机械制造业磨削基本知识.

3) 轴向进给运动
用轴向进给量ƒa表示。
指工件每一转或工作台每一次行程，工件相对砂轮的 轴向移动的距离。
一般情况下ƒa =(0.2～0.8)B，B为砂轮宽度，单位为 mm； ƒa的单位，圆磨为mm/r，平磨为mm/str。
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二、磨削要素
1) 磨削时金属切削率
①每秒钟金属切除量（亦称为切除率 ）
Q 1000 vw f r f a
磨粒在砂轮体积中所占比例越大，砂轮的组织越紧密 ，气孔越小；反之，组织疏松
紧密类 中等 疏松类
紧密类砂轮，气孔率小，使砂轮变硬，容屑空间小， 容易被磨屑堵塞，磨削效率较低。但可承受较大的磨 削压力，砂轮廓形可保持较久。 一般组织，一般磨削 磨粒占的比例越小，气孔越大，砂轮越不易被切屑堵塞 ，切削液和空气也易进入磨削区，使磨削区温度降低， 工件因发热而引起的变形和烧伤减小，但疏松类砂轮易 12 失去正确廓形，降低成型表面的磨削精度，增大表面粗 糙度。
-6 28 150×10
磨削方式
径向进给量（即背吃刀量） ap
（μm）
砂轮直径 d0 工作直径 dw
（㎜） （㎜） (mm) （μm）
砂轮等效直径dse 接触弧长度 lc 接触时间
tc lc / vs（s）
结论 接触弧长以内圆磨削为最大，平面磨削次之，外圆 磨削最小。 因此 外圆磨削的砂轮耐用度最大，平面磨削次之，外内 圆磨削最小。
W63 W50 W40 W28 精磨, 精密磨, 超精磨,珩磨,螺纹磨 微 W20 W14 W10 W7 W5 W3.5 超精密磨,镜面磨,精研,加工表面粗糙度可 达Ra 0.05~0.012μm 粉 W2.5 W1.5 W1.0 W0.5
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5.1.3 结合剂
⒈陶瓷（A） 2.树脂（S） 3.橡胶（X）
② 外圆磨削时每个磨粒的最大切削厚度为
hDg max (2 w f a / c B) f r / d0 f c / d w
(5.9)
式中ω 为砂轮角速度
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结论
工件速度vw，轴向进给量fa和径向进给量fr增加时， hDgmax将增加；砂轮速度vc、砂轮直径d0和砂轮宽度B增 大时， hDgmax将减小；砂轮磨粒越细，m就越大， hDgmax减小。
d0
砂轮的旋转运动是主运动，砂轮外圆的线速度即主运动速度
vc d 0 n0 / 1000 m/s
式中 d0 ——砂轮直径（mm）； n0——砂轮转速（r/s）。
(5.1)
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2) 径向进给运动
用径向进给量ƒr表示。
ƒr指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮径 向移动的距离，单位为mm/d· str， 一般情况下， ƒr =0.005～0.02mm/d· str，
磨料、粒度、硬度、结合剂、组织以及形状和 尺寸等
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5.1.1 磨料
⒈天然磨料： 一般含杂质多，质地不匀；天 然金刚石虽好，但价格昂贵。 氧化物系:主要成分为Al2O3 2.人造磨料： 碳化物系:以碳化硅、碳化硼为基 体，添加的金属元素 超硬磨料系:主要有人造金刚石 和立方氮化硼。
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目前主要采用人 造磨料。
5.3.1 磨削特点
1．精度高、表面粗糙度小
表5.3 不同机床控制切深机构的刻度值（mm）
机床名称 立式铣床 车床 平面磨床 外圆磨床 刻度值 0.05 0.02 0.01 0.005 精密外圆磨 内圆磨 床 床 0.002 0.002
2．砂轮有自锐作用
使得磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。
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磨齿轮，刃磨铣刀、拉 15 刀、铰刀
5.2 砂轮表面形貌图
图5.3砂轮表面形貌图
有效磨粒切削刃 无效磨粒切削刃 有效磨粒切削刃 只为静态切削刃总 数的5%～12%； 一个磨粒可能有 几个有效切削刃与 工件接触，有60% 的有效切削刃分布 在不同磨粒上面。
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5.3 磨削过程
图5.4磨粒切削过程
磨削也是一种切削
表5-1砂轮特性及用途选择1—磨料
系 别 名称 代号 颜色 性 能 适 用 范 围 磨削碳素钢,合金刚, 可锻铸铁与青铜 磨削淬硬的高碳钢,合 金钢,高速钢,磨削薄 壁零件,成形零件 磨削铸铁,黄铜,耐火 材料及其它非金属材 料 磨削硬质合金,宝石, 光学玻璃 研磨硬质合金 硬度较低 , 韧性 较好 较 A 硬度高 , 磨 粒锋利,韧性差 韧性比WA好
