磨削与冷却原理

超精密磨削 加工精度＜0.1μm,表面粗糙度Ra≤0.025μm（250A）
普通磨削
一般常见磨削
高效磨削
超高速磨削/高效深切磨削等
2006-09
14
磨削加工方法与分类
磨削加工方法虽然众多，但从磨削区的基本情况 来看，大致分为两类：
1）恒压力磨削：指控制切入压力为恒值的磨削 2）定进给磨削：指控制切入进给速度为恒值的磨削。
性质比黑色碳化硅硬而脆，较锋利，具有尖锐的切削微 刃，很容易切入被加工工件。但韧性不高。除适用与黑 色碳化硅的相同用途外，主要适用硬质合金刀具和工件 磨削，螺纹磨削及其工具的精磨。价格高于黑色碳化 硅。
2006-09
43
磨料的选择
金刚石
立方晶体,更度高,强度好,颗粒形状好,良好的导热性和低 膨胀系数,磨削能力强,天然和人造
公称尺寸/μm 150-125 125-106 106-75 90-63 75-53 75-53 60-50 50-40 40-28 28-20 20-14 14～10 10～7 7～5 5-3.5 3.5-2.5 2.5-1.5 1.5-1 1-0.5 ≤0.5
适用范围
半精磨/精磨/ 成形磨/刀具刃
1、工件加工精度要求 2、磨具和工件表面接触面积 3、加工效率。 4、工件的材料性能。 5、材料的硬度 6、切除余量 7、磨床的刚性
2006-09
49
磨具的硬度
1、磨具硬度定义： 磨具表面上的磨粒在外力作下从结合剂中脱落的难 易度 ，并不是指磨粒或结合剂本身的硬度
2、磨具硬度的主要影响因素： 结合剂的数量 结合剂多，硬度高，反之硬度低。
1 加工对象、表面生成方法 外圆、内圆、平面及成形磨削
2 工件夹紧和驱动方法
定心磨削和无心磨削
3
砂轮进给方法相对于加工 表面的关系
纵向进给、切入进给
4 磨削行程
通程、定程
5 砂轮工作表面类型
周边磨削、端面磨削、周边端面磨削
2006-09
5
磨削加工的方法与分类
磨削加工
固定磨粒加工
自由（游离）磨粒加工
2006-09
32
2006-09
基体 粘性 材料
33
磨具的分类
外圆磨砂轮
2006-09
绿碳化硅无芯磨砂轮
34
磨具的分类
内圆磨砂轮
2006-09
水磨砂轮
35
磨具的分类
CBN氮化硼砂轮
2006-09
36
磨料的分类
系别
名称
代号
棕刚玉
A
白刚玉
WA
单晶刚玉
SA
刚玉
wenku.baidu.com
微晶刚玉
MA
铬刚玉
PA
锆刚玉
ZA
黑刚玉
54
磨具硬度选择
考虑因素：
1、磨具和工件表面接触面积 2、磨床的刚性 3、加工条件 4、工件的表面加工要求。 5、生产效率
2006-09
55
磨具硬度选择
磨具硬度过高或过低的不利影响：
磨具硬 度过高
磨具硬 度过低
磨粒不 易脱落
磨粒易 脱落
磨具工件间 摩擦力增加
造成不必要 的磨损
磨和珩磨
精磨/螺纹磨/ 珩磨/超精加工 /超精密磨削/ 高精密磨削/精 密磨削，制造 研磨膏、研磨
剂等
47
磨料的粒度
生产线使用的磨石粒度 #2000基本粒6.7+/-0.6μm #3000基本粒4+/-0.5μm #4000基本粒3+/-0.4μm
2006-09
48
磨料粒度的选择
主要考虑磨削效率和工件表面粗糙度的要求。一般 根据：
磨具易磨 钝/发热
BA
黑碳化硅
C
碳化物
绿碳化硅
GC
立方碳化硅
SC
碳化硼
BC
金刚石
RVD/MBD/SCD/SMD/D MD/M-SD
超硬磨料
CBN
立方氮化硼
2006-09
M-CBN
37
磨料的分类
2006-09
38
磨料的分类
2006-09
39
磨料的分类
2006-09
40
磨料的分类
2006-09
41
磨料的选择
矾土+无烟煤+铁屑电弧炉熔化而成，94.5%-
有利于降低表面粗糙度值，容易获得镜面。
2006-09
16
磨 削 工 艺 系
统
2006-09
17
磨削工艺系统
2006-09
18
思考题
思考目前生产线的磨削工艺体系是什么样 的？
2006-09
19
二、磨削原理
2006-09
20
磨粒的切削刃形状
磨粒的形状：近似于多棱锥体形状
b
h
l
2006-09
3
气孔 和散热的作用。并可容纳冷却液，有助于
磨削热量的散逸
