磨具切削成形方法.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,磨具切削成形方法,磨削加工,是用磨料磨具（如砂轮、砂带、油石、研磨,料等）为工具在磨床上进行切削加工的一种精加工方法。,磨削加工可获得较高的加工精度和较低值的表面粗（加,工精度,IT5IT6,级，表面粗糙度值,Ra0.321.25m,）。,在高精度外圆磨床上磨削，尺寸精度可达,0.2m,，,圆度,可达,0.1m,，,表面粗糙度值,Ra,可达,0.01m,，,磨削加工还可以完成其它机床难加工的材料，如淬硬钢、硬质合金、玻璃、陶瓷等。,磨床加工应用,磨床上可磨削内外圆柱面、圆锥面、内孔、平面、齿轮齿廓面、螺旋面、各种成形面、刃磨刀具或切断等。,基本知识,磨外圆时，主运动是砂轮的高速旋转运动，进给运动,是工件的缓慢圆周运动。磨平面时，主运动是砂轮的高速,旋转运动，进给运动是工件的往复直线运动和砂轮的沿轴,线横向移动。,一、磨削加工的特点与工艺范围,（一）磨削加工的特点,1,切削刃不规则,2,背吃刀量小、加工质量高,3,磨削速度快、温度高,4,磨削加工的适应性强,5,砂轮具有自锐性,6,径向磨削分力大,（二）磨削加工的工艺范围,磨削加工的应用范围非常广泛，可以加工内外圆柱面、内外圆锥面、平面、,成形面,和组合面等,，,如图,9-1,所示,。目前磨削主要用于对工件进行精加工，经过淬火的工件及其它高硬度的特殊材料，几乎只能用磨削来进行加工。另外，磨削也可以用于粗加工。,磨削加工的应用范围非常广泛，可以加工内外圆柱面、内外圆锥面、平面、成形面和组合面等，如图,9-1,所示。目前磨削主要用于对工件进行精加工，经过淬火的工件及其它高硬度的特殊材料，几乎只能用磨削来进行加工。另外，磨削也可以用于粗加工。,磨削过程,比较凸出的和比较锋利的磨粒起,切削作用,凸出高度较小或较钝的磨粒起刻,划作用,磨钝的或比较凹下的磨粒与工件,表面产生滑擦，起摩擦抛光作用,比较锋利且凸出的单个磨粒，其,切削过程大致也可分为三个阶段,磨粒上的切削刃小，刃口的圆弧半径,r,n,更,小，能切下很小的切屑。例如：车刀的,r,n,0.0120.032mm,，,磨粒的,r,n,0.0060.012mm,。,磨床自身的制造精度高。,所以磨削加工的工件尺寸精度高,(IT7IT6),，,形状精度高，特别是能提高加工表面位置精度。,磨削过程中，在工件被加工的单位面积内参加,三、磨削的工艺特点,1.,精度高、表面粗糙度小。,切削的刀刃多，使得工件的残留面积高度小。因此加工的表面粗糙度小（,Ra0.20.8,）。,2.,砂轮具有自锐性,磨削过程中，当磨粒磨钝后会出现两种情况：磨粒破碎和磨粒脱落，形成新的锋利的磨粒，,使磨削能够正常进行，这种特性就是砂轮的自锐性。,砂轮的自锐性，并不能长时间保持，因为磨削是一种封闭式切削，切屑和碎磨粒会堵塞砂轮的孔隙，使砂轮是去切削力。,所以磨削一定的时间后砂轮需要修整。一般采用金刚石笔修整。,3.,磨削速度高、磨削温度高。,因此，磨削时可能造成工件表面烧伤、产生表面裂纹；不易加工低熔点金属（铝合金）。磨削一般应加冷却润滑液。,4.,磨削能加工高硬度的工件。,磨削是目前加工高硬度工件和高硬材料的主要方法。,外圆磨削速度：一般,3035m/s,，,高速,50s/m,；,切削区内的温度：,800,1000,5.,磨削的背向磨削力,F,p,较大,F,p,较大容易引起工件的变形。如下图所示，磨削轴类零件。,所以在磨削时对刚性差、易变形的工件要采用一定的工艺措施，减小或消除变形。