《金属切削原理》第12章[磨削]教学教材

《金属切削原理》第12章[磨削]

第十二章磨削

磨削用于加工坚硬材料及精加工、半精加工

内圆磨削

外圆磨削

平面磨削普通平面磨削

圆台平面磨削

超精磨削加工

第一节砂轮的特性及选择

砂轮由磨料、结合剂、气孔组成

特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织决定

一、磨料

分为天然磨料和人造磨料

人造磨料氧化物系刚玉系（Al2O3）

碳化物系碳化硅系碳化硼系

超硬材料系人造金刚石系立方氮化硼系

二、粒度

表示磨粒颗粒尺寸的大小

＞63μm号数为通过筛网的孔数／英寸（25.4mm）机械筛分一般磨粒

＜63μm号数为最大尺寸微米数（W）显微镜分析法微细磨粒

精磨细粒降低粗糙度

粗磨粗粒提高生产率

高速时、接触面积大时粗粒防烧伤

软韧金属粗粒防糊塞

硬脆金属细粒提高生产率

国标用磨粒最大尺寸方向上的尺寸来表示

三、结合剂

作用：将磨料结合在一起，使砂轮具有必要的强度和形状

1、陶瓷结合剂（A）常用

由黏土等陶瓷材料配成

特点：粘结强度高、耐热、耐酸、耐水、气孔率大、成本低、生产率高、脆、不能承受侧向弯扭力

2、树脂结合剂（S）切断、开槽

酚醛树脂、环氧树脂

特点：强度高、弹性好、耐热性差、易自砺、气孔率小、易糊塞、磨损快、易失廓形、与碱性物质易反应、不易长期存放

3、橡胶结合剂（X）薄砂轮、切断、开槽、无心磨导轮

人造橡胶

特点：弹性好、强度好、气孔小、耐热性差、生产率低

4、金属结合剂（Q）磨硬质合金、玻璃、宝石、半导体材料

青铜结合剂（制作金刚石砂轮）

特点：强度高、自砺性差、形面成型性好、有一定韧性

四、硬度

在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度

分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬

工件材料硬砂轮软些防烧伤

工件材料软砂轮硬些充分发挥磨粒作用

接触面积大软砂轮

精度、成形磨削硬砂轮保持廓形

粒度号大软砂轮防糊塞

有色金属、橡胶、树脂软砂轮防糊塞

五、组织

磨粒、气孔、结合剂体积的比例关系

分为：紧密（0～3）、中等（4～7）、疏松（8～14）（磨粒占砂轮体积％↘）气孔、孔穴开式（与大气连通）占大部分，影响较大

闭式（与大气不连通）尺寸小、影响小

开式空洞型

蜂窝型前两种构成砂轮内部主要的冷却通道

管道型5～50μm

六、砂轮的型号标注

形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许最高圆周线速度

P300x30x75WA60L6V35

外径300，厚30，内径75

第二节磨削运动

一、磨削运动

1、主运动

砂轮外圆线速度 m/s

2、径向进给运动

进给量fr 工件相对砂轮径向移动的距离

间歇进给 mm/st 单行程

mm/dst 双行程

连续进给 mm/s

3、轴向进给运动

进给量fa 工件相对砂轮轴向的进给运动

圆磨 mm/r

平磨 mm/行程

4、工件速度vw

线速度 m/s

二、磨削金属切除率

ZQ＝Q/B＝1000·vw·fr·fa/B mm^3/(s·mm)

ZQ：单位砂轮宽度切除率

Q：每秒金属切除量用以表示生产率

B：砂轮宽度

三、砂轮与工件加工表面接触弧长

lc＝sqrt(fr·d0)

影响参加磨削磨粒数目及磨粒负荷，容屑，冷却条件

四、砂轮等效直径

将外圆（内圆）砂轮直径换算成接触弧长相等的假想平面磨削的砂轮直径

结论：对砂轮耐用度影响内圆＞平面＞外圆

第三节磨削的过程

一、单个磨粒的磨削过程

磨粒的模型锐利120°圆锥

钝化半球

实际磨粒：大的负前角，大的切削刃钝圆半径

滑擦、耕犁、切削

滑擦：（不切削，不刻划）产生高温，引起烧伤裂纹

耕犁：（划出痕迹）磨粒钝或切削厚度小于临界厚度，工件材料挤向两侧隆起切削：切削厚度大于临界厚度，形成切屑

v↑→隆起↓（线性）塑性变形速度＜磨削速度

二、磨削的特点

1、精度高、表面粗糙度小

高速、小切深、机床刚性

2、径向分力Fn较大

多磨粒切削

3、磨削温度高

磨粒角度差、挤压和摩擦、砂轮导热差

4、砂轮的自砺作用

三、磨削的阶段

1、初磨阶段

实际磨深小于径向进给量

2、稳定阶段

实际磨深等于径向进给量

3、清磨阶段

实际磨深趋向于0

提高生产率缩短1、2

提高质量保证3

第四节磨削力及磨削功率

一、磨削力的特征

分解成三个分力

Ft切向力 Fn法向力 Fa轴向力

特征：

1、单位切削力k很大

磨粒几何形状的随机性和参数的不合理性

7000～20000kgf/mm^2 其他切削方式k＜700kgf/mm^2

2、Fn值最大

Fn/Ft 通常2.0～2.5

工件塑性↓、硬度↑→Fn/Ft↑

切深小，砂轮严重磨损 Fn/Ft 可达5～10

3、磨削力随磨削阶段变化

初磨、稳定、光磨

二、磨削力及磨削功率

摩擦耗能占相当大的比例（70～80％）

切向力（N）：Ft＝9.81·(CF·(vw·fr·B/v)+μ·Fn)

径向力（N）：Fn＝9.81·CF·(vw·fr·B/v)·tan(α)·(π/2) vw：工件速度

v：砂轮速度

fr：径向进给量

B：磨削宽度

CF：切除单位体积切屑所需的能 kgf/mm^2

μ：工件－砂轮摩擦系数

α：假设粒度为圆锥时的锥顶半角

磨削功率

P＝Ft·v/1000 Kw

理论公式精度不高，常用实验测定（顶尖上安装应变片）