第3章 精密磨削和超精密磨削

第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨具分类
涂 覆 磨 具 基 底 材 料工 作 条 件Fra bibliotek形 状
耐 水
干 磨
复 合
塑 料 膜
化 纤 布
棉 布
纸
盘 状
带 状
环 状
卷 状
页 状
第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
整形 对砂轮进行微量切削，使砂 轮达到所要求的几何形状精 度，并使磨料尖端细微破碎， 形成锋利的磨削刃。
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。
第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
车削法 磨削法 用单点、聚晶金刚石笔，修整片等车 削金刚石砂轮达到修整目的。
磨削液的种类 和组成
第3节 超硬磨料砂轮磨削
五、超硬磨料砂轮的平衡
静平衡 力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。 （1）机外静平衡架上平衡 （2）机上动态平衡 （3）机外动态平衡 动平衡
力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡，是在一个有一 定长度的体上进行力偶平衡。 一般在动平衡机上进行。
第3章 精密磨削和超精密磨削
3.1 精密和超精密磨削概述 3.2 精密磨削 3.3 超硬磨料砂轮磨削 3.4 超精密磨削 3.5 精密和超精密砂带磨削
第1节 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。
第2节 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： 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。 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； 3）精密磨床最好安装在防振地基上。
涂覆磨料及粒度
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。 涂覆磨料的粒度无论磨粒还是 微粉，都用P字粒度号表示。
粘接剂
又称胶，作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。 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。
第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
喷射法
碳化硅和刚玉
第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
电加工法 电解修整法
利用电化学个腐 蚀作用蚀除金属结合 剂，多用于金属结合 剂砂轮的修锐，非金 属结合剂砂轮无效。
第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
电火花修整法
电火花放电加工，适 用于各种金属结合剂 砂轮。若在结合剂中 加入石墨粉，可用于 树脂、陶瓷结合剂砂 轮。既可整形，又可 修锐。
第4节 超精密磨削
三、超精密磨床
超精密磨床的结构
四、超硬磨料砂轮磨削工艺
磨削液
磨削液的作用
降低磨削温度，减少磨削力，改善磨削 表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。 润滑、冷却、清洗性能，尚有渗透性、 防锈性、防腐性、防火性、切削性和极 压性等
油性液：成分是矿物油，如机油、轻质 柴油、煤油，加入脂肪油和添加剂。 水溶性液：成分是水，如乳化液、无机 盐水溶液和化学合成液等。 金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性 液，立方氮化硼砂轮磨削时用油性液。
硬度及其选择
普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。 超硬磨具无硬度项指标。
磨具的强度
高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破 碎的能力。
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。 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。
第4节 超精密磨削
二、超精密磨削机理
磨削加工过程
单颗粒磨削
1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合 剂）的和大负前角切削刃的弹性体。 2）磨粒切削刃的切入深度是从零开 始逐渐增加，到达最大值再逐渐减 少，最后到零。 3）磨粒磨削时在工件的接触过程中， 开始是弹性区，继而塑性区、切削区、 塑性区，最后是弹性区。 4）超精密磨削时有微切削作用、塑性 流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦 作用。
结合剂及其选择
组织和浓度及其选择
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。
第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
第3节 超硬磨料砂轮磨削
四、超硬磨料砂轮磨削工艺
磨削用量
磨削速度 人造金刚石砂轮的磨削速度为12～30m/s，立 方氮化硼砂轮的磨削速度为45～60m/s.
磨削深度
磨削深度为0.002～0.01mm
一般为10～20m/min
工件速度
纵向进给 速度
一般在0.45～1.5m/min
第3节 超硬磨料砂轮磨削
第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆方法
重力落砂法
涂覆法
静电植砂法
第2节 精密磨削
一、精密磨削机理
(1)微刃的微切削作用 (2)微刃的等高切削作用 (3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
第2节 精密磨削
二、精密磨削砂轮选择
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，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。 结合剂选择树脂较好，加入石墨填料加强摩擦抛 光作用。
第4节 超精密磨削
二、超精密磨削机理
磨削加工过程
磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的 表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨 屑，并形成光洁表面的过程。磨削过程可分为：三个阶段，砂轮表 面的磨粒与工件材料接触，发生弹性变形，磨粒继续切入工件（切 削深度增加），工件材料进入塑性阶段，材料晶粒发生滑移。塑性 变形不断增大，当力达到工件的强度极限时，被磨削层材料产生挤 裂，即进入切削阶段，最后被切离。当磨削切入量达到最大值后， 逐渐减少，最后到零，同时经历塑性区和弹性区。
第4节 超精密磨削
三、超精密磨床
超精密磨床的特点
（1）高精度 尺寸精度：正负0.25～正负0.5 圆度：0.25～0.1μm 圆柱度：25000：0.25～5000：1μm 表面粗糙度：0.006～0.01μm （2）高刚度 刚度值一般应在200N/μm以上 （3）高稳定性 （4）微进给装置 使砂轮获得行程为2～50μm，位移精度为0.02～0.2μm，分辨率达 0.01～0.1μm。 （5）计算机数控
普通磨料
碳化物系 碳化硼 碳化硅
超硬磨料
金刚石 天然 人造
刚玉系
立方氮化硼
第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料粒度及其选择
多选用180＃～240＃普通 磨料、170/200～325/400 超硬磨料的磨粒和各种 粒度的微粉。
将磨料粘合在一起，形成一定的形状，并有 一定的强度。 树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂
第2节 精密磨削
三、精密磨削时砂轮的修整
砂轮修整是精密磨削的关键，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导程、修整深度、修整次 数和光修次数。修整导程（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。
第4节 超精密磨削
一、超精密磨削和镜面磨削
超精密磨削的特点： 1）超精密磨床是超精密磨削的关键 2）超精密磨削是一种超微量去除加工 3）超精密磨削是一个高精度、高稳定 性的系统工程
超精密磨削的加工精度达到或 高于0.1μm，表面粗糙度低于 0.025μm，是一种亚微米级的 加工方法；对于钢、铁材料和 陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种 重要的加工方法。镜面磨削加 工表面粗糙度达到0.02～ 0.01μm，属于精密和超精密 磨削范畴。
第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
超声波振动修整法
用受激振动的 簧片或超声波 振动头驱动的 幅板作为修整 器，并在砂轮 和修整器间放 入游离磨料撞 击砂轮的结合 剂，使超硬磨 粒突出结合剂。
第3节 超硬磨料砂轮磨削
三、超硬磨料砂轮磨床
超精密磨削对磨床的要求： 1）要求磨床的精度较高，砂轮主轴回转精度其径向 跳动应<0.01mm，端面圆跳动<0.005mm。 2）比普通磨床刚度提高50％左右。 3）进给系统精度高、进给速度均匀准确，纵向进给 速度最小可达0.3m/min，横向进给最小可达0.001～ 0.002mm/单行程。 4）各运动件和主轴回转部分、进给运动导轨部分有 可靠的密封。 5）有比较完善的磨削液处理系统。 6）采取相应的防振、隔振措施。
精密砂轮磨削：砂轮的粒度60＃～80＃，加 工精度1μm，Ra0.025μm； 超精密砂轮磨削：砂轮的粒度W40～W50， 得加工精度0.1μm， Ra0.025～0.008μm。