第6次课 第三章 精密磨削加工(2)

钝化的磨粒受力增大，超过自身强度则被挤碎，裸露出新的锋利刃口，高磨粒掉落使低磨粒得以参加切削。
2.精密磨削机理
1）磨粒的微刃性
在精密磨削中，通过较小的修整导程和修整深度来精细地修整砂轮，使磨粒具有较好的微刃性（即磨粒产生微细的破碎，而且形成细而多的切削刃）。这种砂轮磨削时，同时参加切削的刃口增多，深度减小，微刃的微切削作用形成了小粗糙度值的表面。
磨粒在砂轮表面的分布是随机的。一般磨削时只有10%的磨粒参加切削，切削深度分布在某一范围内，使各个磨粒承受的压力不同，磨粒表现出四种切削形态。
一带而过的摩擦，工作表面仅留下一条痕迹；发生塑性变形，擦出一条两边隆起的沟纹；或者犁出一条沟，两边翻边；或者切下切屑，其形状随磨粒切削刃形状、工件材料、切削深度、切削速度而变化。
此外还会使磨粒在工件表面的滑擦次数增多,所有这些都将促使磨削温度升高。
（2）工件速度vw。工件速度增大就是热源移动速度增大，工件表面温度可能有所降低，但不明显。这是由于工件速度增大后，增大了金属切除量，从而增加了发热量。
（3）径向进给量fr。径向进给量的增大，将导致磨削过程中磨削变形力和摩擦力的增大量的增多和磨削温度的升高。
2）磨粒的等高性
微刃是由砂轮的精细修整形成的，分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多，等高性好（即细而多的切削刃具有平坦的表面）。
3）微刃的滑擦、挤压、抛光作用
砂轮修整后出现的微刃切削开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加微刃逐渐钝化、同时等高性得到改善。这时切削作用减弱，滑擦、挤压、抛光作用增强。磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑擦和挤压将工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度值。
（1）磨削用量。砂轮速度越高，就有可能使表层金属塑性变形的传播速度大于切削速度，工件材料来不及变形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面的粗糙度值将明显减小；工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大；磨削深度对表层金属塑性变形的影响很大。增大磨削深度，塑性变形将随之增大，被磨的表面粗糙度值会增大。
教学环节
教 学 内容
师生双边活动
导 入
新 授
3.2磨削加工机理
精密磨削是指加工精度为l~0.1μm、表面租糙度Ra值达到0.2~0.025μm，又称低粗糙度值磨削。它是用微小的多刃刀具削除细微切屑的一种加工方法。一般是通过氧化铝和胶化硅砂轮来实现的。
3.2.1磨削过程及磨削力
1.磨削过程
砂轮中的磨料磨粒是不规则的菱形多面体，顶锥角在80°~145°范围内，但大多数为90°~120°。
2.磨削液
在磨削过程中，合理使用磨削液可降低磨削温度并减少磨削力，减少工件的热变形，减小已加工表面的粗糙度值，改善磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。
3.2.3磨削质量和裂纹控制
为了获得在尺寸精度、形状精度及表面质量等方面都十分满意的机械零件，从毛坯开始起就进行一系列复杂的机械加工过程。
1.磨削加工后的表面粗糙度
1）几何因素的影响磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的大量极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可以认为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面的粗糙度值越小。
2）物理因素的影响——表面层金属的塑性变形砂轮的磨削速度远比一般切削加工的速度高得多，且磨粒大多为负前角、磨削比压大，磨削区温度很高，工件表层温度有时可达900℃，工件表层金属容易产生相变而烧伤。
教案
执教者
科 目
特种加工
班 级
课 题
第三章 精密磨削加工（2）
课 型
讲授
时 间
地 点
本班教室
教学目标
1.掌握磨削加工的加工机理；
2.会根据加工情况合理选择砂轮、冷却液及磨削参数等；
教学重点
根据加工情况合理选择砂轮、冷却液及磨削参数等
教学难点
掌握磨削加工的加工机理
学情分析
对于磨削加工比较陌生，尤其对于磨削加工机床结构更陌生，但因参加过车工实习，对于砂轮还不陌生，对于材料的加工特性不陌生，对于磨削加工有定的感性认识。
4.单个磨粒的切削厚度
为便于分析，可以将砂轮看成是一把多齿铣刀，现以平面磨削为例说明磨削中单个磨粒的切削厚度。
3.2.2磨削温度与磨削液
1.磨削温度
1）磨削温度的基本概念磨削时由于磨削速度很高，而且切除单位体积金属所消耗的能量也高（约为车削时的10~20倍）。
2）影响磨削温度的主要因素
（1）砂轮速度v。砂轮速度增大，单位时间内的工作磨粒数将增多，单个磨粒的切削厚度变小，挤压和摩擦作用加剧，滑擦显著增多。
（2）砂轮的选择。砂轮的粒度、硬度、组织和材料的选择不同，都会对被磨工件表层金属的塑性变形产生影响，进而影响表面粗糙度。
砂轮的组织是指磨粒结合剂和气孔的比例关系。紧密组织中的磨粒比气孔小，在成形磨削和精密磨削时，能获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软材料和热敏材料（磁钢、不锈钢、耐热钢等），可获得较小的表面粗糙度值。一般情况下，应选用中等组织的砂轮。
（4）工件材料。金属的导热性越差，则磨削区的温度越高。对钢来说，含碳量高则导热性差。铬、镍、铝、硅、锰等元素的加入会使导热性显著变差。合金的金相组织不同，导热性也不同，按奥氏体、淬火和回火马氏体、珠光体的顺序变化。磨削冲击韧度和强度高的材料，磨削区温度也比较高。
（5）砂轮硬度与粒度。用软砂轮磨削时的磨削温度低；反之则磨削温度高。
砂轮材料的选择也很重要。砂轮材料选择适当，可获得满意的表面粗糙度值。氧化物（刚玉）砂轮适用于磨削钢类零件；炭化物（炭化硅、炭化硼）砂轮适于磨削铸铁、硬质合金等材料；用高硬磨料（人造金刚石、立方氮化硼等）砂轮磨削可获得极小的表面粗糙度值，但加工成本很高。
此外，磨削液的作用十分重要。对于磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因素的影响往往占主导地位。因此，必须采取切实可行的措施，将磨削液送入磨削区。
在同样的磨削压力下，单个微刃受的挤压小，刻划深度小。
4）弹性变形的作用
在磨削加工中，砂轮的切削深度虽只有l~20μm，但由于单位磨削力比较大，所以总磨削力是很大的。
3.磨削力
单个磨粒切除的材料虽然很少，但一个砂轮表面层有大量磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，绝大多数为负前角切削，因此总的磨削力相当大。