第11章

磨削與砂輪11.概述磨削質量：一般用于半精加工、精加工。

精度：IT4～IT6，甚至±1微米表面粗糙度：Ra0.8-Ra0.1,甚至Ra0.01

近年來，還用于粗加工和毛坯去硬皮加工重型磨床：磨削余量6mm以上每小時金屬切除量：250～360kg加工材料：除有色金（塑性）金屬外的黑色金屬，特別是硬材料的有效加工手段磨削表面：應用：機床總數的30%--40%磨平面磨孔磨軸磨螺紋花鍵齒輪11.1砂輪的特性及其選擇磨削砂輪的三要要素與五因素砂輪：由堅硬礦物質制成的磨料經過結合劑粘合起來，并經壓坯、干燥、焙燒及車整而成的磨削工具。因此，砂輪由磨料、結合劑及氣孔三要素組成。砂輪的性能由磨料、粒度、結合度、結合劑和組織這五個因素組成。這些稱為砂輪的五因素。1.磨料磨料是制造砂輪的主要原料，

磨料具備的條件硬度高、紅硬性好；有一定的強度和韌性；有鋒利的邊刃砂輪結合劑磨粒磨屑氣孔工件常用的磨料系列

成

分

應用氧化物系

Al2O3鋼件碳化物系

SiCBC鑄鐵、硬質合金、寶石超硬磨料

CBN硬而韌的鋼材金剛石鋼鐵外所有材料磨料種類代號主要特點主要應用范圍棕剛玉A棕褐色，抗破碎能力強，抗氧化、抗腐蝕，韌性強適于磨削抗張強度大的金屬材料，如普通碳素鋼等白剛玉WA潔白的剛玉晶體，有微刃結構，硬度比棕剛玉高，但脆性大，韌性低，切削能力強主要用于淬火鋼、合金鋼的細磨精磨，及磨螺紋及齒輪鉻剛玉PA玫瑰紅色，硬度與白剛玉接近，但韌性高，加工效率高，且加工表面精度、粗糙度高適用于精密刃具、量具、儀表零件。微晶剛玉MA灰色，呈微刃破碎狀態，有較好自銳性，韌性強度較高，適于重負荷磨削，可以磨不銹鋼、碳素鋼、軸承鋼等，也用于精密磨削單晶剛玉SA單晶體，淺玫瑰色或白色，硬度韌性都比白剛玉高，抗破碎能力切削能力強，但造價很高，有污染。適于加工韌性大硬度高的難磨材料，如工具鋼、合金鋼及高釩鋼等鋯剛玉ZA灰白色，韌性大、強度高，耐磨性好適于高速重負荷磨削，特別適宜加工鈦合金及耐熱合金鐠釹剛玉NA磨削性能優于白剛玉適于加工不銹鋼、高速鋼等耐熱合金黑剛玉BA黑色，自銳性好，磨削發熱少，加工表面粗糙度好用于拋光因含鐵高，不適宜做陶瓷磨具黑碳化硅C蘭黑色，硬度高，脆性大，韌性低適宜抗拉強度低的金屬材料及非金屬合金如鑄鐵黃銅綠碳化硅GC綠色透明，純度高、硬度高，脆性大適宜加工硬而脆的的材料如硬質合金、玻璃等立方碳化硅SC黃綠色，等軸晶系，硬度高，顆粒完整性好，切削能力強微型軸承精密研磨及精密軸承鋼和不銹鋼。碳化硼BC黑色，高溫易氧化分解，不易做磨具，單獨使用研磨或拋光硬材料金剛石D硬度高，磨削能力強，導熱性好，磨削力，磨削熱少，，但易發生化學磨損，耐熱性差根據不同牌號（主要有RVD、MBD、SCD、SMD、DMD）加工不同材料立方氮化硼CBN硬度，韌性略低于金剛石，但熱穩定性好，化學惰性高，導熱性能好，磨削效率高對各種材料都有十分優良的磨削效果磨料選擇

磨料硬度：必須選則比工件硬度高，且熱硬度要好；⑵.磨料韌性：主要影響磨具磨削時自銳性；⑶.抗壓強度：影響使用過程中的切削性能；⑷.線膨脹系數：磨料與結合劑線膨脹系數一定要一致，否則將引起砂輪裂紋；⑸.化學成份：直接影響磨料強度、韌性、磨削性能及色澤。如碳化硅磨料其碳化硅含量越高，其磨削性能越好，而棕剛玉中氧化鋁含量不應超過97%，這樣切削力增加，韌性降低。白剛玉中βAl2O3含量高，切削力差。如碳化硅磨具磨鋼材時易與鋼發生強烈的化學反應，所以磨削鋼材時不易采用碳化硅磨具；⑹.磨粒形狀：直接影響有效磨削粒數；⑺.導熱性：影響整個磨具導熱性；⑻.親水性：影響磨具成形能力。2.粒度粒度：磨料顆粒的大小GB/2481.1.2-2006規定F粒度號磨料用于固結磨具、研磨拋光用的顆粒大于63μm粗磨料粒度，用F+粒度號表示；用篩分法區別，以能通過的篩網上1英寸（25.4mm）長度上的篩孔數表示。粒度號越大，則磨粒越細。

