8 磨削与砂轮

一、磨削：用磨料磨具（砂轮、砂带、油石、研磨剂等）在磨床上进行切削加工的方法。

二、工艺范围
1、磨削内外圆柱面、圆锥面、平面、螺纹、齿轮（渐开线齿面）花键，导轨等成形表面。

2、适宜磨削淬硬零件的精加工或超精密加工。

（1）加工精度IT6～IT5
（2）表面粗糙度
①普通磨削Ra1.25～0.16μm
②精密磨削Ra.0.16～0.04μm
③超精密磨削Ra.0.04～0.01μm
三、
磨削过程
切削刻划滑擦（抛光）
（1）磨粒每个棱角相当-γ
0的车刀。

（2）Σ 磨粒→砂轮，砂轮→多齿的铣刀
（3）火花、磨削温度800℃（4）防止工件表面烧伤，出现退火等缺陷。

（1）棱角变钝
（2）刻划出沟纹，挤向
两旁隆起
（1）棱角变钝、变矮
（2）磨粒、磨屑起摩
擦、抛光作用。

（3）磨粒失去棱角，
→修整→变钝
1、主运动：砂轮旋转运动 n t （r/min ）
60
1000n d V t
c ⨯砂＝
π＝25～35m/s
粗磨：V c ＝25～30m/s 精磨：V c ＝30～40m/s 2、进给运动
（1）圆周进给运动：进给速度V W 为工件的切线速度（mm/min ）（P157第5行）
粗磨：V W ＝10～30m/min 精磨：V W ＝20～50m/min 工件转速：n w ＝
w
w
d V 1000π （2）轴向进给运动
f a ：工件每转一转，工件相对砂轮的轴向移动量（mm/r 工件） 粗磨f a ＝（0.3～0.7）B 砂轮（mm/r ）（参与切削的砂轮宽度）
精磨f
a ＝（0.3～0.4）B
砂轮
（mm/r）
（3）径向进给运动（间断）
轴向进给运动终点（右端点、左端点）
砂轮径向切入工件的深度（a
p
）
粗磨f
r
＝（0.015～0.05）（mm/双行程）
精磨f
r
＝（0.005～0.01）（mm/双行程）
f
r
：工作台每一次纵向往复行程后，砂轮横向移动的距离（mm/双行程）
d
工件：f
r
停止后，
光磨？
往复多次（无火花）
尺寸合格
8.2.1 磨削方法（P151）
一、外圆磨削
1、纵磨法： （1）主运动：砂轮旋转n t r/min
（2）进给运动⎩⎨⎧⇒⇒?f ?
n a w
①纵向进给（右行）：
砂轮表面⎩⎨⎧⇒⇒⇒抛光刻划、滑擦磨粒、刻划 切削
磨粒BC AB
※砂轮磨钝：△r A ＞△r C ；工件直径：d 左＞d 右
※纵磨法：工件在左、右端点均应有适当超程量，使砂轮表面磨损均匀，工件左、右端直径相等。

2、切入磨法（横磨法） （1）主运动：n t （r/min ）
（2）进给运动⎩⎨⎧⇒⇒
0f n a w
①砂轮、横向进给f r （mm/r 工件）
②B 砂轮＞L 工件
③）非直线
－－（砂轮磨损不均匀
C B A →砂轮外表面廓形误差（A －B －C ）→复映在工件上→产生尺寸误差、形状误差（Σ△t a ）
④f r ≤0.005mm/r 工件（缓慢切入∵磨削宽，磨削力大）
3、深磨法
（1）若余量A ＝0.3mm ①采用纵磨法磨外圆 ②a p ＝f r ＝0.01mm 时 ③工件台往复次数 n ＝
0.01
0.3f A r ＝＝30次 （2）深磨法
①砂轮修整：阶梯形（ABC ）或锥形（切削部分）
②深磨：全部余量（A ）在一次纵向进给中磨去。

③修整砂轮： AB ⇒粗磨 BC ⇒半精磨 CD ⇒精磨
④特点：（a ）生产率比纵磨法高一倍 （b ）加工精度IT6，Ra0.4～0.8μm （c ）只适用于大批、大量生产采用
4、无心外圆磨削
（1）条件：工件中心高h ＝（0.1～0.3）d ，磨短轴。