,6.,磨削的适应性强，可加工各种类型的零件表面。,一、磨料与磨具,磨削,(grinding),是用带有磨粒的工具,(,砂轮、砂带、油石等,),对工件进行加工的方法,第,15,章,磨具切削成形方法,磨料,制造磨具的主要原料，直接担负着切削工作,粒度,磨料颗粒的尺寸，其大小用粒度号表示,结合剂,将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮,硬度,磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度,(,又称结合度,),组织,磨具中磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系,形状与尺寸,根据机床类型和加工需要，将磨具制成各种标准的形状和尺寸，,常用的砂轮形状、代号和用途如,表,所列,磨具标记,磨具标记的书写顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂和允许的最高线速度,砂轮,砂轮特性决定于,磨料,粒度,结合剂,硬度,组织及形状,尺寸。,（,1,）磨料,锋利的形状、高硬度和热硬性、适当的坚韧性。,氧化物系（刚玉类，主要成份,Al2O3,）,棕刚玉（,A,）韧，硬度低，磨碳素钢、合金钢、可锻铸铁；,白刚玉（,WA,）韧性低、硬，磨淬火钢、高速钢、高碳钢；,铬刚玉（,PA,）韧，硬度低，,Ra,小，磨高速钢、不锈钢等。,碳化物系（主要成份碳化硅、碳化硼）,黑色碳化硅（,C,）韧性低、硬度高，磨铸铁、黄铜等脆材；,绿色碳化硅,(GC),韧性差、更硬，磨,Y,合金、陶瓷、玻璃等。,超硬磨料,人造金刚石（,RJ,）、立方氮化硼（,CBN,）。,常用磨料的性能及适用范围,高强度,人造,金刚石,氮化硼,绿碳化硅,黑碳化硅,白刚玉,棕钢玉,硬质合金、宝石,700,石墨化,乳白色,碳结晶体,D,硬质合金、,高速钢,1300,稳定,高硬度,黑色,立方氮化硼,CBN,高硬磨料类,硬质合金等,绿色,SiC,99%,GC,铸铁、黄铜、非金属材料,1500,氧化,黑色,SiC,95%,C,碳化硅类,淬火钢、高速钢,白色,Al,2,O,3,99%,WA,碳钢、合金钢、铸铁,2100,熔融,韧性好,硬度大,褐色,Al,2,O,3,95%TiO,2,2%3%,A,钢玉类,适用磨削范围,热稳定性,力学性能,颜色,主要成分,代号,材料名称,（,2,）,粒度,以刚能通过的那一号筛网的网号来表示磨料的粒度，如,60,微粉：磨粒的直径,40um,时，例如,W20,磨粒尺寸在,20,14um.,粗磨用粗粒度,精磨用细粒度,;,当工件材料软，塑性大,磨削 面积大时，采用粗粒度，以免堵塞砂轮烧伤工件。,（,3,）,结合剂,陶瓷结合剂 化学稳定性好、,耐热、耐腐蚀、价廉,90%,，,但脆性大，不宜制成薄片，,不宜高速。,金属结合剂（,M,）青铜、,镍等，强度韧性高，成形性,好，但自锐性差，,适于金刚石、立方氮化。,砂轮安装,常用磨粒的粒度、尺寸及应用范围,研磨、超精加工、镜面磨削,107 53.5,W10W5,研磨、超精磨削,2014 1410,W20W14,珩磨、研磨,4028 2820,W40W28,微粉,半精磨、精磨、珩磨,160125 5040,100280,粗磨,半精磨、精磨,400315 200160,4680,荒磨、打毛刺,20001600 500400,1236,磨,粒,应用范围,颗粒尺寸（,m,）,粒度号,类别,适用于金刚石砂轮,强度最高，导电性好，磨耗少，自锐性差,M,金属,适用于切断、开槽,强度较,B,高，更富有弹性，气孔率小，耐热性差,R,橡胶,适用于高速磨削、切断、开槽等,强度较,V,高，弹性好，耐热性差,B,树脂,最常用，适用于各类磨削加工,耐热、耐蚀，气孔率大，易保持廓形，弹性差,V,陶瓷,适用范围,性能,代号,结合剂,常用结合剂的名称、代号、性能和适用范围,树脂结合剂（,B,）强度高弹性好，耐冲击，适于高速磨,或切槽切断等工作，但耐腐蚀耐热性差,(300),，自锐性好。