1、金属切削原理与刀具磨削金属切削原理与刀具磨削一一、砂轮、砂轮:由磨料加结合剂用烧结的方法由磨料加结合剂用烧结的方法而制成的多孔物体。而制成的多孔物体。1.磨料磨料:起切削作用，起切削作用，2.结合剂结合剂:把磨料结合起来，使之具有一定的形状、硬度和强度。把磨料结合起来，使之具有一定的形状、硬度和强度。3.气孔气孔:结合剂没有填满磨料之间的全部空间，因而有气孔存在。结合剂没有填满磨料之间的全部空间，因而有气孔存在。.1 砂砂 轮轮第1页/共67页二二、砂轮的、砂轮的基本参数基本参数磨料的种类、磨料颗粒大小、结合剂的种类、砂轮硬度及组成磨料的种类、磨料颗粒大小、结合剂的种类、砂轮硬度及组成三、三、
2、砂轮的特性砂轮的特性 磨料、粒度、硬度、结合剂、组织以及形状和尺寸等磨料、粒度、硬度、结合剂、组织以及形状和尺寸等 第2页/共67页一般含杂质多，质地不匀；天一般含杂质多，质地不匀；天然金刚石虽好，但价格昂贵。然金刚石虽好，但价格昂贵。目前主要采用人目前主要采用人造磨料。造磨料。氧化物系氧化物系:主要成分为主要成分为Al2O3碳化物系碳化物系:以碳化硅、碳化硼为基以碳化硅、碳化硼为基体，体，添加的金属元素添加的金属元素 超硬磨料系超硬磨料系:主要有人造金主要有人造金刚石和立方氮化硼。刚石和立方氮化硼。第3页/共67页系系别别名称名称代号代号颜颜 色色性性 能能适适 用用 范范 围围氧氧化化物物
3、棕刚玉棕刚玉白刚玉白刚玉铬刚玉铬刚玉AWAPA棕褐色棕褐色白色白色玫瑰红色玫瑰红色硬度较低硬度较低,韧性韧性较好较好较较A硬度高硬度高,磨磨粒锋利粒锋利,韧性差韧性差韧性比韧性比WA好好磨削碳素钢磨削碳素钢,合金刚合金刚,可锻铸铁与青铜可锻铸铁与青铜磨削淬硬的高碳钢磨削淬硬的高碳钢,合合金钢金钢,高速钢高速钢,磨削薄磨削薄壁零件壁零件,成形零件成形零件碳碳化化物物黑碳化黑碳化硅硅绿碳化绿碳化硅硅碳化硼碳化硼CGCBC黑色带光泽黑色带光泽绿色带光泽绿色带光泽比刚玉类硬度比刚玉类硬度高高,导热性好导热性好,但但韧性差韧性差较较C硬度高硬度高,导导热性好热性好,韧性较韧性较差差磨削铸铁磨削铸铁,黄铜
4、黄铜,耐火耐火材料及其它非金属材材料及其它非金属材料料磨削硬质合金磨削硬质合金,宝石宝石,光学玻璃光学玻璃研磨硬质合金研磨硬质合金超超硬硬磨磨料料人造金人造金刚石刚石立方氮立方氮化硅化硅DCBN白白,淡绿淡绿,黑黑色色棕黑色棕黑色硬度最高硬度最高,耐热耐热性较性较硬度仅次于硬度仅次于D韧性较韧性较D好好研磨硬质合金研磨硬质合金,光学光学玻璃玻璃,宝石宝石,陶瓷等高陶瓷等高硬度材料硬度材料磨削高性能高速钢磨削高性能高速钢,不不锈钢锈钢,耐热钢及其它难耐热钢及其它难加工材料加工材料表表5-1砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择1 1磨料磨料第4页/共67页粒度粒度 表示磨料颗粒的大小表示磨料颗粒的
5、大小1一般磨粒一般磨粒2微细磨粒微细磨粒粒度号粒度号-磨粒刚好可通过的筛网磨粒刚好可通过的筛网每英寸长度上（每英寸长度上（25.4mm）上的孔）上的孔眼数。单位称为眼数。单位称为“目目”。粒度号越大，磨粒的实际尺寸越粒度号越大，磨粒的实际尺寸越小小 粒度号粒度号-在显微镜下测得的该颗粒在显微镜下测得的该颗粒最大尺寸的微米数。最大尺寸的微米数。粒度号越大，微粉颗粒尺寸越大。粒度号越大，微粉颗粒尺寸越大。第5页/共67页类类别别粒度号粒度号适适 用用 范范 围围磨磨粒粒8#10#12#14#16#20#22#24#30#36#40#46#54#60#70#80#90#100#120#150#180
6、#220#240#荒磨荒磨一般磨削一般磨削,加工表面粗糙度可达加工表面粗糙度可达Ra0.8m半精磨半精磨,精磨和成型磨削精磨和成型磨削,加工表面粗糙度加工表面粗糙度可达可达Ra0.80.16m精磨精磨,精密磨精密磨,超精磨超精磨,成型磨成型磨,刀具刃磨刀具刃磨,珩珩磨磨微微粉粉W63 W50 W40 W28W20 W14 W10 W7 W5 W3.5 W2.5 W1.5 W1.0 W0.5精磨精磨,精密磨精密磨,超精磨超精磨,珩磨珩磨,螺纹磨螺纹磨超精密磨超精密磨,镜面磨镜面磨,精研精研,加工表面粗糙度可加工表面粗糙度可达达Ra0.050.012m表表5-1 砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选
