磨削及磨削机理

1.砂轮寿命及其判据
砂轮两次修整之间的实际磨削时间称为砂轮寿命。判断砂轮寿命，一般 根据工作面磨损后所产生的现象目测判定。主要现象有：磨削过程出现 自激振动、工件表面出现再生振纹；磨削噪音增大；工件表面出现磨削 烧伤、磨削力急剧增大或减小；磨削精度下降；磨削表面粗糙度增大。 这些现象的产生主要是由于磨削温度过高使工件表面产生热损伤和由于 自激振动导致的粗糙度和精度下降。
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磨具特性的选择
一、磨具概述
磨具即指在加工工序中起磨削、研磨、抛光作用的工具。一般由磨料、 结合剂、气孔三大要素沟成，不过后又把浸渍剂列为第四要素，而超硬 磨具则把基体作为第四要素。其分类按磨料种类可分普通与超硬材料磨 具；按结合剂又分无机（陶瓷、菱苦土、硅酸钠结合剂磨具）、有机 （树脂和橡胶结合剂磨具）、金属结合剂；按磨料结合剂结合形式又可 分固结、涂附磨具及研磨膏。普通磨具的特征标记必须按顺包含下面8项 内容。例：PDT500*(10/16)*203-A/WA100L5V60m/s。依次序上例各数字 字母所代表含义为：
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修整砂轮的工具按修整器的几何形状和修整过程中运动形式可分两种： 静止型修整器和运动型修整器。普通的修整方法有三种：车削法、滚压 法和磨削法
我公司主要用金刚石笔的车削法修整和修整滚轮的磨削法。而对超硬磨 具的修整可分为整形和修锐：整形是对砂轮进行微量切削，使表面达到 所要求的几何形状；修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有一定的溶 屑空间，并行成切削刃。对于陶瓷结合剂的疏松型的超硬砂轮（如金刚 石、CBN砂轮），整形和修锐可在同一工序进行。
Ft-------切向磨削力。直接影响磨削时有效功率的消耗 Fa-------轴向磨削力。总磨削力在砂轮轴线方向分力。
一般Fn ＞Ft＞Fa。且Fn/ Ft可间接说明砂轮工作表面磨粒锋利程度，即
可 Ft=作λσ为′b砂ae 轮耐；用vvwsF度a=判σ′断ba依e 据之一vwv。•s2v。单a 从个上切式刃可的以分看力vv出公ws ：式磨：削Fn各=σ分′ba力e 都与；磨
3.磨削主要运动参数：
磨削主运动即砂轮高速回转。不同类型的进给形式又有不同的运动参数。 外圆及内圆磨削除主运动外，还有径向进给（砂轮及工件沿其半径方向 的运动）运动、轴向进给（砂轮及工件沿其轴线方向）运动、圆周运动。 其中工件转速的选择原则：在保证工件表面粗糙度要求的前提下，应使 砂轮在单位时间内切下最多的磨屑而砂轮磨耗最少。一般取 υ砂：υ工 =80~160。 4.磨削加工的特点：
砂轮耐用度：表示砂轮两次修整间隔中金属磨除量
磨削比：磨除的工件体积（或质量）与砂轮的损耗体积（或质量）之比 叫磨削比。G=VWC/ VSC 磨削表面质量：指工件的粗糙度、表面精度及表面层质量等。
八、砂轮修整
砂轮在磨削过程中需要修整，其原因有二：一、由于磨粒磨损，棱角变 钝，气孔被切屑堵塞，从而失去切削能力；二、由于磨粒在砂轮中分布 不规则，切削刃的棱角锐利程度不同，磨削时形成自锐脱落不均匀，影 响工件表面质量。
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切屑弧长与接触弧长相等，则平均切断面积am=w2
vw vs
表示平均切刃间隔）
ae 1 1 （其中w ds dw
四、磨削力
1.磨削分力
磨削力是磨削过程中切削力和摩擦力的总和，由于磨削力大小方向不 断变化，所以一般将磨削力分解成三个力
其有中密F切n-关---系--法。向磨削力。三分力最大，与砂轮和磨粒抗压强度及系统刚性
1.连续切刃间隔：
通常把实际参加切削的切刃示为有效切削刃，它不仅跟砂轮表面几何参 数有关，它也随υ砂、υ工或a厚的变化而变化。
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2.磨粒最大切入深度：指单颗磨粒最大切入深度对磨削加工的力和热有着
直接影响，进而影响整个加工质量、砂轮耐用度、磨削效率及磨削能的 消耗。单颗磨粒最大切入深度g为：
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参与磨削的磨粒数极多；起切削作用的磨粒数具有特殊性质；磨粒具有 一定的脆性及热稳定性；磨粒切削刃形状不规则，单颗粒切入深度小； 磨具具有较好的自锐性；比磨削能大；可获得高精度低粗糙度表面。
