第四章：磨削

第4章磨削

磨削是以砂轮或其它磨具对工件进行精加工和超精加工的切削加工方法。在磨床上采用各种类型的磨具为工具，可以完成内外圆柱面、平面、螺旋面、花键、齿轮、导轨和成形面等各种表面的精加工。它除能磨削普通材料外，尤其适用于一般刀具难以切削的高硬度材料的加工，如淬硬钢、硬质合金和各种宝石等。磨削加工精度可达IT6～IT4，表面粗糙度Ra 可达1.25—0.01μm，甚至可达0.008μm。磨削主要用于零件的精加工，目前也可以用于零件的粗加工甚至毛坯的去皮加工，可获得很高生产率。

除了用各种类型的砂轮进行磨削加工外，还可采用做成条状、块状(刚性的)、带状(柔性的)磨具或用松散的磨料进行磨削。加工方法主要有珩磨、砂带磨、研磨和抛光等。

砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻划和滑擦三种作用的综合效应。磨削中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大。当切削力超过粘合剂强度时，圆钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，形成砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而，磨削一定时间后，需对砂轮进行修整。

4.1 砂轮

4.1.1 砂轮的特性与选择

砂轮是用各种类型的结合剂把磨料粘合起来，经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具有很多气孔，用磨粒进行切削的磨削工具。决定砂轮特性的五个要素分别是：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。

1.磨料

普通砂轮所用的磨料主要有刚玉、碳化硅和超硬磨料三类，按照其纯度和添加的元素不同，每一类又可分为不同的品种。表4-1列出了常用磨料的名称、代号、主要性能和用途。

表4-1 常用的磨料的性能及适用范围

2.粒度

粒度是指砂轮中磨粒尺寸的大小。粒度有两种表示方法：

（1）用筛选法区分的较大磨粒，主要用来制造砂轮，粒度号以筛网上每英寸长度的筛孔数来表示。例如，60号粒度表示磨粒能通过每英寸（25.4mm）长度上有60个孔眼的筛网。粒度号为4～240，粒度号越大，颗粒尺寸越小。

(2)用显微镜测量尺寸区分的磨粒称微粉，主要用于研磨，以其最大尺寸前加W表示。微粉的粒度以该颗粒最大尺寸的微米数表示。如尺寸为20μm的微粉，其粒度号为W20。粒度号越小，则微粉的颗粒越细。

粗磨使用颗粒较粗的磨粒，精磨使用颗粒较细的磨粒。当工件材料软，塑性大或磨削接触面积大时，为避免砂轮堵塞或发热过多而引起工件表面烧伤，也常采用较粗的磨粒。常用

砂轮粒度及应用范围见表4-2。

表4-2 常用磨粒粒度及尺寸

4．硬度

砂轮硬度反映磨粒与结合剂的粘结强度。砂轮硬，磨粒不易脱落；砂轮软，磨粒易于脱落。砂轮的硬度等级和代号见表4-4。

表4-4 砂轮的硬度等级和代号

砂轮的硬度选择原则：一般来说，磨削较硬的材料，应选用较软砂轮；磨削较软的材料，应选用较硬的砂轮。磨削有色金属时，应选用较软砂轮，以免切屑堵塞砂轮；在精磨和成形磨削时，应选用较硬砂轮。

5．组织

砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占比例越大，则砂轮组织越紧密，气孔越小；反之，磨粒的比例越小，则组织越松，气孔越大。

砂轮的组织用组织号来表示，表4-5表示砂轮组织号。砂轮组织号大，组织松，砂轮不易被磨屑堵塞，切削液和空气能带入磨削区域，可降低磨削区域的温度，减少工件因发热引起的变形或烧伤，故适用于磨削韧性大而硬度不高的工件和磨削热敏性材料及薄板薄壁工件；相反，砂轮组织号小，组织紧密、砂轮易被磨屑堵塞，磨削效率低，但可承受较大磨削力，且砂轮廓形可保持持久，故适用于成形磨削和精密磨削；中等组织的砂轮适用于一般磨削，如磨削淬火钢工件及刃磨刀具等。