7、择2 2粒度粒度第6页/共67页结合剂结合剂把磨粒固结成磨具的材料把磨粒固结成磨具的材料耐热、耐蚀、耐潮、气孔率大、保持廓形好，耐热、耐蚀、耐潮、气孔率大、保持廓形好，最常用最常用 。但其性脆，韧性及弹性较差，不能承。但其性脆，韧性及弹性较差，不能承受侧面弯扭力，有宜用于切断砂轮。受侧面弯扭力，有宜用于切断砂轮。强度高、弹性好，很适用于切断、开槽等高速强度高、弹性好，很适用于切断、开槽等高速磨削。但其耐热性、耐蚀性差、气孔率小，易磨削。但其耐热性、耐蚀性差、气孔率小，易糊塞、磨损快、易失去廓形。糊塞、磨损快、易失去廓形。比树脂有更好的弹性和硬度，可制造比树脂有更好的弹性和硬度，可制造0.1mm
8、的的薄砂轮，使用于切断、开槽、无心磨的导轮。薄砂轮，使用于切断、开槽、无心磨的导轮。抗张力强度高，型面保持性好，有一定韧性，但抗张力强度高，型面保持性好，有一定韧性，但自锐性差，主要用于制造金刚石砂轮，粗、精磨自锐性差，主要用于制造金刚石砂轮，粗、精磨硬质合金，以及磨削与切断光学玻璃、宝石、陶硬质合金，以及磨削与切断光学玻璃、宝石、陶瓷、半导体等材料。瓷、半导体等材料。第7页/共67页表表5-1 砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择3 3结合剂结合剂名称名称代号代号特特 性性适适 用用 范范 围围陶瓷陶瓷V耐热耐热,耐油和耐酸耐油和耐酸,碱的侵蚀碱的侵蚀,强度较高强度较高,较脆较脆除薄片砂轮外
9、除薄片砂轮外,能制成各种砂轮能制成各种砂轮树脂树脂B强度高强度高,富有弹性富有弹性,具有一定具有一定抛光作用抛光作用,耐热性差耐热性差,不耐酸不耐酸碱碱荒磨砂轮荒磨砂轮,磨窄槽磨窄槽,切断用砂轮切断用砂轮,高速砂轮高速砂轮,镜面磨砂轮镜面磨砂轮橡胶橡胶R强度高强度高,弹性更好弹性更好,抛光作用抛光作用好好,耐热性差耐热性差,不耐油和酸不耐油和酸,易易睹塞睹塞磨削轴承沟道砂轮磨削轴承沟道砂轮,无心磨导轮无心磨导轮,切割薄片砂轮切割薄片砂轮,抛光砂轮抛光砂轮第8页/共67页砂轮的硬度砂轮的硬度磨粒与结合剂的粘固程度磨粒与结合剂的粘固程度在磨削力的作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。在磨削力的作用
10、下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。砂轮硬，磨粒较难脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。砂轮硬，磨粒较难脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。砂轮组织较疏松，工件材料较硬，砂轮与工件磨削接触面较大砂轮组织较疏松，工件材料较硬，砂轮与工件磨削接触面较大，砂轮气孔率较低时，需选用较软的砂轮。，砂轮气孔率较低时，需选用较软的砂轮。半精磨与粗磨相比，树脂与陶瓷相比，选用的砂轮硬度低些。半精磨与粗磨相比，树脂与陶瓷相比，选用的砂轮硬度低些。第9页/共67页等级等级超软超软软软中软中软中中中硬中硬硬硬超硬超硬代号代号DEFGHJKLMNPQRSTY选择选择磨位淬硬钢选用磨位淬硬钢选用LN,磨淬火合金钢选用磨淬火合金钢选用HK
11、,高表面质量磨削时选用高表面质量磨削时选用KL,刃磨硬质合金刀具选用刃磨硬质合金刀具选用HJ表表5-1 砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择4 4硬度硬度第10页/共67页砂轮的组织砂轮的组织砂轮结构的紧密或疏松程度砂轮结构的紧密或疏松程度用颗粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系来表示用颗粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系来表示 磨粒在砂轮体积中所占比例越大，砂轮的组织越紧密磨粒在砂轮体积中所占比例越大，砂轮的组织越紧密，气孔越小；反之，组织疏松，气孔越小；反之，组织疏松紧密类砂轮，气孔率小，使砂轮变硬，容屑空间小，紧密类砂轮，气孔率小，使砂轮变硬，容屑空间小，容易被磨屑堵塞，磨削效率较低。但可
