磨削与冷却原理资料课件.ppt
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1、2006-091磨削与冷却原理22006-09内容纲要n一、磨削概述n二、磨削原理n三、磨料磨具及选择使用n四、砂轮堵塞与修整n五、磨削热与磨削液n六、环境与机床要求n七、测量仪器2006-093一、磨削概述42006-09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: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52006-09磨削加工的方法与分类磨削的定义:磨削的定义:通常所指的磨削是用砂轮或砂
2、带进行去除材料加工的工艺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。方法,它是应用广泛的高效精密的终加工工艺方法。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62006-09磨削加工的方法与分类磨削加工固定磨粒加工自由(游离)磨粒加工固结磨具涂附磨具加工振动磨削砂轮磨削电解磨削珩磨超精磨削砂带磨削叶轮磨削研磨抛 光滚磨喷射加工磨料流加工弹性发射72006-09磨削加工方法与分类磨
3、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0.5m/高的表面质量,原因是交叉网纹,RA小于0.1m,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)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/磨削稳定大平面磨光/抛光/曲面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
4、被移去时,将第一层原子带走,实现原子单位的表面加工超精密加工及纳米组级加工,半导体材料82006-09珩磨原理与网纹30-6020-30 平顶珩磨网纹珩磨示意图工件珩磨条珩磨头92006-09磨削加工方法与分类弹性发射加工示意图102006-09磨削加工方法与分类工件导电磨轮工作台电解液电解磨削示意图电机VA112006-09张紧轮接触轮工件砂带磨削示意图122006-09磨削加工方法与分类油石低频往复振动(1-6mm/5-50Hz)压力0.3MP工件转动纵向进给油石工件超精加工外圆的典型加工方式132006-09磨削加工方法与分类n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
5、多微刃珩磨142006-09磨削加工方法与分类按砂轮线速度的高低普通磨削 vs45m/s高速磨削 45vs150m/s超高速磨削 vs150m/s按磨削精度 普通磨削 加工精度10m左右、表面粗糙度Ra0.20.8m精密磨削 加工精度0.1m1m,表面粗糙度0.20.1m(1000A)超精密磨削 加工精度0.1m,表面粗糙度Ra0.025m(250A)按磨削效率 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152006-09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
6、为恒值的磨削。 162006-09研磨加工特点 n1、工件既做公转又作自转n2、磨具的磨粒粒度小n3、微滑擦、微犁耕、微切削和材料微疲劳断裂同时起作用n4、尺寸精度,几何精度和表面质量高。n5、一种直接创造性加工工艺方法n6、较低的研磨运动速度(0.37-2.97m/s)n7、工件动动平稳,震动影响不大或不影响n8、运动方向可以不断改变,可获得良好的动动轨迹,有利于降低表面粗糙度值,容易获得镜面。172006-09磨削工艺系统 182006-09磨削工艺系统192006-09思考题n思考目前生产线的磨削工艺体系是什么样的?2006-0920二、磨削原理212006-09磨粒的切削刃形状n磨粒的
7、形状:近似于多棱锥体形状 bhl222006-09磨粒的切削刃形状M1GC#4000LP磨石放大500倍232006-09磨削的特点 n1、砂轮表面上同时参与切削的有效磨粒数不确定 n2、磨刃的前角多是负前角 n3、一颗主要有粒切下的磨屑体积很小 n4、磨削速度很高 n5、磨削加工的力比值较大 (FN/FT=3-14)n6、砂轮有自锐作用 242006-09负前角负前角正前角252006-09磨削过程的三个阶段 n1)滑擦阶段:材料弹性变形n 2)耕犁阶段:材料塑性滑移n 3)切削形成阶段:形成磨屑262006-09磨削过程的三个阶段2006-0927三、磨料磨具及选择使用282006-09磨
8、具的结构n磨具的定义: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。292006-09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。 3气孔磨具中存在的空隙,磨削时起着容纳磨屑和散热的作用。并可容纳冷却液,有助于磨削热量的散逸302006-09磨具的结构气孔结合剂312006-09磨具的结构磨粒磨粒322006-09磨具的分类基本形状和使用方法 固结磨具砂轮、磨头、油石涂附磨具 砂布、砂纸、砂带、页轮 结合剂种类无机磨具陶瓷结合剂磨具、金属结
9、合剂磨具、菱苦土结合剂磨具 有机磨具树脂结合剂磨具、橡胶结合剂磨具。 磨料性能氧化物系磨具棕刚玉磨具、白刚玉磨具、天然刚玉磨具、锆刚玉磨具 碳化物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332006-09基体基体粘性粘性材料材料342006-09磨具的分类外圆磨砂轮 绿碳化硅无芯磨砂轮352006-09磨具的分类水磨砂轮 内圆磨砂轮 362006-09CBN氮化硼砂轮 磨具的分类372006-09磨料的分类系别名称代号刚玉棕
