磨削机理ppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磨削机理
磨削时需使用大量的切削液
磨削能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，如淬 硬钢、硬质合金、工程陶瓷等，也易于实现自动化
磨削精度高,粗糙度数值小
磨削属于精加工方法，加工精度可达IT5～IT6，加工 表面粗糙度值一般为Ra0.8～0.2μm，镜面磨削时可 达Ra0.04～0.01 μm。
使用场合：磨削主要用于零件的内外圆柱面、内外圆 锥面、平面及成形表面(如花键、螺纹、齿轮等)的精 加工，以获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。 几种常见的磨削加工形式如图10—2所示。
二、 磨削过程机理
1、磨粒切刃的形状
磨粒在磨具上排列的间距和高低都是随机分布的， 磨粒是一个多面体，其每个棱角都可看作是一个切削 刃，顶尖角大致为90°～120°，尖端是半径为几微米至 几十微米的圆弧。经精细修整的磨具其磨粒表面会形 成一些微小的切削刃，称为微刃。磨粒在磨削时有较 大的负前角(见10-5），其平均值为-60°左右
(3)磨削力随不同的磨削阶段而变化。
磨削力及磨削功率的计算公式如下： 磨削力Fz、Fy为
Fz=9.81[CF(Vw·fr· B/v)+μ· Fy] Fy =9.81·CF(π/2)(Vw·fr· B/v)·tgα
式中 Fz 、Fy——分别为切向和径向磨削力(N)； Vw——工件速度(m／s)； v——砂轮速度(m／s)； fr——径向进给量(mm)； B——磨削宽度(mm)； α——假设磨粒为圆锥形时的锥顶半角； μ——工件和砂轮间摩擦系数；
2、磨屑形成过程
磨屑形成过程可分为滑擦、刻划和切削三个阶段
(1)滑擦阶段：
磨粒切刃开始与工件接触， 由于磨粒有很大的负前角 和较大的刃口圆弧半径， 切削厚度非常小，只是在 工件表面上滑擦而过，工 件仅产生弹性变形。磨粒 继续前进时，随着挤入深 度增大而与工件间的压力 逐步增大，表面金属由弹 性变形逐步过渡到塑性变 形。
根据条件不同，磨粒的切削过程的3个阶段可以全部存 在，也可以部分存在 。
典型磨屑有带状、挤裂状、 球状及灰烬等(图10— 7)．
三、磨削力及磨削功率
尽管单个磨粒切除的材料很少，但一个砂轮表层有 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。总磨削力可分解为三个分力：
Rz——主磨削力(切向磨削力)； Fy——切深力(径向磨削力)； Fx——进给力(轴向磨削力)。 几种不同类型磨削加工的三向分力如图10—8所示。
影响磨削温度的因素
➢砂轮速度：v砂↑→磨削温度↑ 磨削力↓； ➢工件速度：影响不明显； ➢径向进给量：fr ↑ →每个磨粒的切削厚度↑ →磨削温度↑； ➢工件材料：导热性差、冲击韧性和强度高→磨削温度↑ ； ➢砂轮硬度与粒度：砂轮硬度↓、粒度粗→磨削温度↓。
3）径向进给fr增大时，不仅每个磨粒的切削厚度将增大， 而且使砂轮与工件的磨削接触弧长增大，同时参加磨削的 磨粒数增多，因而使磨削力增大。
在特定的磨削条件下，都有一个最佳磨削力区间，采用该区 间的磨削力加工可获得较高的金属切除率、较小的表面粗糙 度和较长的砂轮寿命，因此发展了在磨削过程中使磨削力按 预定数值保持恒定的控制力磨削技术。
CF——切除单位体积的切屑所需的能(kgf／mm2)。 2、磨削功率Pm为
Pm = Fz·v/1000 kW 式中，Fz——切向磨削力(N)；
v——砂轮线速度(m／s)。
3、影响磨削力的因素 1）砂轮速度v：v增大，单位时间内参加切削的磨粒数增 大，每个磨粒的切削厚度减小，磨削力随之减小。
2）工件速度vw和轴向进给力fa增大时，单位时间内磨去的 金属质量增大，如果其他条件不变，则每个磨粒的切削厚 度增大，磨削力增大。
砂轮的磨损会使磨削力增大，因此磨削力的大小在一定程度 上可以反应砂轮上磨粒的磨损程度。
Fra Baidu bibliotek
四、 磨削热和磨削温度 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。
(2)刻划阶段：
工件材料开始产生塑性变形，就表示磨削过程进入刻划阶 段。此时磨粒切入金属表面，由于金属的塑性变形，磨粒 的前方及两侧出现表面隆起现象，在工件表面刻划成沟纹。 这一阶段磨粒与工件间挤压摩擦加剧，磨削热显著增加。
(3)切削阶段：
切入深度继续增大，温度达到或超过工件材料的临界温 度，部分工件材料明显地沿剪切面滑移而形成磨屑
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，降低表面质量。
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。
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。
1、磨削力的主要特征如下：
(1)单位磨削力很大。
由于磨粒几何形状的随机性和参数不合理，磨削时的单 位磨削力p值很大，根据不同的磨削用量，p值约在 7000～20000kgf／mm2之间，而其他切削加工的单 位切削力p值均在700kgf／mm2以下。
(2)三向分力中切深力Fy值最大，原因同上。 在正常磨削条件下，Fy／Fz约为2.0～2.5，在磨削深度 很小和砂轮严重磨损时， Fy／Fz可能加大到5～10。 由于Fy对砂轮轴、工件的变形与振动有关，直接影响加 工精度和表面质量，故该力是十分重要的。