12、承受较大的磨容易被磨屑堵塞，磨削效率较低。但可承受较大的磨削压力，砂轮廓形可保持较久。削压力，砂轮廓形可保持较久。一般组织，一般磨削一般组织，一般磨削 磨粒占的比例越小，气孔越大，砂轮越不易被切屑堵磨粒占的比例越小，气孔越大，砂轮越不易被切屑堵塞，切削液和空气也易进入磨削区，使磨削区温度降塞，切削液和空气也易进入磨削区，使磨削区温度降低，工件因发热而引起的变形和烧伤减小，但疏松类低，工件因发热而引起的变形和烧伤减小，但疏松类砂轮易失去正确廓形，降低成型表面的磨削精度，增砂轮易失去正确廓形，降低成型表面的磨削精度，增大表面粗糙度。大表面粗糙度。第11页/共67页组织号组织号01234567891
13、011121314磨粒率磨粒率(%)626058565452504846444240383634分类分类紧密类紧密类中等中等疏松类疏松类用途用途成型磨削成型磨削,精密精密磨削磨削磨削淬火钢磨削淬火钢,刀具刀具刃磨刃磨磨削韧性大而硬度不磨削韧性大而硬度不高材料高材料磨削热磨削热敏性大敏性大的材料的材料表表5-1 砂轮特性及用途选择砂轮特性及用途选择5 5砂轮的组织砂轮的组织第12页/共67页 砂轮的形状、尺寸及用途砂轮的形状、尺寸及用途 为便于对砂轮管理和选用，通常将砂轮的形状、尺寸为便于对砂轮管理和选用，通常将砂轮的形状、尺寸和特性标注在砂轮端面上和特性标注在砂轮端面上外径外径厚度厚度内径内径
14、其顺序为：其顺序为：形状、形状、尺寸尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许的最高、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许的最高工作圆周线速度工作圆周线速度 如：砂轮如：砂轮P3003075WA60L6V35 第13页/共67页砂轮种类砂轮种类形状代号形状代号断面形状断面形状主要用途主要用途平形砂轮平形砂轮P磨外圆、内圆，无心磨，磨外圆、内圆，无心磨，刃磨刀具等刃磨刀具等双斜边砂轮双斜边砂轮OSX磨齿轮及螺纹磨齿轮及螺纹双面凹砂轮双面凹砂轮PSA磨外圆，刃磨刀具，无磨外圆，刃磨刀具，无心磨心磨切断砂轮切断砂轮(薄片砂轮薄片砂轮)PB切断及切槽切断及切槽筒形砂轮筒形砂轮N端磨平面端磨平面
15、杯形砂轮杯形砂轮B磨平面、内圆，刃磨刀磨平面、内圆，刃磨刀具具碗形砂轮碗形砂轮BW刃磨刀具，磨导轨刃磨刀具，磨导轨碟形砂轮碟形砂轮D磨齿轮，刃磨铣刀、拉磨齿轮，刃磨铣刀、拉刀、铰刀刀、铰刀表表5-2 常用砂轮的形状、代号及用途举例常用砂轮的形状、代号及用途举例第14页/共67页有效磨粒切削有效磨粒切削刃刃 无效磨粒切削刃无效磨粒切削刃 有效磨粒切削刃有效磨粒切削刃只为静态切削刃总只为静态切削刃总数的数的5%12%；一个磨粒可能有一个磨粒可能有几个有效切削刃与几个有效切削刃与工件接触，有工件接触，有60%的有效切削刃分布的有效切削刃分布在不同磨粒上面。在不同磨粒上面。5.2 砂轮表面形貌图砂轮表
16、面形貌图图图5.3砂轮表面形貌图砂轮表面形貌图第15页/共67页5.3 磨削过程磨削过程磨削也是一种切削磨削也是一种切削砂轮可以看作是具有砂轮可以看作是具有极多微小刀齿的铣刀极多微小刀齿的铣刀砂轮本身虽有自锐砂轮本身虽有自锐性性图图5.4磨粒切削过程磨粒切削过程第16页/共67页机床名称机床名称立式铣床立式铣床 车床车床 平面磨床平面磨床 外圆磨床外圆磨床精密外圆磨精密外圆磨床床内圆磨内圆磨床床刻度值刻度值0.050.020.010.0050.0020.002表表5.3 不同机床控制切深机构的刻度值（不同机床控制切深机构的刻度值（mm）使得磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。使得磨粒能够以较
17、锋利的刃口对工件进行切削。第17页/共67页 磨削时的切削力同车削一样，也可以分解为三个互磨削时的切削力同车削一样，也可以分解为三个互相垂直的分力相垂直的分力 工件材料工件材料普通钢普通钢淬硬钢淬硬钢铸钢铸钢Fn/Ft1.61.91.92.62.73.2Fa/Ft0.10.2高的切削速度高的切削速度 负前角切削负前角切削 原因原因第18页/共67页1)主运动主运动砂轮的旋转运动是主运动，砂轮外圆的线速度即主运动速度砂轮的旋转运动是主运动，砂轮外圆的线速度即主运动速度 m/s (5.1)式中式中 d0 砂轮直径（砂轮直径（mm）；）；n0砂轮转速（砂轮转速（r/s）。）。1000/00ndvc0
