3.7 磨削过程及磨削机理

大级名称 超软
软1
中软
中
中硬
硬
超硬
小级名称 超软 软 1 软 2 软 3 中软 1 中软 2 中 1 中 2 中硬 1 中硬 2 中硬 3 硬 1 硬 2 超硬
代号 D E F G H J K
L MN P
Q
R ST Y
组织
砂轮组织表示磨料、结合剂、气孔三者之间的 比例关系。磨料在砂轮总体积中所占比例越大，则 气孔越小（少），砂轮组织越紧密；反之亦然。
无色透明或淡黄色、黄绿 色、黑色。硬度高，比天 然金刚石脆
磨削硬质合金、宝石、光学 玻璃、半导体等材料
黑色或淡白色。立方晶 磨削各种高温合金、高钼、
体，硬度仅次于金刚石， 高钒、高钴钢、不锈钢等材
耐磨性高
料
粒度
粒度表示磨料尺寸的大小。粒度选择的要求是： 粗磨使用颗粒较粗的磨料制作的砂轮，以提高生产率； 精磨使用颗粒较细的磨料制作的砂轮，以减小加工表 面粗糙度。当工件材料较软、塑性大或磨削接触面积 大时，为避免砂轮堵塞或发热过大而引起工件表面烧 伤，也常采用颗粒较粗的磨料制作的砂轮。
2．强力磨削
图 3-5 强力磨削与普通磨削对比
（1）材料去除率高 由于砂轮与工件接触弧长比普通磨 削大几倍到几十倍，故材料去除率高，工件往复次数少， 节省了工作台换向和空程时间。
（2）砂轮磨损小 由于进给速度低，砂轮与工件接 触弧长较大，单个磨料承受的切削力小，磨料脱落破碎减少； 同时缓进给减轻了磨料与工件边缘的冲击，也使砂轮的使用 寿命提高。
3.7 磨削过程及磨削机理
一、砂轮特性
砂轮
砂轮是由磨料加结合剂用制 造陶瓷的工艺方法制成的， 它由磨料、结合剂、气孔三 要素组成。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。
磨料
磨料是砂轮的主要成分，磨料应具 有很高的硬度，一定的强度、韧性和高 温下的物理化学性能。常用的磨料有氧 化物系、碳化物系和高硬磨料系三类。 氧化物系磨料的主要成分是三氧化二铝； 碳化物系磨料的主要成分是碳化硅和碳 化硼；高硬磨料系中主要有人造金刚石 和立方氮化硼。
类别 磨料
粒度 12#～36#
46#～80#
颗粒尺寸/μm 2000～1600 500～400 400～315
200～160
应用范围 荒磨 打毛刺
类别
粗磨、半 精磨、精磨 微粉
100#～280#
160～125 50～40
精磨 珩磨
粒度 W40～W28 W20～W14
W10～W5
颗粒尺寸/μm 40～28 28～20 20～14
系列
磨料名称 代号 显微硬度 HV
氧化物系
棕刚玉 白刚玉
A
2200～2280
WA 2200～2300
黑碳化硅 C 碳化物系
2840～3320
绿碳化硅 GC 3280～3400
人造金刚 D
石 高硬磨料
系 立方氮化
硼
CBN
6000～10000 6000～8500
特性
适用范围
棕褐色。硬度高，韧性大， 磨削碳钢、合金钢、可锻铸
价格便宜
铁及硬青铜
白色。硬度比棕刚玉高， 磨削淬火钢、高速钢、高碳
韧性较棕刚玉低
钢及薄壁零件
黑色，有光泽。硬度比白 刚玉高，性脆而锋利，导 热性和导电性良好
磨削铸铁、黄铜、铝、 耐 火材料及非金属材料
Hale Waihona Puke 绿色。硬度和脆性比黑碳 化硅高，具有良好的导热 性和导电性
磨削硬质合金、宝石、陶瓷、 玉石、玻璃等材料
