1314磨削与砂轮磨床精讲

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磨削特点
磨削的实质是一种多刀多刃的超高速铣削过程 磨削用的砂轮是由许多细小而又极硬的磨粒用结合 剂粘接而成的。将砂轮表面放大，可以看到砂轮表 面上杂乱地布满很多尖棱形多角的颗粒．这些锋利 的小磨粒就像铣刀的刀刃一样，在砂轮的高速旋转 下，切入工件表面。如图10—1所示.
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磨削一般常用于半精加工和精加工，加工精度可达IT5－IT6， 加工粗糙度可小至Ra1.25－0.08μm，镜面磨削时可达Ra0.4－ 0.012μm。 磨削常用于淬硬钢、耐热钢及特殊合金材料等坚硬材料。 磨削的加工余量可以很小，在毛坯预加工工序如模锻、模冲 压、精密铸造的精确度日益提高的情况下，磨削是直接提高工 件精度的一个重要的加工方法。 磨削时，由于所采用的“刀具”（磨具）与一般金属切削所 采用的刀具不同，且切削速度很高，因而磨削机理和切削机理 就有很大的不同。
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二. 磨削过程的切屑形成机理
（3）第Ⅲ阶段：切削阶段 （形成磨屑阶段）
•
特点： 此时磨粒磨削深 度、被切处材料的切应力 和温度都达到一定值，因 此材料明显地沿剪切面滑 移而形成切屑从前刀面流 出。这一阶段工件的表层 也产生热应力和变形应力。
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• （1）砂轮表面突起高度较大和较为锋利的磨粒，切入工 件较深且有切屑产生，起切削作用（图a）。 • （2）突起高度较小和较钝的磨粒，只能在工件表面刻 画细微的沟痕，工件材料被挤向两旁而隆起，此时无明显 切屑产生，仅起刻划作用（图b）。 • （3）比较凹下和已经钝化的磨粒，既不切削也不刻划 ，只能从工件表面滑擦而过，起摩擦抛光作用。 • 磨削过程的实质是切削、刻划和摩擦抛光的综合作用 过程，由此可获得较小的表面粗糙度值。粗磨时以切削作 用为主，精磨时切削作用和摩擦抛光作用同时并存。
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另外，在高温下变软的工件材料，极易堵塞砂轮，不 仅影响砂轮的耐用度，也影响工件表面质量。 为了减少磨削时的高温对加工质量的影响，在磨削过 程中，应采用大量的切削液，以降低磨削温度。
磨削时使用切削液，不仅可以降低磨削温度，而且可 以冲走细碎的切屑和碎裂或脱落的磨粒，减少砂轮与工 件表面的摩擦，避免工件表面被拉毛，提高工件表面质 量和砂轮耐用度。
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粒度对加工表面粗糙度和磨削生产率影响较大。 粗磨用粗磨料（30＃～46＃），粒度号较小。 精磨用细磨粒（60＃～120＃），粒度号较大。 磨削硬度低、塑性大的工件材料和磨削面积较大时，为避 免砂轮堵塞，可采用粗粒度的砂轮。
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一. 砂轮的特性
3. 结合剂 将磨料粘结一起，使砂 轮具有必要的形状和强 度的材料。
在磨削过程中，一方面由于砂轮的高速旋转，砂轮与工 件间产生剧烈的外摩擦，另一方面由于磨粒挤压工件表层， 使其发生弹性和塑性变形，在工件材料内部发生剧烈的内摩 擦。内、外摩擦的结果产生了大量的磨削热。由于砂轮本身 传热性很差，磨削区瞬时所产生的大量热量，短时间来不及 传出，所以瞬时形成很高的温度，一般可达800 ℃～ 1000 ℃ ，甚至可使微粒金属熔化。因此，工件表面容易产生烧伤 现象，淬硬钢在磨削时更易发生退火，使表面硬度降低。 对于导热性差的材料在磨削高温的作用下，容易在工件 内部与表层之间产生很大的温度差，致使工件表层产生磨 削应力和应变。有时能使工件表面产生很细的裂纹，降低 表面质9
一. 砂轮的特性
5. 组织 •