18、d0d第19页/共67页3)轴向进给运动轴向进给运动2)径向进给运动径向进给运动用径向进给量用径向进给量r表示。表示。(亦称磨削深度亦称磨削深度ap)r指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮径向移动的距离，单位为径向移动的距离，单位为mm/dstr，一般情况下，一般情况下，r=0.0050.02mm/dstr，用轴向进给量用轴向进给量a表示。表示。(亦称磨削深度亦称磨削深度ap)指工件每一转或工作台每一次行程，工件相对砂轮指工件每一转或工作台每一次行程，工件相对砂轮的轴向移动的距离。的轴向移动的距离。一般情况下一般情况下a=(0.20.8)B，B为砂轮宽度
19、，单位为砂轮宽度，单位为为mm；a的单位，圆磨为的单位，圆磨为mm/r，平磨为，平磨为mm/str。第20页/共67页4)圆周进给运动圆周进给运动即工件外圆的线速度即工件外圆的线速度vw 1000/wwwndv式中式中 dw 工件直径（工件直径（mm）;nw工件转速（工件转速（r/s）。）。外圆磨削时外圆磨削时 m/s (5.2)第21页/共67页1)磨削时金属切削率磨削时金属切削率每秒钟金属切除量（亦称为切除率每秒钟金属切除量（亦称为切除率）arwffvQ1000 每秒钟内砂轮每每秒钟内砂轮每1mm宽度所切除的金属量。则称为宽度所切除的金属量。则称为单位砂轮宽度切除率，以单位砂轮宽度切除率，
20、以ZQ表示表示BffvBQZarwQ1000mm3/smm (5.4)mm3/s (5.3)第22页/共67页2)砂轮与工件加工表面的接触弧砂轮与工件加工表面的接触弧长长 影响同时参加磨削的磨粒数目及磨粒负荷影响同时参加磨削的磨粒数目及磨粒负荷 影响磨屑的容纳和排除及冷却条件的改善影响磨屑的容纳和排除及冷却条件的改善 由推导可知平面磨削时的接触弧的长度为由推导可知平面磨削时的接触弧的长度为 mm (5.5)0dflrc第23页/共67页3)砂轮等效直径砂轮等效直径接触弧长相等时外圆（或内圆）砂轮直径换算接触弧长相等时外圆（或内圆）砂轮直径换算成假想的平面磨削时的砂轮直径。成假想的平面磨削时的砂
21、轮直径。意义：如果砂轮等效直径相同，则外圆（内圆）意义：如果砂轮等效直径相同，则外圆（内圆）磨削和平面磨削时的接触弧长相等磨削和平面磨削时的接触弧长相等 外圆磨削时的砂轮等效直径为外圆磨削时的砂轮等效直径为 (5.6)内圆磨削时的砂轮等效直径为内圆磨削时的砂轮等效直径为 (5.7)/(00dddddwwse)/(00dddddwwse第24页/共67页磨削方式磨削方式外圆磨削外圆磨削平面磨削平面磨削内圆磨削内圆磨削径向进给量（即背吃刀量）径向进给量（即背吃刀量）ap（m）252525砂轮直径砂轮直径 d0 （）（）400400400工作直径工作直径 dw （）（）200550砂轮等效直径砂轮等
22、效直径dse (mm)1334001467接触弧长度接触弧长度 lc （m）1.81033.31036103接触时间接触时间 （s）45.610-68010-615010-6sccvlt/表表5.4 5.4 几种磨削方式的等效直径和接触弧长几种磨削方式的等效直径和接触弧长第25页/共67页接触弧长以内圆磨削为最大，平面磨削次之，外接触弧长以内圆磨削为最大，平面磨削次之，外圆磨削最小。圆磨削最小。内圆磨削的砂轮耐用度最大，平面磨削次之，外内圆磨削的砂轮耐用度最大，平面磨削次之，外圆磨削最小。圆磨削最小。第26页/共67页4)单个磨粒的磨削厚度单个磨粒的磨削厚度意义：磨削厚度大小对磨削力、磨削温度
23、、磨削表面意义：磨削厚度大小对磨削力、磨削温度、磨削表面质量和砂轮的磨损产生很大影响。质量和砂轮的磨损产生很大影响。端面磨削时每个磨粒的最大切削厚度为端面磨削时每个磨粒的最大切削厚度为 (5.8)式中式中m为砂轮每为砂轮每mm圆周长度上的磨粒数（圆周长度上的磨粒数（mm-1）外圆磨削时每个磨粒的最大切削厚度为外圆磨削时每个磨粒的最大切削厚度为 (5.9)式中式中为砂轮角速度为砂轮角速度0max/)/2(dfBmfhrcawDgwcrcawDgdfdfBfh/)/2(0max第27页/共67页 工件速度工件速度vw，轴向进给量轴向进给量fa和径向进给量和径向进给量fr增加时，增加时，hDgmax