研磨硬质合金 , 光学 硬度最高 , 耐热 玻 璃 , 宝 石 , 陶 瓷 等 高 性较 硬度材料 硬 度 仅 次 于 D 磨削高性能高速钢,不 5 韧性较D好 锈钢,耐热钢及其它难 加工材料
5.1.2 粒度
表示磨料颗粒的大小
1．一般磨粒
粒度号---磨粒刚好可通过的筛网每 英寸长度上（25.4mm）上的孔眼 数。单位称为“目”。
把磨粒固结成磨具的材料
耐热、耐蚀、耐潮、气孔率大、保持廓形好，最 常用 。但其性脆，韧性及弹性较差，不能承受 侧面弯扭力，有宜用于切断砂轮。 强度高、弹性好，很适用于切断、开槽等高速磨 削。但其耐热性、耐蚀性差、气孔率小，易糊塞、 磨损快、易失去廓形。 比树脂有更好的弹性和硬度，可制造0.1mm的 薄砂轮，使用于切断、开槽、无心磨的导轮。
氧 化 物
棕刚玉 白刚玉 铬刚玉 黑碳化 硅 绿碳化 硅 碳化硼
人造金 刚石 立方氮 化硅
A WA PA
棕褐色 白色 玫瑰红色
碳 化 物
C GC BC
比刚玉类硬度 高,导热性好,但 黑色带光泽 韧性差 绿色带光泽 较C硬度高, 导 热性好 , 韧性较 差 白,淡绿, 黑色 棕黑色
超 硬 磨 料
பைடு நூலகம்
D CBN
5.1 砂 轮
一、砂轮:由磨料加结合剂用烧结的方法 而制成的多孔物体。
1.磨料:起切削作用， 2.结合剂:把磨料结合起来，使之具有一定
的形状、硬度和强度。
3.气孔:结合剂没有填满磨料之间的全部空 间，因而有气孔存在。
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二、砂轮的基本参数
磨料的种类、磨料颗粒大小、结合剂的种类、
砂轮硬度及组成
三、砂轮的特性
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表5-1 砂轮特性及用途选择4—硬度
等级
超软
软
中软
中
中硬
硬
超硬
代号 D E
F G
H
J
K
L
M
N
P
Q
R
S
T
Y
选择
磨淬硬钢选用L~N,磨淬火合金钢选用H~K,高表面质量磨削时选用 K~L,刃磨硬质合金刀具选用H~J
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5.1.5 砂轮的组织
砂轮结构的紧密或疏松程度
用颗粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系来表示
lc
fr d0
mm
(5.5)
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3) 砂轮等效直径
接触弧长相等时外圆（或内圆）砂轮直径换算 成假想的平面磨削时的砂轮直径。
意义：如果砂轮等效直径相同，则外圆（内圆） 磨削和平面磨削时的接触弧长相等
外圆磨削时的砂轮等效直径为
d se d w d0 /(d w d0 )
内圆磨削时的砂轮等效直径为
粒度号越大，磨粒的实际尺寸越小
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表5-1 砂轮特性及用途选择2—粒度
类 别 粒度号 适用范围
8# 10# 12# 14# 16# 20# 22# 荒磨 24# 30# 36# 40# 46# 一般磨削,加工表面粗糙度可达Ra0.8m 磨 54# 60# 70# 80# 90# 100# 半精磨,精磨和成型磨削,加工表面粗糙度 粒 可达Ra 0.8~0.16μm 120# 150# 180# 220# 240# 精磨, 精密磨, 超精磨,成型磨,刀具刃磨,珩 磨
mm3/s
(5.3)
②每秒钟内砂轮每1mm宽度所切除的金属量。则称为 单位砂轮宽度切除率，以ZQ表示
ZQ Q 1000 vw f r f a B B
mm3/s· mm (5.4)
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2) 砂轮与工件加工表面的接触弧长
① 影响同时参加磨削的磨粒数目及磨粒负荷 ② 影响磨屑的容纳和排除及冷却条件的改善 由推导可知平面磨削时的接触弧的长度为
砂轮可以看作是具有 极多微小刀齿的铣刀
砂轮本身虽有自锐性
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5.3.3 磨削过程
一、磨屑的形成过程
磨削时，工件表面被砂轮滑擦、刻划以及砂轮表面比较 锋利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削过程大致可分为三 个环节
结论：砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻划 和滑擦三种作用的综合。 磨屑尺寸细小而形状各异。有带状切屑、节状切屑和一 些熔化后烧尽了的切屑灰烬，还有金属微尘等。
(5.6)
d se d w d0 /(d w d0 )
(5.7)
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表5.4
几种磨削方式的等效直径和接触弧长
外圆磨削 Ⅰ 25 400 200 133 1.8×103 45.6×10-6 平面磨削 Ⅱ 25 400 ∞ 400 3.3×103 80×10-6 内圆磨削 Ⅲ 25 400 550 1467 6×103