指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者间的 体积比例关系，以磨粒率(磨粒占磨具体 积 的百分率)表示磨具的组织号。
磨粒在砂轮总体积中所占比例越大，砂轮组织越紧密，气孔 越小。
•
砂轮组织级别分为紧密、中等、疏松三大类 。
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国标中规定了15个组织号：0，1，2，…，13，14。
磨削钢件时广泛采用的切削液是苏打水或乳化液。磨 削铝件时，建议在煤油中加入少量矿物油作为切削液。 磨削铸铁和青铜时，一般不加切削液，而用吸尘器清除 尘屑。
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磨削烧伤：
磨削过程中因塑性变形而发生的金属强化作 用，使表面金属显微硬度明显增加，但也会因磨 削热的影响，使强化了的金属发生弱化。例如砂 轮钝化或切削液不充分，在磨削表面的一定深度 内就会出现回火软化区，使表面质量下降，同时 在表面出现明显的褐色或黑色斑痕，称为磨削烧 伤根据表面颜色，可以推断磨削温度及烧伤程度。 如淡黄色约为400℃～500℃，烧伤深度较浅；紫 色为800℃～900℃，烧伤层较深。
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二. 磨削过程的切屑形成机理
（2）第Ⅱ阶段：耕犁阶段（塑 性变形阶段）
• 特点： 随着磨粒磨削深度的 增加，磨粒已能逐渐刻划进 入工件，工件表面由弹性变 形逐步过渡到塑性变形，使 部分材料向磨粒两旁隆起， 工件表面出现刻痕（耕犁现 象），但磨粒前刀面上没有 磨屑流出。此时除磨粒与工 件的相互摩擦外，更主要是 材料内部发生摩擦。磨削表 层不仅有热应力，而且有因 弹、塑性变形所产生的应力。
（1）作用：将磨粒粘合在一起，使砂轮具有一定的强度、气孔、 硬度和抗腐蚀、抗潮湿等性能。
（2）分类：
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一. 砂轮的特性
4. 硬度
注意区分砂轮硬度与磨 粒硬度是不同概念
（1）含义：砂轮硬度反映磨粒与结合剂的粘结强度。
反映砂轮在外力作用下磨粒脱落的难易程度 砂轮硬，磨粒不易脱落；砂轮软，磨粒易于脱落。
组织疏松的砂轮，因空隙大，可以保证磨削过程中容纳磨屑，避免砂轮堵 塞
a. 紧密组织砂轮适于重压下的磨削。
b. 中等组织砂轮适于一般磨削。
c. 疏松组织砂轮不易堵塞，适于平面磨、内圆磨等磨削接触面 大的工序，以及磨削热敏性强的材料或薄壁工件。
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6. 砂轮的形状、尺寸及代号
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砂轮的标志方法
按GB2484—84规定，标志顺序如下：磨具形状、尺寸、磨 料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速度。 砂轮标志方法示例如下：
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二. 磨削过程的切屑形成机理
• 磨削过程的实质
• 砂轮表面上分布着为数甚多的磨粒， 每个磨粒相当于多刃铣刀的一个刀齿， 因此磨削过程可以看作是众多刀齿铣刀的一种超高速铣削。 • 砂轮表面磨粒形状各异，排列很不规则，其间距和高低随机分布。 据测量，刚修正后的刚玉砂轮， 平均为－65°～－80° ，磨削一段 时间后增大到－85°。 • 由此可见，磨削时是负前角切削，且负前角远远大于一般刀具切削的 负前角。负前角切削是磨削加工的一大特点。 • 磨削速度高达1000~7000m/min，磨削点的瞬时温度可达1000℃以上， 除相同体积的材料所消耗的能量达到车削时的20倍。（动画）
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二. 磨削过程的切屑形成机理
1. 磨屑的形成过程