24、将增加；砂轮速度将增加；砂轮速度vc、砂轮直径砂轮直径d0和砂轮宽度和砂轮宽度B增增大时，大时，hDgmax将减小；砂轮磨粒越细，将减小；砂轮磨粒越细，m就越大，就越大，hDgmax减小。减小。单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，将影响砂轮磨损、磨削温度及被加工零件的表也增大，将影响砂轮磨损、磨削温度及被加工零件的表面质量。面质量。第28页/共67页 磨削时，工件表面被砂轮滑擦、刻划以及砂轮表面比较磨削时，工件表面被砂轮滑擦、刻划以及砂轮表面比较锋利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削过程大致可分为三锋利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切
25、削过程大致可分为三个环节个环节(如图如图5.4)。结论：砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻结论：砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻划和滑擦三种作用的综合。划和滑擦三种作用的综合。磨屑尺寸细小而形状各异。有带状切屑、节状切屑和磨屑尺寸细小而形状各异。有带状切屑、节状切屑和一些熔化后烧尽了的切屑灰烬，还有金属微尘等。一些熔化后烧尽了的切屑灰烬，还有金属微尘等。第29页/共67页1）初磨阶段）初磨阶段2）稳定阶段）稳定阶段3）清磨阶段）清磨阶段 由于机床、工件、夹具工艺系统的弹性变形，实际由于机床、工件、夹具工艺系统的弹性变形，实际磨削深度小于径向进给量磨削深度小于径向进给量 当系统弹性变形达到一定
26、程度后，继续进给时，当系统弹性变形达到一定程度后，继续进给时，其实际磨削深度基本上等于径向进给量。其实际磨削深度基本上等于径向进给量。由于工艺系统的弹性变形逐渐恢复，使实际磨削深由于工艺系统的弹性变形逐渐恢复，使实际磨削深度大于零。度大于零。第30页/共67页 要提高生产率，应缩短初磨阶段和稳定阶段。要提要提高生产率，应缩短初磨阶段和稳定阶段。要提高表面质量必须保持适当的清磨进给次数和清磨时间。高表面质量必须保持适当的清磨进给次数和清磨时间。图图5.6 磨削过程的三个阶段磨削过程的三个阶段第31页/共67页5.4 磨削力及功率磨削力及功率图图5.7 磨削的受力情况磨削的受力情况111AFR22
27、2AFR333AFR第32页/共67页#磨粒切削时，作用在磨粒上的力可以分解成两个分力即磨粒切削时，作用在磨粒上的力可以分解成两个分力即法向力法向力Fn和切向力和切向力Ft。并为结合剂桥上的结合力所平衡，。并为结合剂桥上的结合力所平衡，如图如图5.7所示。所示。磨粒所承受的合力磨粒所承受的合力FR与结合剂桥上抗力与结合剂桥上抗力FR的合力的合力不一定在同一平面内；因此，有可能产生力矩不一定在同一平面内；因此，有可能产生力矩M，使磨粒，使磨粒脱落；脱落；磨粒本身受到剪力也可能崩裂。磨粒本身受到剪力也可能崩裂。磨粒所受的应力决定于受力的强弱，它与切削截磨粒所受的应力决定于受力的强弱，它与切削截面积
28、、工件材料性质等磨削条件有关；受力的频面积、工件材料性质等磨削条件有关；受力的频率则与砂轮转速有关率则与砂轮转速有关第33页/共67页 磨粒的顶尖角多为磨粒的顶尖角多为9090120120，其前刀面实际，其前刀面实际上是一个空间曲面。磨粒实际上多数在粒端负前角下上是一个空间曲面。磨粒实际上多数在粒端负前角下切削工件。该前角多数为切削工件。该前角多数为o=-70o=-70-89-89之间。之间。用负前角硬质合金刀具模拟磨粒，对含少许锰、铬用负前角硬质合金刀具模拟磨粒，对含少许锰、铬、镍的低碳钢，在、镍的低碳钢，在ap=0.010.025mm，切削速度，切削速度v=200600m/min时，金属流
29、动情况示意如图时，金属流动情况示意如图5.8所示所示。由于磨粒具有负前角，刃端具有由于磨粒具有负前角，刃端具有值，而切削厚度又值，而切削厚度又很薄，故磨粒对工件的切削条件很差。实际上是滑擦、很薄，故磨粒对工件的切削条件很差。实际上是滑擦、刻划、产生指向工件表层的很大的塑性变形区。到一定刻划、产生指向工件表层的很大的塑性变形区。到一定温度后，才形成切屑沿前刀面流出温度后，才形成切屑沿前刀面流出 第34页/共67页图图5.8 负前角切削时的金属流动负前角切削时的金属流动 金属流分为两金属流分为两路路 一路进入刀具下一路进入刀具下面面一路沿前刀面上升而成为切屑一路沿前刀面上升而成为切屑1.一直到一直