14～10
10～7 5～3。5
应用范围 珩磨 研磨 研磨、超级 加工、超精 磨削 研磨、超级 加工、超精 磨削
结合剂
结合剂的作用是将磨料粘和在一起，使砂轮具有一 定的强度、气孔、硬度、抗腐蚀和抗潮湿等性能。 常用的结合剂有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结 合剂和金属结合剂
结合剂 代号 性能
使用范围
陶瓷 V 耐热、耐蚀，气孔率大，易保持廓形，弹性差
3．砂带磨削
砂带是在带基上（带基材料多采用聚碳酸脂薄膜） 粘接细微砂粒（称为“植砂”）而构成。
（1）磨削表面质量好 砂带与工件柔性接触，磨料载荷 小而均匀，且能减振，故有“弹性磨削”之称。加之工件受 力小，发热少，散热好，因而可获得好的加工表面质量，粗 糙度可达Ra=0.02μm。
（2）磨削性能强 静电植砂制作的砂带，磨料有方向性， 尖端向上（图3-36），摩擦生热少，砂轮不易堵塞，且不断 有新磨料进入磨削区，磨削条件稳定。
最常用，适用于各类磨削加工
树脂 B 强度较 V 高，弹性好，耐热性差
适用于高速磨削，切断、开槽等
橡胶 R 强度较 B 高， 更富有弹性，气孔率小，耐热性差 适用于切断、开槽及作无心磨的导轮
青铜 J
强度最高，型面保持性好，磨耗少，自锐性差
适用于金刚石砂轮
硬度
砂轮的硬度反映磨料与结合剂的粘接强度。砂轮硬， 磨料不易脱落；砂轮软，磨料容易脱落。磨削时，若砂轮 太硬，则磨钝了的磨料不能及时脱落，会使磨削温度升高 而造成工件烧伤；若砂轮太软，则磨料脱落过快而不能充 分发挥磨料的磨削效能。
磨削过程
几种高效磨削方法
1 高速磨削
普通磨削砂轮线速度为30～50m/s，当高于40m/s或 50m/s时，称为高速磨削。
与普通磨削相比，高速磨削在单位时间内，通过 磨削区的磨料数增加。此时，若采用与普通磨削相同的进 给量，则高速磨削时每颗磨料的切削厚度变薄，负荷减小， 有利于减小磨削表面粗糙度，并可提高砂轮使用寿命；若 保持与普通磨削相同的切削厚度，则可相应提高进给量， 因而生产效率可比普通磨削高30～40%。
（3）磨削质量好 砂轮在较长时间内可保持原有精 度，缓进给减轻了磨料与工件边缘的冲击，这些都有利于保 证加工精度和减小表面粗糙度。
（4）磨削力和磨削热大 由于磨削深度大，磨削时 间长，故磨削力和磨削热大。为避免磨削烧伤，宜采用顺磨 （图3-35b），且必须提供充足的冷却，如采用大流量磨削 液冷却，以改善冷却条件。
二、磨削过程及切屑形成机理
磨粒微小切削刃不规则，磨削过程复杂 磨粒形状、大小各异，一般 都有钝圆半径，磨粒以较大 的负前角进行切削。
切削刃排列不规则，随机分 布状态。
磨削过程大致分为三个阶段：
1.滑擦阶段 工件表层产生弹 性变形和热应力
2.刻划阶段 产生塑性变形沟痕 隆起现象和热应力
3.切削阶段 切削厚度、切应力和温度达一定值，材料明显滑移形成切屑。 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。
（3）磨削效率高 强力砂带磨削，磨削比（切除工件重 量与砂带磨耗重量之比）大，有“高效磨削”之称，加工效 率可达铣削的10倍。
（4）经济性好 设备简单，无须平衡和修整，砂带制作 方便，成本低。
（5）适用范围广 可用于内、外表面及成形表面的加工。