大致可分三个阶段: （1）第Ⅰ阶段：滑擦阶段 （弹性变形阶段） • 特点：由于磨削深度小，磨粒 以大负前角切削，砂轮结合剂 及工件、磨床系统的弹性变形， 当磨粒开始接触工件时产生退 让，磨粒仅在工件表面上滑 擦而过，不能切入工件，只 产生弹性变形，不产生切屑, 仅在工件表面产生热应力。
四. 磨削力（以外圆磨削为例）
1. 磨削力的主要特征及影响因素
单个磨粒切除的材料虽然很少， 但砂轮表层有大量磨粒同时工作， 而且磨粒的工作角度很不合理， 因此总的磨削力相当大。 （1）磨削力的分解 ：
•
• •
径向磨削力Fp；（最大）
切向磨削力Fc； 轴向磨削力Ff： （很小，可忽略 不计）
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五. 磨削温度和磨削热
0号组织最紧密，磨粒率最高；14号组织最疏松， 磨粒率最低。普通磨削常用4～7号组织的砂轮。
组织号越大，磨粒所占体积越小，表明砂轮越疏松。 气孔就越多，砂轮不易被切屑堵塞， 可把冷却液或空气带入磨削区，使散热条件改善
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一. 砂轮的特性
• 不同组织砂轮的适用性：
组织紧密的砂轮能磨出较好的工件表面，
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一. 砂轮的特性
2. 粒度
（1）定义： （2）测量： 当颗粒尺寸较大时，以其能通过的筛网上每英寸长度上的孔数来表示粒度号；例如 60＃
磨料颗粒的大小，用粒 度号表示。
磨粒刚能通过每英寸60个孔眼的筛网
当磨粒直径≦40um时，粒度以实际尺寸大小表示。例如W28 尺寸为28um的微粉。 （3）粒度的意义： 粒度号越大，磨粒越细； （4）选用：粗磨与精磨 粗磨加工选用颗粒较粗的砂轮，以提高生产效率； 精磨加工选用颗粒较细的砂轮，以减小表面粗糙度。 磨削面积大时宜选用粗粒度
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为使砂轮平稳地工作，砂轮必须进行静平衡，如 图10—4所示。砂轮平衡的过程是：将砂轮装在 心轴上，放在平衡架轨道的刃口上。如果不平衡， 较重的部分总是转到下面。这时可移动法兰盘端 面环槽内的平衡铁进行平衡，然后再进行下一次 平衡。这样反复进行，直到砂轮圆周的在任意位 置都能在刃口上静止不动，这就说明砂轮各部分 重量均匀，一般直径大于125mm的砂轮都要进行 静平衡．
第二章 金属切削原理
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第八节 磨削与砂轮
内容提要：
砂轮的特性 磨削运动及磨削过程 磨削力、磨削功率及磨削温度 磨床 先进的磨削方法
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概述
磨削 (grinding) 加工：用带有磨粒的工具 ( 砂轮、砂带、 油石等) 以给定的背吃刀量（或称切削深度），对工件进
行加工的方法。 磨削: 外圆面 ( 动画)、内圆面( 动画) 、平面及凸轮、 螺纹、齿轮(视频)等成形面的磨削。
国标中对磨具硬度规定了16个级别：D，E，F(超软)；G，H， J(软) ；K，L(中软)；M，N(中)；P，Q，R(中硬)；S，T(硬)； Y(超硬)。普通磨削常用G～N级硬度的砂轮。
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一. 砂轮的特性
（2）选择原则： 砂轮选得过硬，磨钝的磨粒不易脱落，砂轮易堵塞，磨削热增加，工件易 烧伤，磨削效率低，影响工件表面质量； 砂轮选得过软，磨粒还在锋利时就脱落，增加了砂轮损耗，易失去正确的 几何形状，影响工件精度。 • 工件硬度 工件材料越硬，砂轮硬度应选软一些，以使磨钝的磨粒尽快脱落，保持工 作磨粒的锐利，避免工件因磨削温度过高而产生烧伤。 • 加工接触面 砂轮与工件磨削接触面大时，砂轮硬度应选软些，使磨粒容易脱落，以防 止砂轮堵塞。 • 砂轮粒度 砂轮粒度号大，砂轮硬度应选软些，以防止砂轮堵塞。 • 精磨和成形磨 精磨和成形磨时，应选硬一些砂轮，以利于保持砂轮的廓形。