精密和超精密磨削技术PPT课件

游离磨 料加工
固结磨具
涂覆磨具 精密研磨 精密抛光
精密砂 轮磨削
油石研磨 精密珩磨
精密超 精加工
砂带磨削 砂带研磨
精密砂轮磨削：砂轮的粒度60 ＃～80＃，加工精度1μm， Ra0.025μm； 超精密砂轮磨削：砂轮的粒度 W40～W50，加工精度0.1μm， Ra0.025～0.008μm。
精密砂带磨削：砂带粒度W63～ W28，加工精度1μm，Ra0.025; 超精密砂带磨削：砂带粒度 W28～W3，加工精度0.1μm， Ra0.025～0.008μm。
✓ 金属：金属结合剂砂轮耐磨耗性强，磨粒保持力大，砂轮寿命长，砂 轮自砺性差。
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2、超硬磨料砂轮及修整
➢ 超硬磨料砂轮的修整
✓ 砂轮修整：用修整工具将砂轮修整成形或修去磨钝的表层的过程。 ✓ 修整方法
磨削修整 滚压挤扎 喷砂修锐 超声波振动修整 电解修整 电火花修整 激光修整 高压水喷射修整
✓ 超精密磨削中，微切削作用、塑性流动、 弹性破坏作用和滑擦作用依切削条件的变 化而顺序出现。
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2、超硬磨料砂轮及修整
➢ 磨料、砂轮类型
✓ 普通磨料 AI2O3、SiC
✓ 超硬磨料 金刚石、立方碳化硼
金刚石砂轮
CBN砂轮 7
2、超硬磨料砂轮及修整
➢ 超硬磨料砂轮组成
✓ 磨料层：人造金刚石磨粒和结合剂 组成，厚度1.5~5mm31、精密和超精密磨削加基础➢ 切削和磨削的比较
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1、精密和超精密磨削加工基础
➢ 精密磨削机理
(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
(a)砂轮
(b)磨粒 磨粒具有微刃性和等高性
(c) 微刃 (锐利、半钝化、钝化)
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1、精密和超精密磨削加工基础
➢ 精密磨削机理
✓ 磨粒可以看作具有弹性支承的和大负前角 切削刃的弹性体，弹性支承为结合剂，磨 粒虽有相当硬度，本身受力变形极小，实 际上仍属于弹性体。
✓ 磨粒切削刃的切入深度由零开始逐渐增加 ，到达最大值后又逐渐减小到零。
✓ 整个磨粒与工件的接触过程依次为弹性区 、塑性区、切削区、塑性区和弹性区。
精密、超精密磨削、镜面磨削形成的零散刻痕
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1、精密和超精密磨削加工基础
➢ 精密和超精密磨削分类
将磨料或微粉与结合剂粘合在一起， 形成一定的形状并具有一定强度，再 采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂 轮、砂条、油石、砂带等磨具。
固结磨 料加工
精密和超精 密磨料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。
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3、在线电解磨削技术
➢ ELID磨削的特点
➢ 磨削过程具有良好的稳定性； ➢ ELID修整法使金刚石砂轮不会过快的磨耗，提高了贵重磨料的利用率； ➢ ELID修整法使磨削过程具有良好的可控性； ➢ 采用ELID磨削法，容易实现镜面磨削，并可大幅度减少超硬材料被磨零件的 残留裂纹。
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3、在线电解磨削技术
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4、脆性材料精密磨削
➢ 尖锐压头下的材料变形过程
由材料变形过程可以看出，即使是脆性材料，在很小载荷 的作用下仍然会产生一定的塑性变形。当载荷增加时，材 料将由塑性变形方式向脆性破坏发生转变，在材料的内部 和表面上产生脆性裂纹。 临界载荷：在材料将由塑性变形方式向脆性破坏发生转变 转变过程中，当裂纹刚好产生时所施加的垂直载荷； 临界压深：材料将由塑性变形方式向脆性破坏发生转变转 变时，压头压入的深度。
精密和超精密磨削技术
1、精密和超精密磨削加工基础 2、超硬材料砂轮及修整 3、在线电解磨削技术 4、脆性材料精密磨削
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1、精密和超精密磨削加工基础
➢ 精密和超精密磨削：通常是指加工精度1～0.1μm，表面粗糙度低于 Ra0.2～0.025μm的表面磨削方法。
➢ 镜面磨削：一般是指加工表面粗糙度达到Ra0.02～0.01μm，磨削表 面光泽如镜的磨削方法。镜面磨削对加工精度要求不很明确，主要 强调表面粗糙度要求。
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3、在线电解磨削技术
ELID（Electrolytic In-Process Dressing）：1987年日本理化研究所的大森整 等提出的一种磨削新工艺。 ➢ ELID原理：砂轮采用铸铁基金刚石砂轮。利用电解原理，在磨削过程中，不断 对结合剂进行电解，使已磨损的金刚石磨粒脱落，从而使金刚石砂轮始终处于 锋利状态。 ➢ 组成要素：铸铁基砂轮：“+”极 ；石墨电极：“–”极；两电极间隙：0.1mm
➢ ELID磨削的应用
✓ 电子材料，磁性材料的镜面磨削：大尺寸硅片；铁金氧磁头 ✓ 光学材料的镜面磨削：记录用光学材料，光学镜片研磨抛光前 ✓ 陶瓷材料的镜面磨削 ✓ 高精度钢铁材料及复合材料，硬质合金
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4、脆性材料精密磨削
➢ 尖锐压头下的材料变形过程
(a) 初始加载: 接触区产生—永久塑性变形区，没有任何 裂纹破坏。变形区尺寸随载荷增加而变大。 (b) 临界区: 载荷增加到某一数值时，在压头正下方应力 集中处产生中介裂纹(M edian Crack)。 (c) 裂纹增长区: 载荷增加, 中介裂纹也随之增长。 (d) 初始卸载阶段: 中介裂纹开始闭合，但不愈合。 (e) 侧向裂纹产生: 进一步卸载，由于接触区弹塑性应力 不匹配，产生一个拉应力叠加在应力场中，产生系列向侧 边扩展的横向裂纹(L ateral Crack)。 (f) 完全卸载: 侧向裂纹继续扩展，若裂纹延伸到表面则 形成破坏的碎屑。
脆性材料裂纹长度
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4、脆性材料精密磨削
➢ 脆性材料划擦变形模型
磨粒作用下的脆性裂纹 15
4、脆性材料精密磨削
➢ 脆性材料精密磨削机理
✓ 磨削脆性材料时，在一定工艺条件下，切屑形成与塑性材料相似，即通 过剪切形式被磨粒从基体上切除下来。
✓ 磨削后工件表面呈有规则纹理，无脆性断裂凹凸不平，也无裂纹。
✓ 过渡层：一层结合剂，将磨料层与 基体连接起来。
✓ 基体：砂轮的主体，一般基体材料 为铜、铝、钢。
➢ 超硬磨料砂轮结合剂
✓ 树脂：树脂结合剂砂轮弹性好，砂轮磨粒保持力小，耐磨耗性较低， 耐热性差。树脂结合剂的自锐性和弹性使砂轮具有极高的加工品质。
✓ 陶瓷：陶瓷结合剂砂轮具有良好的磨削性能，适用于高速、高效、高 精密磨削，化学稳定性好，耐水，耐酸，耐热，成本低，但较脆。