磨削技术理论与应用综述

• （4）磨粒加工的特点 1）磨料，尤其是金刚石和立方氮化硼（CBN） 具有非常高的硬度，可以加工各种高硬度 材料。尤其是光学玻璃、陶瓷、半导体材 料等硬脆材料在高科技产业广泛应用的今 天，磨粒加工成为非常重要的加工手段。
2）因磨粒和切屑尺寸细小，参加切削的磨粒 众多，磨粒加工可容易地获得高精度和低 表面粗糙度表面，是精密加工主要手段。 特别是应用极微细磨粒可以获得纳米级切 刃半径，可实现极薄微细切削和获得无缺 陷表面，使它又是超精密加工主要手段， 在现代航空航天、精密机械和仪器、电子 信息、尖端武器、小型和微型机械等高科 技领域获得重要应用。
（2）砂轮的特性 砂轮特性的表示方法为： 磨料代号－粒度号－硬度等级－组织号－结 合剂代号－砂轮最高使用速度 1）磨料：常用的磨料有氧化物系、碳化物系 和高硬磨料系三类。
普通磨料
普通砂轮磨料都是基于氧化铝（Al2O3）和碳化硅 （SiC）的人造材料。它们各有不同品种以适应 不同的用途。硬度高的磨料通常更脆些。碳化硅 磨料的硬度和脆性比氧化铝的要高。较硬和较脆
• 1.2 磨粒加工技术理论主要研究内容
• • • • • • 材料切除过程的实现与描述 伴随材料切除过程的物理和化学现象 磨粒加工过程影响参数及控制 磨粒加工工具研究 磨粒加工装备研究 先进磨粒加工技术及其工程应用
磨 料
空 气
磨削液
被磨材料
砂轮特性及修整 材料可磨削加工性 磨削液及注液法 机床特性及调整 磨削工艺参数 磨 削 过 程
磨削力及力比 磨削热及温度 比磨除率 磨削表面质量 磨削振动
1.3
磨削方式
砂轮 砂轮
工件
工件
(a) 卧轴往复平磨
(b) 卧轴切入平磨
工件
砂轮
工件
砂轮
(c) 立轴转台平磨
(d) 外圆往复磨削
工件 砂轮 砂轮 工件
(e) 外圆切入磨削
(f) 内圆往复磨削
砂轮
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工件
导轮
工件 砂轮
工件 导 轮 砂轮
磨削技术理论与应用
原所先 东北大学 先进制造与自动化技术研究所
1 绪论
1.1 磨粒加工基本概念 （1）磨粒加工（Abrasive Process） ：磨粒加工 是以硬质矿物质（磨料）颗粒作为切削工具进行 材料去除的加工过程的统称。
（2）磨粒加工工具： 固结磨具（砂轮、砂瓦、油石） 涂覆磨具（砂带、砂布、砂纸、砂页轮） 游离磨料
（5）磨粒加工在机械制造中的地位 工业发达国家的磨床在金属切削机床总数中已占 25%以上。
我国1998年的磨床拥有量也占到机床总拥有量的 13%左右。 1997年欧洲机床展览会期间的调查表明，25%的 被调查企业认为磨削是他们应用的最主要加工技 术，磨床的占有比例高达42%。
（6）磨粒加工技术的研究特点 1）切刃几何参数的随机性、时变性 2）切削过程的断续性、瞬时性、复杂性 3）切削过程影响参数的多样性 4）观察研究的困难性 5）磨削研究以实验研究为主 6）磨削机理仍远未成为精确和完善的理论 7）是区别于切削的独立学科分支
1.6 本课程使用教材 《磨削技术的理论与应用》 Grinding Technology Theory and Application of Machining with Abrasives 著者 S. 马尔金 (S.Malkin) 译者 蔡光起 巩亚东 宋贵亮
2 砂轮的组成及特性
2.1 概述 （1）普通砂轮的标记 1）砂轮的磨料种类； 2）磨粒的尺寸； 3）砂轮的结合剂种类； 4）砂轮的硬度； 5）砂轮的组织； 6）砂轮的形状；
3）随着超硬磨料、数控磨削、新磨削液和修 整技术、多传感器智能控制、高速/超高速 磨削、高效率磨削等先进技术的广泛应用， 磨粒加工成为一种集高精度和高效率于一 体的、半永久性工具的、过程稳定的、粗 精加工集成的加工方法，在高质量稳定性 大批量生产，如汽车、工具、机床等行业 获得广泛应用，其短工艺流程推动了加工 工艺变革，使其在机械制造领域具有更加 重要的地位。
(g) 外圆切入磨削

(h) 无心纵磨
导轮
工件
工件
工件
工件
砂轮
砂轮
导轮 砂轮
砂轮
(j) 无心切入磨
1.4
磨削加工的发展历史
（1）史前时期，磨砺石器； （2）青铜器时期和铁器时期，用于磨砺刀剑，磨刀 石； （3）古埃及时期，首先使用原始砂轮； （4）中世纪至工业革命时期，早期磨床的概念出现 于达.芬奇的绘画中，由水力驱动表面固定磨料的 木制带幅轮子； （5）19世纪初期，为了手工磨削宝石，印度出现 了人工制造的砂轮；
4）磨粒加工工艺适应性极强。它方法众多， 应用范围广，可对金属、陶瓷、玻璃、石 材、耐火材料、混凝土、骨骼、复合材料 等各种材料进行加工；可对平面、圆柱表 面、球面、渐开线齿面、螺旋表面、自由 曲面等各种表面实现荒、粗、精和超精加 工各种精度加工。磨粒加工机床是种类最 多，目前已超过3000种，被广泛应用于机 械制造、轻工、建筑、耐火材料等多种行 业。
（3）磨粒加工工艺方法 砂轮、砂瓦、——磨削（Grinding） 砂带、砂页轮 油石 ——珩磨（Honing）、 超精加工（Super Machining）
砂布、砂纸 ——抛光（Polishing） 游离磨料 ——研磨（Lapping） 抛光（Polishing） 喷射加工（Jet Machining） 光饰加工（Finishing）
机械制造技术发展大事年表
年代 1642 1752 制造工艺与设备 机械计算机 穿孔卡控制的织机 管理技术 发明人 帕斯卡（法国） 布乔恩（英国）
1.5 磨粒加工技术理论研究队伍和组织
东北大学(郑焕文) 华中科技(陈日曜,诸兴华) 西北工大(华定安,) 湖南大学(付杰才,李力均) 南京航空(张幼桢) 广西大学(曹硕生) 郑州三磨所(严文浩) 上海纺织大学(徐载熊) 天津大学(于思远,林彬)
（6）1820年代美国诺顿公司生产陶瓷结合剂砂轮 （7）1850年美国和法国出现了橡胶结合剂砂轮； （8）1880年树脂胶结合剂砂轮由印度传入西方； （9）1923年，树脂结合剂砂轮出现； （10）1930年，树脂结合剂天然金刚石砂轮； （11）1940年，陶瓷、金属结合剂金刚石砂轮； （12）1955年，合成人造金刚石 （13）1957年，人工合成立方氮化硼