用于涂附用的，顆粒小于63μm磨料粒度，磨料粒度號是用水選法生產：稱為微粉分粗磨料Ｆ４－Ｆ２２０，微粉Ｆ２３０－１２００。磨具粒度選擇與工件性質及磨削條件的關系表粒度選擇趨向細←磨具粒度→粗大←粒度號→小工件性質高←工件硬脆→低小←工件材料塑性→大大←工件導熱性→小磨削條件小←接觸面積→大精加工←加工方式→粗加工小←加工效率→大小←砂輪速度→大3.結合劑結合劑：將磨料粘結成各種形狀和尺寸的砂輪材料直接影響砂輪的強度、耐熱性和耐用度。砂輪強度：砂輪在離心力作用下不被破壞的能力，用安全速度表示，一般取30m/s。結合劑的選擇種類

主要成分特點應用場合無機類陶瓷V(A)黏土、生長石、滑石、硼玻璃、硅石等

化學穩定性好、耐酸堿、耐高溫，但脆性大、易碎裂

適宜各類磨削，速度小于35m/s

金屬M(J)青銅

強度高、韌性好，但自礪性差

金剛石砂輪

有機類樹脂B(S)酚醛、環氧

彈性好，但化學穩定性差，不耐酸堿，溫度不能超過200℃

磨狹窄的溝槽、切割磨片、高速磨具

橡膠R(X)人造橡膠

彈性好，但化學穩定性差，不耐酸堿，溫度不能超過200℃

磨狹窄的溝槽、切割磨片、無心磨導輪。

金剛石砂輪金剛石砂輪一般由基體、非金剛石層、金剛石層組成金剛石層內每1㎝3體積內金剛石含量稱為濃度。100%濃度是指金剛石層內每1㎝3體積內金剛石含量為4.39克拉（1克拉=0.2克）。50%濃度是指金剛石層內每1㎝3體積內金剛石含量為2.2克拉。11.1.4.硬度硬度：指砂輪工作時在磨削力作用下磨粒脫落的難易程度。取決于結合劑的結合能力及所占比例，與磨料硬度無關。砂輪自礪性：砂輪上磨粒鈍化后，磨削力增大，表層的磨粒自行脫落，里層有鋒利邊刃的磨料露出，代替磨鈍的磨粒參加磨削。砂輪自礪（銳）性與砂輪硬度有關:硬度高，磨粒不易脫落，自礪性差；硬度低，磨粒易脫落，自礪性好。砂輪硬度的選擇磨削條件

工件硬度

工件種類

加工接觸面

磨削種類

砂輪粒度

高低有色金屬、橡膠、樹脂

淬火鋼

大

小精磨、成形磨

粗磨

細粗砂輪硬度軟特別難磨材料，選用超硬砂輪。

硬有色金屬韌性大，砂輪孔隙易被磨屑堵塞，一般不宜磨削。

軟軟硬硬為了較好的保持砂輪的形狀精度

軟軟硬5.

組織磨料、結合劑、氣孔三者比例關系。磨料的比例越大，則砂輪越緊密磨粒氣孔結合劑砂輪組織選擇組織號01234567891011121314磨粒率(%)626058565452504846444240383634分類緊密類中等疏松類用途成型磨削,精密磨削磨削淬火鋼,刀具刃磨磨削韌性大而硬度不高材料磨削熱敏性大的材料（六）砂輪的標志方法按GB2484—84規定，標志順序如下：磨具形狀、尺寸、磨料、粒度、硬度、組織、結合劑和最高線速度。砂輪標志方法示例如下：

41400×40×60A60L5B35

形狀代號薄片外經D＝400mm

厚度H＝40mm

內徑d＝60mm

磨料（棕剛玉）

60號粒度硬度中軟25號組織樹脂結合劑最高工作線速度（m/s）11.2磨削加工與磨削運動磨削方法：外圓磨內圓磨平面磨無心磨磨削運動：1)主運動，砂輪的旋轉運動Vc即磨削速度，vc↑,Ra↓，但受砂輪的強度限制，常用30－35m/s2)工件旋轉運動Vw又稱圓周進給運動，即工件速度vw↑，生產率↑，工件磨削燒傷↓；但vw過大，振動↑，工件Ra↑。3)軸向進給運動fa工件轉動一圈，工件和砂輪在砂輪軸線方向的相對移動。根據砂輪寬度B選擇。粗磨fa＝(0.3~0.85)B精磨fa＝(0.2~0.3)B4)徑向進給運動fr工作臺兩個行程之間砂輪在半徑方向上的相對位移。粗磨fr＝0.01~0.07mm/str精磨fr＝0.005~0.02mm/str常用磨削用量11.3磨削過程1．速度高、精度高機床名稱立式銑床車床平面磨床外圓磨床精密外圓磨床內圓磨床刻度值0.050.020.010.0050.0020.002不同機床控制切深機構的刻度值（mm）2511.3.1磨削特點一般30—50m/s,是車銑的10—20倍