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树脂
B
橡胶
R
5.1.4 砂轮的硬度
磨粒与结合剂的粘固程度
在磨削力的作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。 砂轮硬，磨粒较难脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。
砂轮组织较疏松，工件材料较硬，砂轮与工件磨削接触面较大 ，砂轮气孔率较低时，需选用较软的砂轮。 半精磨与粗磨相比，树脂与陶瓷相比，选用的砂轮硬度低些。
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5.1.6 砂轮的形状、尺寸及用途
为便于对砂轮管理和选用，通常将砂轮的形状、尺寸 和特性标注在砂轮端面上
其顺序为： 形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许的最高 工作圆周线速度
外径×厚度×内径
如：砂轮P300×30×75WA60L6V35
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表5-2 常用砂轮的形状、代号及用途举例
表5-1 砂轮特性及用途选择5—砂轮的组织
组织号
0
1
2
3
4
5
6
7 48
8
9
10
11
12 13 14 38 36 34
磨粒率 62 60 58 56 54 52 50 (%) 分类 紧密类 中等
46 44 42 40
疏松类
用途
磨削热 成型磨削, 精密 磨削淬火钢, 刀具 磨削韧性大而硬度不 敏性大 磨削 刃磨 高材料 的材料
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二、磨削阶段
1）初磨阶段
由于机床、工件、夹具工艺系统的弹性变形，实际磨 削深度小于径向进给量
2）稳定阶段
当系统弹性变形达到一定程度后，继续进给时，其 实际磨削深度基本上等于径向进给量。
3）清磨阶段
由于工艺系统的弹性变形逐渐恢复，使实际磨削深 度大于零。
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图5.6 磨削过程的三个阶段
结论
要提高生产率，应缩短初磨阶段和稳定阶段。要提高 表面质量必须保持适当的清磨进给次数和清磨时间。 20
4.青铜（Q）
抗张力强度高，型面保持性好，有一定韧性，但 自锐性差，主要用于制造金刚石砂轮，粗、精磨 硬质合金，以及磨削与切断光学玻璃、宝石、陶 8 瓷、半导体等材料。
表5-1 砂轮特性及用途选择3—结合剂
名称 代号
特
性
适用范围
陶瓷
V
耐热,耐油和耐酸,碱的侵蚀, 除薄片砂轮外,能制成各种砂轮 强度较高,较脆 强度高,富有弹性,具有一定 荒磨砂轮,磨窄槽,切断用砂轮, 抛光作用,耐热性差,不耐酸 高速砂轮,镜面磨砂轮 碱 强度高,弹性更好,抛光作用 磨削轴承沟道砂轮,无心磨导轮, 好,耐热性差,不耐油和酸,易 切割薄片砂轮,抛光砂轮 堵塞
砂轮种类 平形砂轮 形状代号 P 断面形状 主要用途 磨外圆、内圆，无心磨， 刃磨刀具等
双斜边砂轮 双面凹砂轮
切断砂轮 (薄片砂轮) 筒形砂轮 杯形砂轮
OSX PSA
PB N B
磨齿轮及螺纹
磨外圆，刃磨刀具，无 心磨 切断及切槽 端磨平面 磨平面、内圆，刃磨刀 具
碗形砂轮
碟形砂轮
BW
D
刃磨刀具，磨导轨
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4) 单个磨粒的磨削厚度
意义：磨削厚度大小对磨削力、磨削温度、磨削表面 质量和砂轮的磨损产生很大影响。 ① 端面磨削时每个磨粒的最大切削厚度为 (5.8) 式中m为砂轮每mm圆周长度上的磨粒数（mm-1）
hDg max (2 w f a / c m B) f r / d0
3．径向分力 较大
磨削时的切削力同车削一样，也可以分解为三个互 相垂直的分力
工件材料 Fn/Ft Fa/Ft 普通钢 1.6～1.9 淬硬钢 1.9～2.6 0.1～0.2 铸钢 2.7～3.2
4．磨削温度高
原 高的切削速度 因 负前角切削
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5.3.2 磨削运动和磨削要素
一、磨削运动
1) 主运动
因此
单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力 也增大，将影响砂轮磨损、磨削温度及被加工零件的表面 质量。
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5.4 磨削力及功率
1
2
3
FR1 A 1 FR2 A2
FR3 A3
图5.7 磨削的受力情况
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5.4.1 磨粒的受力情况
磨粒切削时，作用在磨粒上的力可以分解成两个分力即 法向力Fn和切向力Ft。并为结合剂桥上的结合力所平衡， 如图5.7所示。 ① 磨粒所承受的合力FR与结合剂桥上抗力FR’的合力不 一定在同一平面内；因此，有可能产生力矩M，使磨粒脱 落；