,橡胶结合剂（,R,）强度高弹性好，耐冲击，适于抛光轮、,导轮及薄片砂轮，但耐腐蚀耐热性差,(200),，自锐性好。,（,4,）,硬度,指砂轮工作时在磨削力作用,下磨粒脱落的难易程度。,取决于结合剂的结合能力及,所占比例，与磨料硬度无关。,硬度高，磨料不易脱落；,硬度低，自锐性好。,硬度分,7,大级,(,超软、软、,中软、中、中硬、硬、超硬,),，,16,小级。,砂轮结构,砂轮硬度选择原则：,磨削硬材，选软砂轮；磨削软材，选硬砂轮；,磨导热性差的材料，不易散热，选软砂轮以免工件烧伤；,砂轮与工件接触面积大时，选较软的砂轮；,成形磨精磨时，选硬砂轮；粗磨时选较软的砂轮。,（,5,）组织,反映砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的比例关系，即砂轮结构的疏密程度，分紧密、中等、疏松三类,13,级。,紧密组织,成形性好，加工质量高，适于成形磨、精密磨削和强力磨削。,中等组织,适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃磨等。,疏松组织,不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨平面、内圆等接触面积较大时，磨削热敏感性强的材料或薄件。,砂轮硬度的选用原则是：,工件材料越硬，应选用越软的砂轮。这是因为硬材料使磨粒磨损，需用较软的砂轮以,使磨钝的磨粒及时脱落。工件材料越软，砂轮的硬度应越硬，以使磨粒脱落慢些，发挥其,磨削作用。但在磨削有色金属、橡胶、树脂等软材料时，要用较软的砂轮，以便使堵塞处,的磨粒较易脱落，露出锋锐的新磨粒。,半精磨与粗磨相比，需用较软的砂轮；但精磨和成形磨削时，为了较长时间保持砂轮,轮廓，需用较硬的砂轮。,大级名称,超软,软,中软,中,中硬,硬,超硬,小级名称,超软,1,超软,2,超软,3,软,1,软,2,软,3,中软,1,中软,2,中,1,中,2,中硬,1,中硬,2,中硬,3,硬,1,硬,2,超,硬,代号,D,E,F,G,H,J,K,L,M,N,P,Q,R,S,T,Y,砂轮的硬度等级及代号,有色金属及塑料、橡胶等非金属以及热敏合金,粗磨及磨削韧性大、硬度低的工件，适合磨削薄壁、细长工件，或砂轮与工件接触面大以及平面磨削等,外圆、内圆、无心磨及工具磨，淬硬工件及刀具刃磨等,重负载、成形、精密磨削，加工脆硬材料,适用,范围,大气孔,疏松,中等,紧密,疏密程度,34,36,38,40,42,44,46,48,50,52,54,56,58,60,62,磨粒率,/(%),14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,组织号,砂轮的组织号,6,）,砂轮的标志方法,按,GB248484,规定，标志顺序如下：磨具形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速度。砂轮标志方法见示例：,7),、砂轮的修整,磨损表现为磨耗磨损和破碎磨损。