微纳磨削加工技术

微纳磨削加工技术

主讲: 周伟

2014年10月22日

主要内容

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1. 磨削加工的基本概念

，对工件表面进行切削加工的方法。它是机械零件精密加工的主要方法之一。

磨床的种类：磨床的种类很多，有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、

（1）外圆磨床

外圆磨床

（1）外圆磨床

万能外圆磨床

万能外圆磨床还可磨削内圆柱面、内圆锥面及端平面。

（2）内圆磨床

内圆面或内圆锥面

（3）平圆磨床平面、端面磨削加工

（4）导轨磨床

微纳磨削加工机理磨削过程机理

比例经混合、搅拌、压坯、

磨粒切削刃几何形状不确定；磨粒及切削刃随机分布；磨削厚度小(＜几μm ),磨削速度高,磨削点瞬时温度高(达1000℃以上)。

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(通常刃口前角为-60～-85°)进行切削。

磨削过程机理

切削刃排列不规则，随机分布状态

砂轮中的磨料磨粒是不规则的菱形多

磨削过程大致分为三个阶段：

磨削加工的特点：

磨粒形状及分布不合理，切削厚度小，挤压摩擦严重，单位能耗大。

微纳磨削机理

，表面粗糙度为Ra 的磨削加工方法。它是用微小的多刃刀具削除机床主轴

砂轮

精密磨削主要靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小。获得高精度和低表面粗糙度。

微纳磨削机理

微纳磨削机理

(1)微刃的微切削作用

(2)微刃的等高切削作用

(3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用

磨削砂轮选择

等高

耐高温、热稳定性好。

精密磨削砂轮选择

精密磨削砂轮选择

精密磨削砂轮选择

）结合剂：砂轮的结合剂将磨粒粘合起来，使砂轮具有一

精密磨削砂轮选择

从其表面脱落的难易

砂轮修整

砂轮修整

（适用于金属结合剂砂轮），效果好，并

磨削液

（1）降低磨削温度，减少磨削力，改善

磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿

命。

（2）润滑、冷却、清洗性能。

（3）有渗透性、防锈性、防腐性、防火

性、切削性和极压性等。

（1）油基磨削液：成分是矿物油，如机

油、轻质柴油、煤油，加入脂肪油和添

加剂。

（2）水基磨削液：水中溶解其它物质，

如乳化液、无机盐水溶液和化学合成液

等。

油

油

油

磨削液

磨削运动和磨削用量

精密磨削采用的切削用量

磨削表面粗糙度影响因素

•粒度↓→Ra ↓

•粒度↓→Ra ↓•金刚石笔锋利↑，修正导程、

径向进给量↓→Ra ↓•磨粒等高性↑→Ra ↓•金刚石笔锋利↑，修正导程、径向进给量↓→Ra ↓•磨粒等高性↑→Ra ↓•硬度↑→钝化磨粒脱落↓→Ra ↑•硬度↓→磨粒脱落↑→Ra ↑•硬度合适、自励性好↑→Ra ↓•硬度↑→钝化磨粒脱落↓→Ra ↑•硬度↓→磨粒脱落↑→Ra ↑•硬度合适、自励性好↑→Ra ↓•太硬、太软、韧性、导热性差

↑→Ra ↓

•太硬、太软、韧性、导热性差↑→Ra ↓砂轮粒度

砂轮粒度工件材料性质

工件材料性质砂轮修正

砂轮修正磨削用量

磨削用量•砂轮V ↑→Ra ↓•a p 、工件V ↑→塑变↑→Ra ↑•粗磨ap ↑→生产率↑•精磨ap ↓→Ra ↓(ap=0光磨)•砂轮V ↑→Ra ↓•a p 、工件V ↑→塑变↑→Ra ↑•粗磨ap ↑→生产率↑•精磨ap ↓→Ra ↓(ap=0光磨)磨削表面粗糙度砂轮硬度

砂轮硬度

精密磨床

导轨平直度，

精密磨床

。

超精密研磨和抛光

是在研具与工件之间置以研磨剂，对工件表面进行光整加工的方法。

为确保几何形状精度，研磨端面小的高精度平面工件时要使用弹性变形小的研具；除特种玻璃外，可以用在加工成平面的金属板上涂一层

为获得高的表面质量，在工件材料较软时，有时使用半软质（如锡）

单面研磨机

超精密研磨和抛光

抛光是在高速旋转的抛光轮上涂以磨膏，对工件表面进行光整加工的方法。

多头、单头抛光机

Substrate

Carrier

Substrate Carrier

with Polish

抛光垫形状外貌

Type I Type II Type III Type IV

超精密研磨和抛光

研磨工具（研具）与工件之间的运动不受约束

激光加工的应用

作业

简述微纳切削加工机理，并对该方向国内外研究动态进行