二、磨削过程
在磨粒切削刃与工件接触的全过程中，存在三个明显不同特征的区域， 即弹性滑擦区、塑性耕犁区和切削区。而磨粒进入切削区域的过程中， 磨粒切刃与工件之间的干涉深度从零开始逐渐加深。正是由于磨削过程 中存在弹塑性变形，才使得磨粒在切削过程中与工件的表面生成曲线、 理论干涉曲线、实际干涉曲线不重合，从而导致磨削残留余量、降低磨 削精度。
削宽度、砂轮切入深度、工件速度成比例增加，与砂轮速度成比例
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减小。在实际磨削中，严格解析磨削力是困难的，在工程上常简化其公
式，如Ft=k0 vs vw ae （其中k0为磨削系数）
2.比磨削能
指磨除工件上单位体积的金属所消耗的能量叫比磨削能。U=W/V=
。
它对估算磨Ft削vs 力和功率消耗有重要意义。
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其中油溶性磨削液主要成分多为矿物油。普通矿物油是在低黏度或中 黏度矿物油中加防锈添加剂。如在机械油、轻质柴油、煤油中加脂肪酸 以增强润滑作用。另外在磨削液中加入硫、氯、磷等元素的极压添加剂 形成极压油，其渗透能力和润滑能力会更佳适宜表面粗糙度要求低的工 序加工使用。油溶性磨削液有较好的附着性，能隔绝空气，防止磨削区 氧化和水解等不良的化学反应。如CBN砂轮易高温下与水发生反应，所 以使用CBN高速磨削时应采用油性磨削液。水溶性磨削液主要成分是水， 再配加其它添加剂而成。其具有很好的冷却效果，且配制方便、成本低 廉、不易污染。
bvwae
五、磨削热
金属切削时绝大部分能量转化为热能，这些热能传散在切屑、刀具、工 件上。其中车削、铣削等普通切削方式，热量都是被切屑带走，而对与 磨削来说由于切削的金属层非常薄所以大约60%~90%的热量都传入工件， 这些热量来不及导入工件更深处所以在局部形成高温，并在表层形成极 大的温度梯度。当这些局部温度达到一定临界值时，就会在工件表面形 成热损伤（如表面氧化、烧伤、残余应力、裂纹等），也影响工件尺寸 精度。所以控制磨削热非常关紧。
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磨料种类 代号
主要特点
主要应用范围
棕刚玉
棕褐色，抗破碎能力强，抗氧 适于磨削抗张强度大的金属
A 化、抗腐蚀，韧性强
材料，如普通碳素钢等
白刚玉 WA 铬刚玉 PA 微晶刚玉 MA 单晶刚玉 SA 锆刚玉 ZA
洁 白 的 刚 玉 晶 体 ， 有 微 刃 结 构 ，主要用于淬火钢、合金钢的 硬度比棕刚玉高，但脆性大， 细磨精磨，及磨螺纹及齿轮 韧性低，切削能力强
磨削液常用加添加剂来改善磨削液性能，常用的有油性添加剂、极压添 加剂、防锈添加剂、抗泡沫添加剂以及乳化剂等。而常用的一些供液方 法有；浇注法、高压冷却、内冷供液法、超声波供液法和浸渍砂轮等方 法。
七、砂轮的磨损
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在磨削过程中，由于磨削力和磨削热的作用，砂轮工作表面磨粒会逐渐 磨钝，这将影响被加工的表面质量和几何精度，并引起振动、噪音、粗 糙度增大，产生裂纹、烧伤和残余应力等，因此砂轮要进行定期的修整。 磨粒的磨耗磨损形式主要有：磨料机械磨损、化学磨损、粘附磨损。
砂轮寿命终结形式：砂轮表面钝化——磨平状态（将增大磨削力及磨 削热）；砂轮堵塞（易出现振动或噪音及至烧伤）；砂轮轮廓破坏（影 响加工精度）
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2.评价砂轮磨削性能指标 磨削效率：实验时常用指标有磨除率（Z），指单位时间内磨除的工件
体积或质量；比磨除率（Z′），指磨具的单位宽度在单位时间所磨去的 工件体积。它表示在磨具耐用度期间内， 磨具平均宽度的磨除率。
2.磨削温度的分类和意义：
⑴.工件的平均温升θw: 它主要影响工件的尺寸和形状精度，它在磨削经过一 定时间后会稳定在某一范围内，其主要虽砂轮转速、切向力的增加而增 加，虽工件转速增加而降低。
⑵.接触面温度θ、θm: 即接触弧部分的表面温度，其主要与工件烧伤、裂纹、 内应力有密切关系。它可分平均温度θ和最高温度θm，一般θm=1.5θ， 其 接触面温度虽砂轮切入深度αe、砂轮速度、工件速度的增加而增高。