2.冷硬程度與能量消耗大溫度高磨粒不規則多邊形，前角很大的負值，后角很小，塑性變形大，冷硬嚴重，能量消耗大，是一般加工的10—30倍，溫度高，瞬時可達1000°，引起燒傷和裂紋。3.單顆磨粒切削厚度小，單位磨削力大4.徑向分力較大5.砂輪有自銳作用使得磨粒能夠以較鋒利的刃口對工件進行切削。6.磨粒分布隨機磨削過程復雜工件材料普通鋼淬硬鋼鑄鋼Fp/Fc1.6～1.81.9～2.62.7～3.2一、砂輪的形貌砂輪上磨粒的形狀a）外形b）典型磨粒斷面11.3.2磨削過程4.磨削過程滑擦階段磨粒擠壓工件，工件表層產生彈性變形和熱應力，不切削耕犁（刻劃）階段產生塑性變形溝痕隆起現象和熱應力切削階段切削厚度、切應力和溫度達一定值，材料明顯滑移形成切屑。5.磨削厚度的分析1)圓周磨削單個磨粒切削厚度的計算端面磨削時每個磨粒的最大切削厚度為

Vc-砂輪轉速:

Vc↑，Vw

↓，hDmax↓，可使工件表面質量得到改善。砂輪直徑

D↑，砂輪寬度↑，m越大，fa

↓，fr

↓可使工件表面質量得到改善。11.4磨削概念磨粒磨削點溫度磨粒切削刃與切屑接觸點的溫度，1000°-1400°磨削區域溫度砂輪與工件接觸區的平均溫度工件平均溫升磨削熱傳人工件而引起的溫升，影響工件精度11.4.2砂輪使用壽命、磨削比及磨耗比砂輪使用壽命T

砂輪兩次相鄰修整間的純磨削時間，也可用可磨削工件件數表達。壽命驗算經驗公式11.8磨削比及磨耗比磨削比:單位時間內磨除金屬體積與砂輪損耗體積之比

G=QW/QS

磨耗比:GS=1/G磨削的三個階段

由于磨削時徑向分力FP很大，在磨削過程中工件在半徑方向的變形很大，同時磨削的深度fr很小，在磨削過程中fr會發生變化：三種情況:fr實<fr刻(初磨階段)fr實≈fr刻(穩定階段)fr實>0，fr刻＝0(清磨)fr實實際磨削深度fr刻刻度盤顯示進給量初磨階段tm1：fr實<fr刻，原因是工藝系統由于磨削力產生讓刀。隨著進給次數↑，工藝系統彈性變形↑，變形抗力↑，實際磨削深度fr實↑。穩定階段tm2：fr實≈fr刻，當變形抗力和徑向磨削分力Fy相等時，工藝系統的彈性變形量穩定，fr實≈fr刻。清磨階段tm3：fr實>0，fr刻＝0。機床的徑向進給停止，fr刻＝0，仍然有火花，因為工藝系統彈性恢復，實際磨削深度逐漸減小，工件的精度↑，表面粗糙度↓。砂輪的磨損與修整一砂輪的磨損磨損表現為磨耗磨損和破碎磨損。自銳性有限，應及時修整，保證砂輪有合理使用壽命，否則引起振動、Ra值增大、表面燒傷或裂紋等。

砂輪修整除用于磨損砂輪外，還用于以下場合：①砂輪被切屑堵塞；②部分工材粘結在磨粒上；③砂輪廓形失真；④精密磨中的精細修整等。常用修整工具是大顆粒金剛石、多粒細碎金剛石筆、金剛石滾輪。多粒金剛石筆修整效率高，砂輪加工精度好，金剛石滾輪修整效率更高，適用與成形砂輪。大粒金剛石筆修整，修整深度ap

修整時應使用充足的切削液。二砂輪的修整磨削表面質量1.磨削表面粗糙度

K視磨削條件而異的常數a,b,c,指數，根據日本渡邊的研究a=0.25,b=0.5,c=038fr↓Ra↓；vw/v↓Ra↓；fa/B↓