2006-09
29
磨具的结构
气孔 结合剂
2006-09
30
磨具的结构
2006-09
磨粒 磨粒
31
磨具的分类
基本形 固结磨具 状和使 用方法 涂附磨具
砂轮、磨头、油石 砂布、砂纸、砂带、页轮
结合剂 无机磨具 种类
有机磨具
陶瓷结合剂磨具、金属结合剂磨具、菱苦土结合剂磨 具
加工后的磨粒，按颗粒尺寸大小，分为41个粒度 号。
4#~240#粒度号确定是用筛网筛分的方法分级， 并用1英寸长度上有多少个孔的筛网表示。 ：如12#粒度是指1英寸长度上有12#个孔。
W63~W0.5 之间有14个粒度号，是用水力进行分 级的。
2006-09
46
粒度号
8#
10#
12# 14#
2006-09
50
磨具的硬度
硬度分级（GB/T2484-1994）
A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L、 M、N、P、Q、R、S、T、Y。（由软至硬 19级）
2006-09
51
磨具的硬度
思考 比较：C2000#---M1GC4000#LP硬度的不
同是否同结合剂有关？
2006-09
立方氮化硼
硬度仅低于金刚石,良好的热稳定性(1400-1800),高的化学 惰性,可加工硬而韧或粘性大的金属材料
2006-09
44
磨料的选择
选择原则
1）被加工工件材料物理力学性能 2）考虑工件材料与磨料之间的化学反应性能 3）磨料与工件材料之间的化学亲和作用
2006-09
45
磨料的粒度
2006-09
13
磨削加工方法与分类
普通磨削
vs＜45m/s
按砂轮线速度的高低 高速磨削
45≤vs＜150m/s
超高速磨削 vs≥150m/s
普通磨削
加工精度10μm左右、表面粗糙度Ra0.2~0.8μm
按磨削精度
精密磨削
加工精度0.1μm~1μm,表面粗糙度0.2~0.1μm(1000A)
按磨削效率
21
磨粒的切削刃形状
2006-09
M1GC#4000LP 磨石放大500倍
22
磨削的特点
1、砂轮表面上同时参与切削的有效磨粒数不确定 2、磨刃的前角多是负前角 3、一颗主要有粒切下的磨屑体积很小 4、磨削速度很高 5、磨削加工的力比值较大 （FN/FT=3-14） 6、砂轮有自锐作用
棕刚玉 97%Al2O3，少量的氧化钛\铁\硅\钙\镁,高韧性, 能承受较大压力，抗破碎性强，便宜，用量大
白刚玉
用Al2O3粉电弧炉熔融结晶而成，98.5%以上的 Al2O3，纯度高，晶体中有气孔，硬而脆
2006-09
42
磨料的选择
黑色碳化硅 绿色碳化硅
硬度比刚玉类磨料高、切刃锋锐，但性脆。导热性好， 散热快，自锐性能优于刚玉磨料。适合加工抗拉强度较 低的材料，如灰口铸铁，白口铸铁，青铜，黄铜，矿 石，耐火材料等。
2006-09
15
研磨加工特点
1、工件既做公转又作自转 2、磨具的磨粒粒度小 3、微滑擦、微犁耕、微切削和材料微疲劳断裂同时起
作用
4、尺寸精度，几何精度和表面质量高。 5、一种直接创造性加工工艺方法 6、较低的研磨运动速度（0.37-2.97m/s） 7、工件动动平稳，震动影响不大或不影响 8、运动方向可以不断改变，可获得良好的动动轨迹，
固结磨具
涂附磨具加工
振
砂珩超 电
砂
叶
动
轮
精解
带
轮
磨
磨
磨磨
磨
磨
削
削磨削 削
削
削
研抛
滚
喷
磨
弹
射
料
性
加
流
发
磨光
磨
工
加
射
工
2006-09
6
磨削加工方法与分类
磨削方法
特点
加工范围
珩磨
用涨缩珩磨条在加工的表面旋转和往复进给的相对综合运 动，是多刃切削的精加工方法，特点：高精度（直径小于 50mm的孔，圆柱度0.5μm/高的表面质量，原因是交叉网 纹，RA小于0.1μm,表面无热损伤,变质层和冷硬现象,加工 范围广(内孔,平面,外圆表面,球面等),生产效率高,对机床 精度的要求低(要求珩磨头或工件能浮动)
磨钢锭，打磨 铸件毛刺，切
断钢坯
内外圆/平面/ 无心磨和刀具 刃磨等一般磨
削
内外圆/平面/ 无心磨和刀具 刃磨等一般磨
削
粒度号 100# 120# 150# 180# 220# 240# W63 W50 W40 W28 W20 W14 W10