10、刚玉A白刚玉WA单晶刚玉SA微晶刚玉MA铬刚玉PA锆刚玉ZA黑刚玉BA碳化物黑碳化硅C绿碳化硅GC立方碳化硅SC碳化硼BC超硬磨料金刚石RVD/MBD/SCD/SMD/DMD/M-SD立方氮化硼CBNM-CBN382006-09磨料的分类392006-09磨料的分类402006-09磨料的分类412006-09磨料的分类422006-09磨料的选择棕刚玉矾土+无烟煤+铁屑电弧炉熔化而成,94.5%-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432006-
11、09磨料的选择黑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。绿色碳化硅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。442006-09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
12、粘性大的金属材料452006-09磨料的选择n选择原则 n1)被加工工件材料物理力学性能 n2)考虑工件材料与磨料之间的化学反应性能n3)磨料与工件材料之间的化学亲和作用 462006-09磨料的粒度n加工后的磨粒,按颗粒尺寸大小,分为41个粒度号。n4#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。nW63W0.5 之间有14个粒度号,是用水力进行分级的。472006-09粒度号公称尺寸/m适用范围粒度号公称尺寸/m适用范围8#2800-2360磨钢锭,打磨铸件毛刺,切断钢坯100#150-125半精磨/精磨/成
13、形磨/刀具刃磨和珩磨120#125-10610#2360-2000150#106-75180#90-6312#2000-1700220#75-5314#1700-1400240#75-5316#1400-1180磨钢锭,打磨铸件毛刺,切断钢坯W6360-50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W5050-4020#1180-1000W4040-2822#1000-850W2828-2024#850-710W2020-1430#710-600内外圆/平面/无心磨和刀具刃磨等一般磨削W14141036#600-500W1010740#500-425W
14、77546#425-355W505-3.554#355-300内外圆/平面/无心磨和刀具刃磨等一般磨削W3.53.5-2.560#300-250W2.52.5-1.570#250-212W1.51.5-180#212-180W11-0.590#180-150W0.50.5482006-09磨料的粒度 生产线使用的磨石粒度n#2000基本粒6.7+/-0.6mn#3000基本粒4+/-0.5mn#4000基本粒3+/-0.4m492006-09磨料粒度的选择 n主要考虑磨削效率和工件表面粗糙度的要求。一般根据: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
15、料的硬度6、切除余量7、磨床的刚性502006-09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。 512006-09磨具的硬度n硬度分级(GB/T2484-1994)nA、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、Y。(由软至硬19级)522006-09磨具的硬度n思考n比较:C2000#-M1GC4000#LP硬度的不同是否同结合剂有关? 532006-09磨具硬度选择 n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
16、大的磨损,保证磨削时不产生过高的磨削温度。 542006-09磨具硬度选择n基本方法:n工件硬度高,磨具的硬度就要低;n工件硬度低,磨具的硬度就要高。n工件材料软,韧性大时,应选粒度粗硬度软的磨具552006-09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562006-09磨具硬度选择 磨具硬度过高或过低的不利影响:磨具硬度过高磨粒不易脱落磨具工件间摩擦力增加磨具易磨钝/发热频繁修整导致浪费磨具硬度过低磨粒易脱落造成不必要的磨损工作面不均匀影响加工精度572006-09磨具硬度选择n思考:n工件表面出现的划痕,常与磨具硬度选择
17、有关。当磨具硬度太软时,磨粒容易脱落,于是,由于挤压或摩擦作用,脱落的磨粒会划伤工件表面。实际工作中B1产生,正反转能消除B1,新磨石B1较多是否与此有关? 582006-09磨具结合剂n磨具结合剂的主要作用:将众多细小的磨粒粘在一起组成磨具,使用具有一定的形状和必要的强度硬度,磨削时,磨粒在结合剂的支撑下,可以对工件进行切削,当磨粒磨钝时又能使磨粒及时破碎或脱落,使磨具保持良好的磨削性能。592006-09磨具结合剂n磨具结合剂种类、代号、组成、特点名称代号组成特点陶瓷结合剂A可塑性材料+瘠性材料+催熔材料焙烧后形成便宜/最广/好的耐热性和化学稳定性,耐水/油/酸/碱/脆性大弹性差,寿命长,
18、结合剂用量少,气孔率高。成型磨树脂结合剂B酚醛树脂、聚酰胺树脂等人造树脂。广/有弹性,强度较高,粗精磨,磨削时发热量低,粗糙度值低。抗热性及抗碱性较差,自锐性好,平面磨增强树脂结合剂BF橡胶结合剂R人工合成橡胶或天然橡胶强度高,弹性大,组织较密,气孔小,耐油性差,可制成薄片砂轮,RA低(0.2mm)增强橡胶结合剂RF菱苦土结合剂Mg氧化铁、氧化镁强度差,自锐性好,易水解,不适于湿磨金属结合剂M有青铜、铸铁基、电镀金属结合剂强度高,耐磨性好,磨损少寿命长、能承受较大负荷,自锐性差602006-09磨具结合剂n生产线使用的是PVA结合剂,是一种变形树脂n(聚乙烯醇/水解/变形)n生产线使用的磨石颜
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