磨削原理一、砂輪:由磨料加結合劑用燒結的方法而制成的多孔物體。

1.磨料:起切削作用，

2.結合劑:把磨料結合起來，使之具有一定的形狀、硬度和強度。

3.氣孔:結合劑沒有填滿磨料之間的全部空間，因而有氣孔存在。5.1砂輪2二、砂輪的基本參數磨料的種類、磨料顆粒大小、結合劑的種類、砂輪硬度及組成三、砂輪的特性

磨料、粒度、硬度、結合劑、組織以及形狀和尺寸等

35.1.1磨料⒈天然磨料：一般含雜質多，質地不勻；天然金剛石雖好，但價格昂貴。2.人造磨料：目前主要采用人造磨料。氧化物系:主要成分為Al2O3碳化物系:以碳化硅、碳化硼為基體，添加的金屬元素

超硬磨料系:主要有人造金剛石和立方氮化硼。4表5-1砂輪特性及用途選擇1—磨料55.1.2粒度

表示磨料顆粒的大小1．一般磨粒粒度號---磨粒剛好可通過的篩網每英寸長度上（25.4mm）上的孔眼數。單位稱為“目”。粒度號越大，磨粒的實際尺寸越小6表5-1砂輪特性及用途選擇2—粒度75.1.3結合劑把磨粒固結成磨具的材料⒈陶瓷（A）2.樹脂（S）4.青銅（Q）3.橡膠（X）耐熱、耐蝕、耐潮、氣孔率大、保持廓形好，最常用。但其性脆，韌性及彈性較差，不能承受側面彎扭力，有宜用于切斷砂輪。強度高、彈性好，很適用于切斷、開槽等高速磨削。但其耐熱性、耐蝕性差、氣孔率小，易糊塞、磨損快、易失去廓形。比樹脂有更好的彈性和硬度，可制造0.1mm的薄砂輪，使用于切斷、開槽、無心磨的導輪。抗張力強度高，型面保持性好，有一定韌性，但自銳性差，主要用于制造金剛石砂輪，粗、精磨硬質合金，以及磨削與切斷光學玻璃、寶石、陶瓷、半導體等材料。8表5-1砂輪特性及用途選擇3—結合劑95.1.4砂輪的硬度磨粒與結合劑的粘固程度在磨削力的作用下，磨粒從砂輪表面脫落的難易程度。砂輪硬，磨粒較難脫落；砂輪軟，磨粒容易脫落。砂輪組織較疏松，工件材料較硬，砂輪與工件磨削接觸面較大，砂輪氣孔率較低時，需選用較軟的砂輪。半精磨與粗磨相比，樹脂與陶瓷相比，選用的砂輪硬度低些。10表5-1砂輪特性及用途選擇4—硬度115.1.5砂輪的組織砂輪結構的緊密或疏松程度用顆粒、結合劑和氣孔三者體積的比例關系來表示

磨粒在砂輪體積中所占比例越大，砂輪的組織越緊密，氣孔越小；反之，組織疏松緊密類砂輪，氣孔率小，使砂輪變硬，容屑空間小，容易被磨屑堵塞，磨削效率較低。但可承受較大的磨削壓力，砂輪廓形可保持較久。緊密類中等疏松類一般組織，一般磨削

磨粒占的比例越小，氣孔越大，砂輪越不易被切屑堵塞，切削液和空氣也易進入磨削區，使磨削區溫度降低，工件因發熱而引起的變形和燒傷減小，但疏松類砂輪易失去正確廓形，降低成型表面的磨削精度，增大表面粗糙度。

12表5-1砂輪特性及用途選擇5—砂輪的組織135.1.6砂輪的形狀、尺寸及用途

為便于對砂輪管理和選用，通常將砂輪的形狀、尺寸和特性標注在砂輪端面上外徑×厚度×內徑其順序為：形狀、尺寸、磨料、粒度號、硬度、組織號、結合劑、允許的最高工作圓周線速度如：砂輪P300×30×75WA60L6V3514表5-2常用砂輪的形狀、代號及用途舉例15有效磨粒切削刃無效磨粒切削刃

有效磨粒切削刃只為靜態切削刃總數的5%～12%；一個磨粒可能有幾個有效切削刃與工件接觸，有60%的有效切削刃分布在不同磨粒上面。5.2砂輪表面形貌圖圖5.3砂輪表面形貌圖165.3磨削過程磨削也是一種切削砂輪可以看作是具有極多微小刀齒的銑刀砂輪本身雖有自銳性圖5.4磨粒切削過程175.3.3磨削過程一、磨屑的形成過程