表4-5 砂轮组织号

4.1.2 砂轮的形状、代号及用途

为于适应不同类型的磨床上磨削各种形状工件的需要，砂轮有许多形状和尺寸。常见的砂轮形状、代号、用途见表4-6。

砂轮的标记印在砂轮的端面上，其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。例如：外径300mm，厚度50mm，孔径75mm，棕刚玉，粒度60，硬度L，5号组织，陶瓷结合剂，最高工作线速度35 m／s的平形砂轮，其标记为：砂轮 1——300×50×75——A60L5V——35 m/s GB2484——94

表4-6 常用砂轮的形状、代号及用途

4.1.3 磨具种类

凡在加工中起磨削、研磨、抛光作用的工具，统称磨具。根据所用的磨料不同，磨具可分为普通磨具和超硬磨具两大类。

1．普通磨具

所谓普通磨具是指用普通磨料制成的磨具，如刚玉类磨料、碳化硅类磨料和碳化硼磨料制成的磨具。普通磨具按照磨料的结合形式分为固结磨具、涂覆磨具和研磨膏。根据不同的使用方式，固结磨具可制成砂轮、油石、砂瓦、磨头、抛磨块等；涂附磨具可制成纱布、砂纸、砂带等。研磨膏可分成硬膏和软膏。

2．超硬磨具

金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮等是以显著高硬度为特征的磨料制成的磨具，不同于普通磨具，又被称为超硬磨具。超硬磨具一般由基体、过渡层和超硬磨料层三部分组成，磨料层厚度为1.5—5 mm ，主要由结合剂和超硬磨粒所组成，起磨削作用。过渡层单由结合剂组成，其作用是使磨料层与基体牢固地结合在一起，以保证磨料层的使用。基体起支承磨料层的作用，并通过它将砂轮紧固在磨床主轴上，基体一般用铝、钢、铜或胶木等制造。超硬磨具的粒度、结合剂等特性与普通磨具相似，浓度是超硬磨具所具有的特殊特性。浓度是指超硬磨具磨料层内每立方厘米体积内所含的超硬磨料的重量，它对磨具的磨削效率和加工成本有着重大的影响。浓度过高，很多磨粒易过早脱落，导致磨料的浪费；浓度过低，磨削效率不高，不能满足加工要求。

金刚石砂轮主要用于磨削超高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、光学玻璃和陶瓷等，不宜用于加工铁族金属材料。立方氮化硼砂轮由于其化学稳定性好，宜于加工一些难磨的金属材料，尤其是磨削工具钢、模具钢、不锈钢、耐热合金钢等具有独特的优点。

4.2 磨削运动和磨削用量

4.2.1 磨削运动和磨削用量的选择

磨削加工一般有四个运动，如图4-1所示。

(1)主运动：砂轮的旋转运动，称为主运动。

磨削速度：主运动的线速度(即砂轮外圆的线速度)称为磨削速度。

可按下式计算 1000o c n d v π=

（式4-1） 式中 o d —砂轮直径(mm)。

n —砂轮转速(r ／s)。

普通磨削速度为c v 为30～35m ／s ，当c v >45m ／s 时称为高速磨削。

(2)径向进给运动(即磨削时的切深运动)：工作台每双(单)行程内工件相对砂轮的径向移动的距离(砂轮切入工件的深度)。

径向进给量(磨削深度)，代表符号为r f ，标准单位为mm ／d str(当工作台每单行程作进给时单位为mm ／str)。当作连续进给时为mm ／s 。

一般情况下，r f ＝0.005～0.02 d str 。

3)轴向进给运动：工件相对砂轮沿轴向的进给运动。

轴向进给量，代表符号为a f 。指工件旋转一周，砂轮沿其轴向移动的距离，单位为mm ／r 。一般取（0.3～0.6）Bmm ／r ，B 为砂轮宽度；粗加工取大值，精加工取小值。

内、外圆磨时，轴向进给量为工件每转相对于砂轮的轴向位移量，单位为mm ／r 。 平面磨时，轴向进给量为工作台每双(单)行程相对于砂轮的轴向位移量，单位为mm ／d str(mm ／str)。

(4) 工件运动：

内、外圆磨时为工件的旋转运动，平面磨时为工作台的直线往复运动。

运动速度为w v ，单位为m ／s 。

内、外圆磨时