磨削时需使用大量的切削液
磨削能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，如淬 硬钢、硬质合金、工程陶瓷等，也易于实现自动化
磨削精度高,粗糙度数值小
磨削属于精加工方法，加工精度可达IT5～IT6，加工 表面粗糙度值一般为Ra0.8～0.2μm，镜面磨削时可 达Ra0.04～0.01 μm。
使用场合：磨削主要用于零件的内外圆柱面、内外圆 锥面、平面及成形表面(如花键、螺纹、齿轮等)的精 加工，以获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。 几种常见的磨削加工形式如图10—2所示。
二、 磨削过程机理
1、磨粒切刃的形状
磨粒在磨具上排列的间距和高低都是随机分布的， 磨粒是一个多面体，其每个棱角都可看作是一个切削 刃，顶尖角大致为90°～120°，尖端是半径为几微米至 几十微米的圆弧。经精细修整的磨具其磨粒表面会形 成一些微小的切削刃，称为微刃。磨粒在磨削时有较 大的负前角(见10-5），其平均值为-60°左右
(3)磨削力随不同的磨削阶段而变化。
磨削力及磨削功率的计算公式如下： 磨削力Fz、Fy为
Fz=9.81[CF(Vw·fr· B/v)+μ· Fy] Fy =9.81·CF(π/2)(Vw·fr· B/v)·tgα
式中 Fz 、Fy——分别为切向和径向磨削力(N)； Vw——工件速度(m／s)； v——砂轮速度(m／s)； fr——径向进给量(mm)； B——磨削宽度(mm)； α——假设磨粒为圆锥形时的锥顶半角； μ——工件和砂轮间摩擦系数；
2、磨屑形成过程
磨屑形成过程可分为滑擦、刻划和切削三个阶段
(1)滑擦阶段：
磨粒切刃开始与工件接触， 由于磨粒有很大的负前角 和较大的刃口圆弧半径， 切削厚度非常小，只是在 工件表面上滑擦而过，工 件仅产生弹性变形。磨粒 继续前进时，随着挤入深 度增大而与工件间的压力 逐步增大，表面金属由弹 性变形逐步过渡到塑性变 形。
根据条件不同，磨粒的切削过程的3个阶段可以全部存 在，也可以部分存在 。
典型磨屑有带状、挤裂状、 球状及灰烬等(图10— 7)．
三、磨削力及磨削功率
尽管单个磨粒切除的材料很少，但一个砂轮表层有 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。总磨削力可分解为三个分力：
Rz——主磨削力(切向磨削力)； Fy——切深力(径向磨削力)； Fx——进给力(轴向磨削力)。 几种不同类型磨削加工的三向分力如图10—8所示。
影响磨削温度的因素
➢砂轮速度：v砂↑→磨削温度↑ 磨削力↓； ➢工件速度：影响不明显； ➢径向进给量：fr ↑ →每个磨粒的切削厚度↑ →磨削温度↑； ➢工件材料：导热性差、冲击韧性和强度高→磨削温度↑ ； ➢砂轮硬度与粒度：砂轮硬度↓、粒度粗→磨削温度↓。
3）径向进给fr增大时，不仅每个磨粒的切削厚度将增大， 而且使砂轮与工件的磨削接触弧长增大，同时参加磨削的 磨粒数增多，因而使磨削力增大。
在特定的磨削条件下，都有一个最佳磨削力区间，采用该区 间的磨削力加工可获得较高的金属切除率、较小的表面粗糙 度和较长的砂轮寿命，因此发展了在磨削过程中使磨削力按 预定数值保持恒定的控制力磨削技术。
CF——切除单位体积的切屑所需的能(kgf／mm2)。 2、磨削功率Pm为
Pm = Fz·v/1000 kW 式中，Fz——切向磨削力(N)；
v——砂轮线速度(m／s)。
3、影响磨削力的因素 1）砂轮速度v：v增大，单位时间内参加切削的磨粒数增 大，每个磨粒的切削厚度减小，磨削力随之减小。
2）工件速度vw和轴向进给力fa增大时，单位时间内磨去的 金属质量增大，如果其他条件不变，则每个磨粒的切削厚 度增大，磨削力增大。
砂轮的磨损会使磨削力增大，因此磨削力的大小在一定程度 上可以反应砂轮上磨粒的磨损程度。
Fra Baidu bibliotek
四、 磨削热和磨削温度 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。
(2)刻划阶段：
工件材料开始产生塑性变形，就表示磨削过程进入刻划阶 段。此时磨粒切入金属表面，由于金属的塑性变形，磨粒 的前方及两侧出现表面隆起现象，在工件表面刻划成沟纹。 这一阶段磨粒与工件间挤压摩擦加剧，磨削热显著增加。
(3)切削阶段：
切入深度继续增大，温度达到或超过工件材料的临界温 度，部分工件材料明显地沿剪切面滑移而形成磨屑
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，降低表面质量。
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。
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。
1、磨削力的主要特征如下：
(1)单位磨削力很大。
由于磨粒几何形状的随机性和参数不合理，磨削时的单 位磨削力p值很大，根据不同的磨削用量，p值约在 7000～20000kgf／mm2之间，而其他切削加工的单 位切削力p值均在700kgf／mm2以下。
(2)三向分力中切深力Fy值最大，原因同上。 在正常磨削条件下，Fy／Fz约为2.0～2.5，在磨削深度 很小和砂轮严重磨损时， Fy／Fz可能加大到5～10。 由于Fy对砂轮轴、工件的变形与振动有关，直接影响加 工精度和表面质量，故该力是十分重要的。