磨削時，工件表面被砂輪滑擦、刻劃以及砂輪表面比較鋒利且凸出的磨粒切削形成磨屑，其切削過程大致可分為三個環節

結論：砂輪的磨削過程，實際上就是切削、刻劃和滑擦三種作用的綜合。

磨屑尺寸細小而形狀各異。有帶狀切屑、節狀切屑和一些熔化后燒盡了的切屑灰燼，還有金屬微塵等。18二、磨削階段1）初磨階段2）穩定階段3）清磨階段

由于機床、工件、夾具工藝系統的彈性變形，實際磨削深度小于徑向進給量

當系統彈性變形達到一定程度后，繼續進給時，其實際磨削深度基本上等于徑向進給量。

由于工藝系統的彈性變形逐漸恢復，使實際磨削深度大于零。19

要提高生產率，應縮短初磨階段和穩定階段。要提高表面質量必須保持適當的清磨進給次數和清磨時間。結論圖5.6磨削過程的三個階段205.3.1磨削特點1．精度高、表面粗糙度小2．砂輪有自銳作用表5.3不同機床控制切深機構的刻度值（mm）使得磨粒能夠以較鋒利的刃口對工件進行切削。213．徑向分力較大4．磨削溫度高

磨削時的切削力同車削一樣，也可以分解為三個互相垂直的分力高的切削速度負前角切削原因225.3.2磨削運動和磨削要素一、磨削運動1)主運動砂輪的旋轉運動是主運動，砂輪外圓的線速度即主運動速度

m/s(5.1)式中d0——砂輪直徑（mm）；

n0——砂輪轉速（r/s）。233)軸向進給運動2)徑向進給運動用徑向進給量?r表示。?r指工作臺每雙（單）行程內工件相對于砂輪徑向移動的距離，單位為mm/d·str，一般情況下，?r=0.005～0.02mm/d·str，用軸向進給量?a表示。

指工件每一轉或工作臺每一次行程，工件相對砂輪的軸向移動的距離。

一般情況下?a=(0.2～0.8)B，B為砂輪寬度，單位為mm；?a的單位，圓磨為mm/r，平磨為mm/str。24二、磨削要素1)磨削時金屬切削率①每秒鐘金屬切除量（亦稱為切除率）②每秒鐘內砂輪每1mm寬度所切除的金屬量。則稱為單位砂輪寬度切除率，以ZQ表示mm3/s·mm(5.4)

mm3/s(5.3)252)砂輪與工件加工表面的接觸弧長①影響同時參加磨削的磨粒數目及磨粒負荷②影響磨屑的容納和排除及冷卻條件的改善由推導可知平面磨削時的接觸弧的長度為

mm(5.5)263)砂輪等效直徑接觸弧長相等時外圓（或內圓）砂輪直徑換算成假想的平面磨削時的砂輪直徑。意義：如果砂輪等效直徑相同，則外圓（內圓）磨削和平面磨削時的接觸弧長相等外圓磨削時的砂輪等效直徑為

(5.6)內圓磨削時的砂輪等效直徑為

(5.7)27表5.4幾種磨削方式的等效直徑和接觸弧長28接觸弧長以內圓磨削為最大，平面磨削次之，外圓磨削最小。外圓磨削的砂輪耐用度最大，平面磨削次之，外內圓磨削最小。結論因此294)單個磨粒的磨削厚度意義：磨削厚度大小對磨削力、磨削溫度、磨削表面質量和砂輪的磨損產生很大影響。①端面磨削時每個磨粒的最大切削厚度為

(5.8)

式中m為砂輪每mm圓周長度上的磨粒數（mm-1）②外圓磨削時每個磨粒的最大切削厚度為

(5.9)

式中ω為砂輪角速度30

工件速度vw，軸向進給量fa和徑向進給量fr增加時，hDgmax將增加；砂輪速度vc、砂輪直徑d0和砂輪寬度B增大時，

hDgmax將減小；砂輪磨粒越細，m就越大，

hDgmax減小。結論

單個磨粒的切削厚度加大時，作用在磨粒上的切削力也增大，將影響砂輪磨損、磨削溫度及被加工零件的表面質量。因此315.4磨削力及功率圖5.7磨削的受力情況325.4.1磨粒的受力情況

磨粒切削時，作用在磨粒上的力可以分解成兩個分力即法向力Fn和切向力Ft。并為結合劑橋上的結合力所平衡，如圖5.7所示。

①磨粒所承受的合力FR與結合劑橋上抗力FR’的合力不一定在同一平面內；因此，有可能產生力矩M，使磨粒脫落；

②磨粒本身受到剪力也可能崩裂。磨粒所受的應力決定于受力的強弱，它與切削截面積、工件材料性質等磨削條件有關；受力的頻率則與砂輪轉速有關結論335.4.2磨粒的負前角磨削對磨削力的影響

磨粒的頂尖角多為90°～120°，其前刀面實際上是一個空間曲面。磨粒實際上多數在粒端負前角下切削工件。該前角多數為γo=-70°～-89°之間。用負前角硬質合金刀具模擬磨粒，對含少許錳、鉻、鎳的低碳鋼，在ap=0.01～0.025mm，切削速度v=200～600m/min時，金屬流動情況示意如圖5.8所示。