（2）导轮：α
倾斜双曲线形（橡胶砂轮）摩擦大
⇒
A ⎪⎩⎪
⎨⎧⇒⇒；轴向进给
无退路）、（无滑动，驱动工件转动）（a th
tv t f V C B V V （3）B ：磨削砂轮（三点成圆法） （4）应用：
①只能磨削短而圆的小轴或轴套 ②不能磨花键轴，带键槽的轴 不能磨细长光轴（P153－5行）
（∵L 工件＞L 托板＝V th ？f a ？）
二、内圆磨削
1、内圆磨床（万能外圆磨床）
（a）纵磨法磨内孔
①主运动：内砂轮n
t⇒10000r/min
②圆周进给：V
w⇒20～70m/min
n
w
＝
W W
d V
1000
π
r/min
③纵向进给
f
a
＝0.01～0.05mm/双行程
④径向进给
f
r
＝0.005～0.025mm/单行程
（b）切入法磨内孔
∵砂轮接杆细而长，砂轮轴线产生弯曲变形（c）磨端面
2、无心内圆磨削
（1）工件支承在⎩⎨⎧上滚轮上
导轮13，压紧轮2↓压紧后
（2）导轮A 点驱动工件↓转动⇒n w （圆周进给） （3）f r ：砂轮径向进给
（4）n t ：主运动（n t ＝8000～1000r/min ）
3、行星内圆磨削：
①n t ：主运动（r/min ） ②n w ：圆周进给运动 ③f r ：径向进给运动 ④f a ：纵向进给运动
三、平面磨削
（1）周边磨削
砂轮与工件为线接触，磨削力小，排屑与冷却条件好，砂轮圆周磨损均匀
加工精度IT6～IT5
表面粗糙度Ra0.8～0.2μm
（2）端面磨削
砂轮与工件的接触面积大，磨削力大，散热与冷却条件差，磨削热量大，容易发生工件烧伤现象。

多件磨削，生产率高。

8.2.3 砂轮结构与选择（P157）
砂轮⇒磨料（3）＋结合剂（2）＋气孔（4）
※砂轮是用结合剂把磨料粘结在一起焙烧出来的一种多孔体。

※高速旋转砂轮⇒磨料（切削工件）⇒磨屑堵塞
）
磨钝（磨粒崩裂或脱落⇒自锐性⇒磨
料（锋利）⇒磨削…… 一、砂轮组成
1、磨料：常用人造磨料，详见（表8－1）
（1）刚玉砂轮：主要成分是Al 2O 3，用于磨削各种钢材
分⎪⎩
⎪
⎨⎧），～）（铬刚玉（） ～）（白刚玉（）
～）（棕刚玉（32323232O %Cr 15.1O %Al 5.9897PA O %Al 5.9897WA O %Al 975.92A
（2）碳化硅：主要成分SiC ，硬度高，用于磨削铸铁、硬质合金，
分⎩⎨⎧%SiC 97GC %SiC 95C ）绿碳化硅（）　
黑碳化硅（
（3）高硬度磨料 ①人造金刚石（D ） ②立方氮化硼（CBN ）
※具有高硬度，用于磨削更脆材料、高硬钢材、石材等。

2、粒度
（1）粒度：磨料颗粒的大小
（2）粒度号：≠L 磨料 ※磨料：用F 4～F220 （GB/T2461－1998）
（用筛分法区别粒度大小，F 后面的数字为每英吋筛网长度上的筛孔的数目） F4：号小！粗磨粒，筛孔大，L 磨粒＝
孔
4mm
4.25＜6.35mm F22：号大！细磨粒，筛孔小，L 磨粒＝
孔
202mm
4.25＜0.115mm
（a ）精磨⇒Ra ↓μm ⇒细磨粒（号大） 脆性材料⇒细磨粒（号大）
（b ）粗磨⇒粗颗粒（号小）磨削沟痕深，表面质量差。

软材料⇒粗颗粒（号小）防止堵塞砂轮 （详见表8－2）
3、结合剂（表8－3）
（1）陶瓷结合剂（V ）：应用广泛，V c ≤35m/s （切断砂轮除外）各种砂轮。

（2）树脂结合剂（B ）：高速磨削砂轮，薄砂轮。

（3）橡胶结合剂（R ）：导轮（无心磨床）。

（4）金属结合剂（M ）（青铜、镍）：用于金刚石砂轮。

4、砂轮硬度：指砂轮表面上的磨粒在外力的作用下脱落的难易程度。

（分软、硬等级别）
①软：磨粒易脱落⇒砂轮的硬度低≠磨料的硬度低。

②硬：磨粒不易脱落⇒砂轮的硬度高≠磨料的硬度高。

（1）保持砂轮自锐性（锋利的磨粒），钝磨粒自动脱落，露出后续磨粒（新的、
锋利）。

选择策略：
①硬材料⇒软砂轮（自锐性↑，磨削效率高）
软材料⇒硬砂轮（耐用度高）
②粗磨⇒软砂轮（生产率高）
精磨⇒硬砂轮（砂轮外形准确⇒加工质量）
（2）※磨削未淬硬钢：L（中软2）、M（中1）、N（中2）
※磨削淬火钢：H（软2）、J（软3）、K（中软1）
※见表（8－4）
5、砂轮组织：（见表8－5）
※砂轮组织：指构成砂轮的磨料、结合剂和气孔三者的比例关系。

（1）疏松：磨料少、气孔多、组织疏松（8号～14号），砂轮不易堵塞，切削液容易进入磨削区，降低磨削温度，用于平面磨削、内圆磨削，热敏感材料或薄工件
（2）紧密：磨料多，气孔少，组织紧密（0号～3号），用于成形和精密磨削（3）中等：（4号～7号），用于一般磨削
6、砂轮的形状、尺寸及用途
（1）砂轮的标志印在砂轮端面上。