30、到-75的前角，刀具仍可切出切屑来。的前角，刀具仍可切出切屑来。2.在在-85前角时，刀具就仅仅擦过和刻划工件，前角时，刀具就仅仅擦过和刻划工件，第35页/共67页图图5.9 负前角与切削力的关系负前角与切削力的关系 前角为负值时，法向力前角为负值时，法向力Fn均大于切向力均大于切向力Ft,尤以尤以o=-50之后为甚，之后为甚，Fn/Ft=15左右。左右。第36页/共67页也可以磨削力分解成也可以磨削力分解成x方向和方向和y方向的分力方向的分力Fx,Fy。Fy可用以计算进给功率；可用以计算进给功率；Fx则是设计机床床身和箱体的重要数据。则是设计机床床身和箱体的重要数据。可以把磨削力分解为径向力
31、可以把磨削力分解为径向力Fn和切向力和切向力Ft 以前研究磨削过程时，常常假设所有的磨粒都处于以前研究磨削过程时，常常假设所有的磨粒都处于同一圆同一圆周面上周面上，磨粒间，磨粒间距离都相等距离都相等，而且工件是，而且工件是绝对平滑绝对平滑的的 实际上，工件有着一定的实际上，工件有着一定的粗糙度粗糙度，砂轮磨粒是，砂轮磨粒是三维三维分布的分布的 第37页/共67页图图5.10 磨削力磨削力(a)外圆圆磨外圆圆磨 (b)切入磨切入磨 (c)平面磨平面磨 (d)端面磨端面磨第38页/共67页工件材料工件材料普通钢普通钢淬硬钢淬硬钢铸钢铸钢1.61.91.92.62.73.20.10.2tnFF/ta
32、FF/表表5.5 磨削分力的比值磨削分力的比值材料硬度高时，比值大些材料硬度高时，比值大些 表中表中Fa为轴向切削分力为轴向切削分力 第39页/共67页成形磨削时的磨削力成形磨削时的磨削力Fn、Ft与磨削用量与磨削用量ap、vf的关系的关系 ap增加时，增加时，Fn及及Ft均增加；均增加；vf增加时，增加时，Fn及及Ft均有所减小均有所减小 工件速度工件速度vw与平均接触压力与平均接触压力p 和比磨削能和比磨削能uc 的关系的关系磨削力与磨削时间磨削力与磨削时间tc 的关系的关系 磨削力随着磨削时间磨削力随着磨削时间tc的延长而不断增大的延长而不断增大磨下单位体积金属时所消耗的磨下单位体积金属
33、时所消耗的能量称为比磨削能能量称为比磨削能 第40页/共67页图图5.11 成形磨削时的磨削力与磨削用量的关系成形磨削时的磨削力与磨削用量的关系 砂轮：砂轮：WA80K10V，工件：中碳钢；单位宽度磨，工件：中碳钢；单位宽度磨除率：除率：Z=4mm/（mms）；修整速比：）；修整速比：qd=0.5；砂轮速度：；砂轮速度：vc=30mm/s；砂轮半锥角；砂轮半锥角=60第41页/共67页 图图5.12 vw与与p及及uc的关系的关系砂轮粒度：砂轮粒度：30，磨削深度：，磨削深度：ap=0.025mm 精密磨削时的精密磨削时的比磨削能可能为比磨削能可能为车削时的车削时的“比切比切削能削能”的的20
34、30倍倍 第42页/共67页功率消耗很大功率消耗很大主运动所消耗的功率为主运动所消耗的功率为Pm（国际为（国际为Pc）81.936.175stmvFP kW (5.10)式中式中Ft砂轮的切向力（砂轮的切向力（N）；）；vs砂轮线速度（砂轮线速度（m/s）。）。砂轮硬度较高时，功率消耗大些；砂轮硬度较高时，功率消耗大些；同一种工件材料的硬度较高时，功率消耗小些同一种工件材料的硬度较高时，功率消耗小些 第43页/共67页5.5 磨削温度磨削温度磨削表面的热损伤磨削表面的热损伤 表现表现为为热裂纹热裂纹 热变形热变形残余应力残余应力 精度差精度差第44页/共67页磨削时消耗能量磨削时消耗能量滑擦滑
35、擦能能刻划刻划能能切屑形成能切屑形成能 剪切能剪切能(75%左左右右)摩擦能摩擦能(25%左右左右)接近于工件金属接近于工件金属的熔化能的熔化能有有45%55%传入工件传入工件 有有75%左右传入工左右传入工件件 有有69%左右传入工件左右传入工件 第45页/共67页图图5.13 磨粒与工件磨粒与工件 第46页/共67页图图5.14磨粒切削刃附近工件表面温度分析磨粒切削刃附近工件表面温度分析 由于切屑形成及刻划引起的温度变化由于切屑形成及刻划引起的温度变化 磨粒与磨粒与工件摩擦时引起的温度变化工件摩擦时引起的温度变化 +两者的叠加两者的叠加图图5.13中的中的A点与图点与图5.14的的A点相对