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1.磨削热产生与传散
磨削热来源于磨削功率的消耗。磨削热量Q分配如下：
Q=QW+QS+QC+QO+QU （QW、QS、QC、QO、QU分别表示：传入工件 热量、传入砂轮热量、传入切屑热量、传入切削液热量、、辐射热量）。 热量的分配还跟工件、砂轮的导热性有关，如超硬磨具导热性好，所以 磨削热大部分被砂轮带走。
磨削及磨削机理
一、磨削概述
1.磨削：
指用磨具进行去除材料的加工方法。
2.分类：
按其加工对象可分六种基本类型：平面磨削、外圆磨削、内圆磨削、无 心磨削、自由磨削、环端面磨削。按砂轮与工件相对运动关系又可分往 复式、切入式及综合磨削。按工件与砂轮干涉处运动方向又可分顺磨和 逆磨两种方式。轴承行业采用无心夹具磨削轴承套圈，常用顺磨方式， 即砂轮与工件在切向处旋转方向相同。
g ＝2α ae 1 （1 其 中α-----连续切刃间隔；υs-----砂轮转速； υw--- ds dw
-工件转速；αe-----砂轮切深；ds、dw------砂轮直径、工件直径）
此公式虽近似而得，但对磨削加工却有重要指导意义。其中外圆磨 削取正，内圆磨削取负。
3.切削弧长：
一个切刃在一次切削中所产生的切屑，其未经变形的长度，又叫砂轮接 触弧长
PDT———磨具的形状代号（单面凸砂轮），现用新代号数字表示（38）
500———砂轮直径，mm（正规的还须标上环端直径）
10/16——砂轮厚度，mm。其中10mm为砂轮厚度，16mm为中孔加厚区厚度。
203———砂轮孔径，mm
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100——磨料粒度号。微粉级（240粒度以下）用〝W〞标识，现国标规定 固结磨具统用〝F〞粒度号标识
ι′=ι±
v=w（vls1±
4.平均切削面积：
vw vs
)
vw vs
ae 1 其1 中顺磨时取负，逆磨时取正。
ds dw
磨削中，磨粒切刃所受的力与磨粒的切削面积成比例。一个切屑的断面
积是瞬时变化的，只有讨论平均切屑断面积。这里引入比磨除率，即砂
轮单位宽度上，单位时间内磨除工件体积称比磨除率Z′=νwae。若取返回
位时间内参与磨削的磨粒数增多，磨粒的切入深度减小，这样磨削力的下
降将抵消由速度增加而增大的比磨削能。在实际加工中常通过增加vw的方 法来减少磨削表面的烧伤和裂纹，vw增加，虽然磨削热增加，但工件表面 同一地方在磨削区停留的时间减少，因而传入工件的热量相对减少。 磨
削温度的测量常用热电偶测温法和红外辐射测温法。
三、磨削几何参数
磨削中存在的表征输入条件参数有：磨刃几何参数、有效磨粒数、切削 厚度、接触弧长、砂轮当量直径等。表征输出主要参数有：材料磨除率、 砂轮磨耗率、磨削比、比磨削力、功率消耗、表面粗糙度、磨削比能、 加工精度及表面完整性等。其中磨刃几何参数、有效磨粒数、切削弧长、 磨削比等做为基本磨削参数。
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⑶.磨粒切削刃温度:
可用下式表达：θg∝
v v a 0.24 0.29 0.64 s we
由上式可看工件转速比砂轮转速影响要大。这是因为vw增加，使单位时 间磨除工件体积增加，磨粒切入深度显然也增加，所以磨削力和比磨削能
消耗增加，热源强度虽之增加，温度进一步升高。而砂轮速度增加，使单
L———磨具硬度号（旧称中软2）
5———磨具组织号
V———磨具所用结合剂（陶瓷结合剂）
60m/s—磨具线速度
而各内容所用表示方法，不同时期或国家标识又不一致，比如美国硬度 等级L、M、N、O都可规划为我国国标的M、N等级，且我国不存在O等级。
二、磨料的选择
1.磨料种类及应用范围来自磨料是磨削加工过程中的主体，它不仅要具备很高的硬度、耐热性、热 稳定性和化学稳定性，还应具有一定韧性、以便承受一定磨削力。主要分 氧化物系、碳化物系和超硬磨料系，各磨料以各自不同的性能，可确定以 下的主要加工范围：
六、磨削液
一般磨削加工都要采用磨削液。正确采用磨削液，不但可以降低磨削 温度，减少磨削力，降低动力消耗，而且还可延长砂轮寿命和改善工件表 面质量。磨削液的四大作用：润滑、冷却、清洗、防锈作用。
磨削液种类非常多，通常可分为两大类型：水溶性磨削液和油溶性磨削 液，水溶性磨削液又可分为：乳化液、透明性水溶液、电解质水溶液。