# -80#)精细修整后进行精密磨削时，光磨次数视 加工表面粗糙度的要求不同可取5~10次单行程；用细粒度砂轮 (240#-W7)精细修整后进行精密磨削时，光磨次数可取10-25次单 行程。