W7 W50 W3.5 W2.5 W1.5 W1 W0.5
由许多细小的磨粒用结合剂或粘结剂将其粘 结成固结或非固结状态对工件进行切削加工 的一种工具。
2006-09
28
磨具的结构
组成
作用
1
磨粒
磨具的主要原料,它具有高的硬度和适当的 脆性。在磨削过程中对工件起切削作用
2
结合剂
作用是将磨粒固结起来，使之成为一定形 状和强度的磨具。
磨具中存在的空隙，磨削时起着容纳磨屑
2006-09
23
负前角
2006-09
负前角 正前角
24
磨削过程的三个阶段
1）滑擦阶段：材料弹性变形 2）耕犁阶段：材料塑性滑移 3）切削形成阶段：形成磨屑
2006-09
25
磨削过程的三个阶段
2006-09
26
三、磨料磨具及选择 使用
2006-09
27
磨具的结构
磨具的定义：
1 加工精度高
由磨削特点决定
2 加工效率高
缓进给深磨
3 工程材料不断发展
特定材料只能用磨削
4 新的磨料磨具
高硬度砂轮的出现
5 相关技术的发展
砂轮制造/控制技术/运动部件的驱动技术等
2006-09
4
磨削加工的方法与分类
磨削的定义：
通常所指的磨削是用砂轮或砂带进行去除材料加工的工艺 方法，它是应用广泛的高效精密的终加工工艺方法。
内孔,平面,外圆 表面,球面等
砂带磨削
将磨粒粘在较柔软基体上的磨具，特点：柔软/锋利/不易脱 落/方便/设备简单/磨削稳定
弹性发射
利用量子力学的原理,将超细微粉作用在加工表面,粉末粒子 与加工表面第一层原子的结合力大于第一层和第二层的结合 力,当粉末粒子被移去时,将第一层原子带走,实现原子单位 的表面加工
磨削与冷却原理
2006-09
1
内容纲要
一、磨削概述 二、磨削原理 三、磨料磨具及选择使用 四、砂轮堵塞与修整 五、磨削热与磨削液 六、环境与机床要求 七、测量仪器
2006-09
2
一、磨削概述
2006-09
3
磨削加工技术发展概况
随着磨削技术的发展，磨床在加工机床中占有相当大的比 例，磨床的金属切削量占13%（中国） 原因：
树脂结合剂磨具、橡胶结合剂磨具。
氧化物系磨具 磨料性
能 碳化物磨具
棕刚玉磨具、白刚玉磨具、天然刚玉磨具、锆刚玉磨 具
黑色碳化硅磨具、绿色碳化硅磨具、碳化硼磨具等
超硬磨料磨具 金刚石磨具、立方氮化硼磨具
磨具突 出特点
细粒度磨具、高硬度磨具、大气孔砂轮高速磨具、超薄片砂轮等
专用砂 轮
磨针砂轮、牙科砂轮、磨钢球砂轮、磨纸浆砂轮等
52
磨具硬度选择
基本原则： 保证磨具在磨削过程中有适当的自锐性，避 免磨具过大的磨损，保证磨削时不产生过高 的磨削温度。
2006-09
53
磨具硬度选择
基本方法： 工件硬度高，磨具的硬度就要低； 工件硬度低，磨具的硬度就要高。 工件材料软，韧性大时，应选粒度粗硬度
软的磨具
2006-09
大平面磨光/抛 光/曲面
超精密加工及纳 米组级加工,半
导体材料
2006-09
7
珩磨原理与网纹
珩磨示意图
2006-09
工件
珩磨条 珩磨头
30°---60° 20°---30 °
平顶珩磨网纹
8
磨削加工方法与分类
2006-09
弹性发射加工示意图
9
磨削加工方法与分类
电机
导电磨轮
电解液
工件 工作台
V
A
电解磨削示意图
16#
20# 22# 24# 30# 36# 40# 46# 54# 60# 70# 80# 2006-9009#
公称尺寸/μm
适用范围
2800-2360
2360-2000 2000-1700 1700-1400
磨钢锭，打磨 铸件毛刺，切
断钢坯
1400-1180
1180-1000 1000-850 850-710 710-600 600-500 500-425 425-355 355-300 300-250 250-212 212-180 180-150
2006-09
10
张紧轮
工件
2006-09
接触轮
砂带磨削示意图
11
磨削加工方法与分类
纵向进给 工件转动
压力0.3MP 油石低频往复振动 （1-6mm/5-50Hz） 油石
工件
2006-09
超精加工外圆的典型加工方式
12
磨削加工方法与分类
研磨目前的加工方法属于：
低速恒压力高效超精密磨削，也属于一种多 微刃珩磨