其顺序是：
形状代号、尺寸（D×T×H）、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、V cmax （2）例1。

砂轮1－300×30×75－WAF60L5V－35m/s
①代号1：平面砂轮
②300×30×75（外径×厚度×内径）
③WA：白刚玉磨料（表8－1）
④F60：60号粒度（表8－2）
⑤L5：（表8－4）中软2。

⑥V：（表8－3）陶瓷结合剂
⑦35：V cmax≤35（m/s）
（3）例2
砂轮2－300×50×75－AF60L5V－35m/s
二、砂轮的磨损与修整（P162） 1、砂轮的磨损
（1）磨耗磨损：磨粒变钝（失去锋利棱边⇒小平面⇒抛光作用）⇒磨削质量下降，工件表面烧伤等。

（2）破碎磨损：磨粒破碎、崩裂或粘不牢⇒磨粒脱落，
⇒砂轮外形不准 ⇒工件形状误差过大
2、砂轮的修整
（1）金刚石等修整
①工作面： （a ）笔尖≠修整
（b ）棱边＝修整（转0°～360°） ②固定在修整器上
（a ）倾角15°～20°＝棱边修整 （b ）防止笔尖扎入砂轮 ③参数 （a ）a p ＜20μm （b ）V fa ＝60mm/min ⇒圆柱面母线准确
直线
AB
④充足冷却液 忽冷忽热→金刚石破裂
（2）多粒细碎金刚石笔修整
单粒＜多粒＝修整（AB ）快 ※工作面（AB ）：磨粒细、均匀。

（3）金刚石滚轮 修整成形砂轮
三、磨削加工特点（P164）
（1）磨削⎩⎨
⎧⇒m 02.08.0Ra 4IT 6IT μ～表面粗糙度
～加工精度精加工 （2）能加工高硬度材料（如淬火钢表面）
不能磨削纯铜、纯铝（堵塞砂轮） （3）磨削温度800～1000℃⇒充足冷却液
⇒防止工件表面烧伤（局部变色、退火）及热变形 （4）砂轮⇒“自锐作用”
磨料：锋利→变钝（自锐、脱落）→锋利……
（5）磨削背向力F P 大（F P ＝（1.6～3.2）F C ）⇒防止工件弯曲变形（圆⇒多边形圆、椭圆、腰彭形等）⇒消除系统弹性变形，措施⇒f r 进给后，轴向f a →直至无火花后⇒空行程n 次⇒停止。

8.2.4 先进磨削方法简介
一、高速磨削
①V C ＝25～35m/s ，普通磨削
②V C ≥50m/s ，高速磨削（我国V C ＝80～120m/s ） ③V C ＞150m/s ，超高速磨削 ※高速磨削的原理 式中：h D ：磨削厚度
h D ＝
磨粒
工件
砂轮
磨粒
圆周）＋
（m V 1
D 1D 1a m V 30V c p
c ⋅∝
即：V c ↑，h D ↓（m 磨粒
：单位长度上磨粒数）⇒V c ↑＝相当m 多，h D
小，F c 小⇒减少工件表面沟痕，表面质量好，生产率高。

二、强力磨削
⎭
⎬⎫
mm/min 2005V mm 302a w p ～＝圆周进给～＝磨削深度砂轮在一次进给中将A 磨削切除。

※大切深缓进给的原理
h D ＝
砂轮
工件D a m
V 30V p c ——（平面磨削）
①V 工件＝
10
1
V w ；V 工件⇒很小；缓慢进给量（蠕动磨削） ②单位长度磨粒数m 增大⇒h D 变薄、变长（L 增大）磨铣。

③a p ：一次切除（大切深） ※特点
①毛坯（锻件、铸件）⇒强力磨削⇒成品 ②a p 大，金属切除率高，生产率高（3～5）倍。

③砂轮磨损小，V 工件低“蠕磨”每个磨粒受力小，F c 小，砂轮廓形准确⇒加工精度高。

三、超精密磨削与镜面磨削 1、超精密磨削
①加工精度：△d 误差≤（3～0.3）μm 表面粗糙度：Ra0.03～0.0125μm
②适用于：刻度尺，滚柱导轨，精密机床主轴等。

2、镜面磨削：
①加工精度：△d 误差≤0.3μm
表面粗糙度：Ra0.0125～0.005μm ②适用于：精密刻线尺（光学测微仪）等。

③条件：
a 高精度磨床，主轴径向跳动＜0.1μm
b 磨粒：微刃等高（P166第2行）→使磨粒尖端变平的砂轮表面？
c 精细修整砂轮⇒磨粒破碎微刃（切削）（等高）⇒镜面
四、砂带磨削 （1）砂带＝
带基体V ＋底层结合剂＋均匀锋刃向上
磨粒
（2）砂带磨削⇒刻划（切削、滑擦、抛光） （3）特点：
①车床＋砂带磨削⇒一机多用。

②刚玉砂带，适用于不锈钢，难加工材料加工。