36、应。点相对应。第47页/共67页 由于磨粒的负前角绝对值很大，在剪切面由于磨粒的负前角绝对值很大，在剪切面AB附近的附近的金属只有在很高的温度下，当材料具有很大的塑性，即金属只有在很高的温度下，当材料具有很大的塑性，即在高温粘性在高温粘性塑性（塑性（Viscous-Plastic）变形状态下才能朝）变形状态下才能朝前刀面上流出而成为切屑。前刀面上流出而成为切屑。上两图对应分上两图对应分析得出结论析得出结论 单颗磨粒的切削温度常常达到了金属的熔点。试验单颗磨粒的切削温度常常达到了金属的熔点。试验研究指出：对于每一种金属材料，其磨屑形成的温度是研究指出：对于每一种金属材料，其磨屑形成的温度是一个常
37、数一个常数(碳钢是碳钢是1500，钛合金是，钛合金是1650)在如此高温在如此高温下的磨屑，当飞出磨削区后，就往往在空气中强烈燃烧下的磨屑，当飞出磨削区后，就往往在空气中强烈燃烧或氧化而迸发火花。或氧化而迸发火花。第48页/共67页工件表面烧伤工件表面烧伤加工表面的残余应力加工表面的残余应力表面粗糙度表面粗糙度 三个方面三个方面第49页/共67页 由于磨削时产生高温，使工件由于磨削时产生高温，使工件加工表面的金属组织发生相变，加工表面的金属组织发生相变，其硬度和塑性等发生变化，这种其硬度和塑性等发生变化，这种表层变质表层变质的现象的现象 烧伤的表面呈黄褐色或黑色，它是工烧伤的表面呈黄褐色或黑色
38、，它是工件表面在高温下形成的氧化膜，件表面在高温下形成的氧化膜，回火烧回火烧伤伤二次淬火烧伤二次淬火烧伤 表面会变软，随后被工件深处表面会变软，随后被工件深处较冷的基体淬硬而得到马氏体较冷的基体淬硬而得到马氏体硬层硬层 砂轮上磨损面积超过砂轮上磨损面积超过总工作面积的总工作面积的4%时，就时，就会出现烧伤。会出现烧伤。第50页/共67页 工件表面烧伤的表征工件表面烧伤的表征是磨削力增加、砂是磨削力增加、砂轮磨损率增加和加工表面质量变差。表面烧轮磨损率增加和加工表面质量变差。表面烧伤损坏了零件表层组织，影响零件的质量和伤损坏了零件表层组织，影响零件的质量和寿命。寿命。减小和防止烧伤的主要措施减小
39、和防止烧伤的主要措施是：减小磨是：减小磨削过程中热量的产生和加速热量的散发；正削过程中热量的产生和加速热量的散发；正确选择砂轮，以及保持砂轮良好的切削性能；确选择砂轮，以及保持砂轮良好的切削性能；选择合理切削用量；采用好的切削液及正确选择合理切削用量；采用好的切削液及正确的润滑方法。的润滑方法。第51页/共67页残余拉应力残余拉应力 残余压应力残余压应力 可提高零件的疲劳强度和耐磨性可提高零件的疲劳强度和耐磨性 使零件表面翘曲，强度降低使零件表面翘曲，强度降低,甚至会产生裂纹甚至会产生裂纹 低的工件速度、硬而钝的砂轮、干磨或用水溶性乳低的工件速度、硬而钝的砂轮、干磨或用水溶性乳化液磨削，高的切
40、入进给率和高的砂轮表面速度。化液磨削，高的切入进给率和高的砂轮表面速度。第52页/共67页5.6 砂轮的磨损与砂轮的修整砂轮的磨损与砂轮的修整 砂轮上有多层磨粒，常用砂轮可能为砂轮上有多层磨粒，常用砂轮可能为200500层左右；磨粒的空间分布参差不齐，在磨削时，磨粒经受着变化的层左右；磨粒的空间分布参差不齐，在磨削时，磨粒经受着变化的机械负荷机械负荷和和热负荷热负荷，其切削刃不断受到磨损和碎裂，当磨粒磨钝至有可能产生，其切削刃不断受到磨损和碎裂，当磨粒磨钝至有可能产生工件烧伤工件烧伤或或表面质量变差表面质量变差等现象时，砂轮就要重新修整。等现象时，砂轮就要重新修整。第53页/共67页破碎磨损破
41、碎磨损 磨耗磨损磨耗磨损磨粒一层一层被磨磨粒一层一层被磨掉掉 磨粒的破碎或者结合剂的破碎磨粒的破碎或者结合剂的破碎 消耗砂轮的重量较大消耗砂轮的重量较大 对砂轮影响较大对砂轮影响较大 砂轮磨损后砂轮磨损后会使磨削效率降低，磨削表面质会使磨削效率降低，磨削表面质量下降；同时发生振动和噪声，应及时修整。量下降；同时发生振动和噪声，应及时修整。第54页/共67页磨削种磨削种类类外圆磨外圆磨内圆磨内圆磨平面磨平面磨成型磨成型磨耐用度耐用度（s）120024006001500600表表5.6 砂轮常用合理耐用度值砂轮常用合理耐用度值精磨时，耐用度可用磨削出的工件数目来表示精磨时，耐用度可用磨削出的工件数