由于磨粒具有負前角，刃端具有γn值，而切削厚度又很薄，故磨粒對工件的切削條件很差。實際上是滑擦、刻劃、產生指向工件表層的很大的塑性變形區。到一定溫度后，才形成切屑沿前刀面流出結論模擬試驗：34圖5.8負前角切削時的金屬流動金屬流分為兩路一路進入刀具下面一路沿前刀面上升而成為切屑1.一直到-75°的前角，刀具仍可切出切屑來。2.在-85°前角時，刀具就僅僅擦過和刻劃工件35圖5.9負前角與切削力的關系

前角為負值時，法向力Fn均大于切向力Ft,尤以γo=-50°之后為甚，Fn/Ft=1～5左右。5.4.3砂輪上的磨削力也可以磨削力分解成x方向和y方向的分力Fx,Fy。

①Fy可用以計算進給功率；②Fx則是設計機床床身和箱體的重要數據。可以把磨削力分解為徑向力Fn和切向力Ft

以前研究磨削過程時，常常假設所有的磨粒都處于同一圓周面上，磨粒間距離都相等，而且工件是絕對平滑的實際上，工件有著一定的粗糙度，砂輪磨粒是三維分布的

37圖5.10磨削力(a)外圓圓磨(b)切入磨(c)平面磨(d)端面磨38表5.5磨削分力的比值說明材料硬度高時，比值大些

表中Fa為軸向切削分力395.5磨削溫度磨削表面的熱損傷

表現為熱裂紋熱變形殘余應力精度差405.5.1磨削熱的來源磨削時消耗能量滑擦能刻劃能切屑形成能剪切能(75%

左右)摩擦能(25%左右)接近于工件金屬的熔化能有45%～55%傳入工件

有75%左右傳入工件

有69%左右傳入工件

415.5.3磨削溫度對工件表面的影響表現在工件表面燒傷加工表面的殘余應力表面粗糙度

三個方面42（一）工件表面燒傷

由于磨削時產生高溫，使工件加工表面的金屬組織發生相變，其硬度和塑性等發生變化，這種表層變質的現象

燒傷的表面呈黃褐色或黑色，它是工件表面在高溫下形成的氧化膜，

回火燒傷二次淬火燒傷

表面會變軟，隨后被工件深處較冷的基體淬硬而得到馬氏體硬層

砂輪上磨損面積超過總工作面積的4%時，就會出現燒傷。

43

工件表面燒傷的表征是磨削力增加、砂輪磨損率增加和加工表面質量變差。表面燒傷損壞了零件表層組織，影響零件的質量和壽命。

減小和防止燒傷的主要措施是：減小磨削過程中熱量的產生和加速熱量的散發；正確選擇砂輪，以及保持砂輪良好的切削性能；選擇合理切削用量；采用好的切削液及正確的潤滑方法。44殘余拉應力殘余壓應力可提高零件的疲勞強度和耐磨性

使零件表面翹曲，強度降低,甚至會產生裂紋

低的工件速度、硬而鈍的砂輪、干磨或用水溶性乳化液磨削，高的切入進給率和高的砂輪表面速度。

導致因素最主要的控制方法是：采用切削液45磨削溫度的影響因素1、砂輪速度2、工件速度3、徑向進給量4、工件材料:強度、韌性、導熱性5、砂輪自身特性:硬度、粒度、組織465.6砂輪的磨損與砂輪的修整

砂輪上有多層磨粒，常用砂輪可能為200～500層左右；磨粒的空間分布參差不齊，在磨削時，磨粒經受著變化的機械負荷和熱負荷，其切削刃不斷受到磨損和碎裂，當磨粒磨鈍至有可能產生工件燒傷或表面質量變差等現象時，砂輪就要重新修整。47破碎磨損5.6.1砂輪的磨損磨耗磨損磨粒一層一層被磨掉

磨粒的破碎或者結合劑的破碎消耗砂輪的比重較大

對砂輪影響較大

砂輪磨損后會使磨削效率降低，磨削表面質量下降；同時發生振動和噪聲，應及時修整。

48磨削種類外圓磨內圓磨平面磨成型磨耐用度（s）1200～24006001500600表5.6砂輪常用合理耐用度值精磨時，耐用度可用磨削出的工件數目來表示

砂輪耐用度砂輪相鄰兩次修整間的加工時間，用秒來表示

495.6.2砂輪的的修整三類修整工具本身不作旋轉ap一般用0.005～0.1mm,軸向進給fa可用0.05～0.4mm。

鋼的或硬質合金的擠壓輪砂輪與擠壓輪沒有相對速度

本身作回轉運動或直線運動對機床結構和剛度有較嚴格要求50圖5.17用金剛石筆修整砂輪

51a)三個調節量子力學

b)四個調節量

圖5.18金剛石滾輪的修整