42、目来表示 砂轮耐用度砂轮耐用度 砂轮相邻两次修整间的加工时间，砂轮相邻两次修整间的加工时间，用秒来表示用秒来表示 第55页/共67页三类修整工具三类修整工具本身不作旋转本身不作旋转 ad一般用一般用0.0050.1mm,轴向进给轴向进给f fa a可用可用0.050.4mm。钢的或硬质合金的挤压轮钢的或硬质合金的挤压轮 砂轮与挤压轮没有相对速度砂轮与挤压轮没有相对速度 本身作回转运动或直线运动本身作回转运动或直线运动 对机床结构和刚度有较严格要求对机床结构和刚度有较严格要求 第56页/共67页图图5.17 用金刚石笔修整砂轮用金刚石笔修整砂轮 第57页/共67页a)三个调节量子力学三个调节量子
43、力学 b)四个调节量四个调节量 图图5.18 金刚石滚轮的修整方式金刚石滚轮的修整方式第58页/共67页 a)滚轮形状与工件形状相同滚轮形状与工件形状相同 b)用滚轮作仿形修整用滚轮作仿形修整 图图5.19 成形砂轮的修整成形砂轮的修整第59页/共67页5.7 先进磨削方法简介先进磨削方法简介 提高效率提高效率高速磨削高速磨削强力磨削强力磨削砂带磨削砂带磨削 常用常用 第60页/共67页高速磨高速磨削削砂轮线速度高于砂轮线速度高于45m/s的磨削的磨削一般为一般为5060m/s 特特点点2.2.单位时间磨除量可以增加单位时间磨除量可以增加 1.1.磨粒的当量切削厚度变薄磨粒的当量切削厚度变薄
44、磨粒的负荷减轻，砂磨粒的负荷减轻，砂轮耐用度提请；轮耐用度提请；磨削表面粗糙度减小；磨削表面粗糙度减小；法向磨削力减小，工法向磨削力减小，工件精度可较高件精度可较高。第61页/共67页注意事项注意事项 砂轮主轴转速必须随线速度的提高而相应提高，砂轮主轴转速必须随线速度的提高而相应提高，砂轮传动系统功率必须足够，机床刚性必须足够，并砂轮传动系统功率必须足够，机床刚性必须足够，并注意减小振动；注意减小振动；砂轮速度必须足够，保证在高速旋转下不会破砂轮速度必须足够，保证在高速旋转下不会破裂；除应经过静平衡试验外，最好采用砂轮动平衡装裂；除应经过静平衡试验外，最好采用砂轮动平衡装置；砂轮必须有适当的防
45、护罩；置；砂轮必须有适当的防护罩；必须具有良好的冷却条件，有效的排屑装置，必须具有良好的冷却条件，有效的排屑装置，并注意防止切削液飞溅。并注意防止切削液飞溅。第62页/共67页又叫大切深缓进给磨削又叫大切深缓进给磨削 以较大的切削深度以较大的切削深度（可达（可达30mm或更多一些）或更多一些）和很低的工作台进给速度和很低的工作台进给速度（3300mm/min）磨削磨削工件，经一次或数次走刀即可磨到所要求的尺寸形工件，经一次或数次走刀即可磨到所要求的尺寸形状精度状精度.适于磨削高硬度高韧性的材料适于磨削高硬度高韧性的材料如如耐热合金、不耐热合金、不锈钢、高速钢等的型面和沟槽。锈钢、高速钢等的型面
46、和沟槽。第63页/共67页机械效率为机械效率为96%在机床中处于领先地位在机床中处于领先地位 适适用用特特点点用于粗磨钢锭、钢板、磨削难加工材料和难加工型用于粗磨钢锭、钢板、磨削难加工材料和难加工型面，特别是磨削大尺寸薄板、长径比大的外圆和内面，特别是磨削大尺寸薄板、长径比大的外圆和内孔（直径孔（直径25mm以上）、薄壁件和复杂型面更为优越。以上）、薄壁件和复杂型面更为优越。组组成成 砂带、接触轮、张紧轮、支承轮或工作台砂带、接触轮、张紧轮、支承轮或工作台 第64页/共67页图图5.20 砂带磨削砂带磨削 第65页/共67页（本章主要内容是砂轮的组织特性、参数及其选择，本章主要内容是砂轮的组织
47、特性、参数及其选择，磨削运动与磨削力，磨削温度及选择，以及砂轮的磨损磨削运动与磨削力，磨削温度及选择，以及砂轮的磨损及修整。及修整。1）砂轮的特性包括磨料、粒度、硬度、结合剂、砂轮的特性包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织以及形状和尺寸等。它们对磨削的加工质量、生产组织以及形状和尺寸等。它们对磨削的加工质量、生产效率和经济性影响很大。效率和经济性影响很大。2）磨削是一种由滑擦、刻划和切削三阶段连续形磨削是一种由滑擦、刻划和切削三阶段连续形成的切削，具有精度高、表面粗糙度小、砂轮有自锐作成的切削，具有精度高、表面粗糙度小、砂轮有自锐作用、径向分力较大以及磨削温度高等特点。用、径向分力较大以及磨削温度高等特点。3）砂轮的磨损可分为磨耗磨损和破碎磨损。砂轮的磨损可分为磨耗磨损和破碎磨损。磨损磨损后须修整。后须修整。小结小结第66页/共67页感谢您的观看。感谢您的观看。第67页/共67页