自锐性有限，应及时,修整，保证砂轮有合理使用寿命，否则引起振动、,Ra,值,增大、表面烧伤或裂纹等。,砂轮修整除用于磨损砂轮外，还用于以下场合：,砂轮被切屑堵塞；,部分工材粘结在磨粒上；,砂轮廓形失真；,精密磨中的精细修整等。,常用修整工具是单颗粒金刚石。,修整用量包括修整导程,F,x,(,磨粒平均尺寸,),和,修整深度,a,p,(,粗磨,0.01,0.03mm),修整时应使用充足的切削液。,端面磨轮,砂轮平衡,二 磨床,1,磨床,磨床是用磨料磨具,(,砂轮,砂带,油石和研磨料,),为工具进行切,削加工的机床。广泛用于零件的精加工,尤其是淬硬钢件,高硬,度特殊材料及非金属材料,(,如陶瓷,),的精加工。,磨床种类很多,其主要类型有,:,外圆磨床,内圆磨床,平面磨,床,工具磨床，刀具和刃具磨床及各种专门化磨床,.,如曲轴磨,床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等。此外还有珩磨机,研磨机和超精加工机床等。,1.1,外圆磨床,主要用于磨削内,外圆柱和圆锥表面,也能磨阶梯轴的轴肩和端面,可获得,IT6-IT7,及,精度,Ra,在,1.25-0.08m,之间。,外圆磨床的主要类型有：普通外圆磨床、万能外圆磨床，无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床和 端面外圆磨床等,。,主参数,:,最大磨削直径。,万能型外圆磨床,加工各种典型表面时，机床各部件的相对位置关系和所需要的各种,运动,：,磨外圆砂轮的旋转运动,N,砂；,磨内孔砂轮的旋转运动,N,内；,工件旋转运动,N,周；,工件纵向往复运动,F,纵；,砂轮横向进给运动,f,横,（往复纵磨时是周期的间歇运动；切入磨削时 是连续进给运动）。此外，机床还有两个辅助运动：砂轮架的横向快速进退运动；尾架套筒的伸缩移动,。,液压传动概念,液压传动原理,工作原理,：油泵经滤油器将油从邮箱中吸出，变为高压油，经转阀、节流阀，输入油缸的右腔，推动活塞、活塞杆及工作台向左移动。油缸左腔的油经换向流入邮箱。当工作台移动至行程终点时固定在工作台前侧面的右行程挡块，自右向左推动换向手柄，并连同换向阀的活塞杆和活塞一起向左移至虚线位置。于是高压油则流入油杠的左腔，使工作台返回。油杠右腔的油也经换向阀流回邮箱。如此反复循环，从而实现了工作台的纵向往复运动。,1.2,无心外圆磨床,工作原理,工件放在砂轮和导轨之间,由托板支撑进行磨削。而由,工件的被磨削外圆面作为定位面；,导轮是用树脂或橡胶为粘结剂制成的刚玉砂轮，不起,磨削作用，它与工件之间的磨擦系数较大，靠摩擦力带动工,件旋转，实现圆周进给运动；,导轮的线速度在,10,50m/min,范围内。砂轮的转速很,高，从而在砂轮和工件间形成很大的相对速度，即磨削速度；,为了避免磨削出棱圆形工件，工件的中心应高于磨削砂,轮与导轮的中心连线（高出工件直径的,15,25%,），使工件和,导轮、砂轮的接触相当于是在假想的,V,形槽中转动，工件的凸,起部分和,V,形槽两侧的接触不可能对称，这样使工件在多次转,动中，逐步磨圆。,无心外圆磨削示意图,1,工件,2,磨削轮,3,托板,4,导论,无心外圆磨床上磨削,无心外圆磨床与外圆磨床相比,具有以下优点,:,生产率高,(,无须打中心空,且装夹省时,),所以多用于成批,生产和大量生产；,磨削表面尺寸精度,几何形状精度较高,表面粗糙度,Ra,小；,能配上自动上料机构,实现自动化生产。,内圆磨床,1.3,内圆磨床,用于磨圆柱孔和圆锥孔,主参数是最大磨削内孔直径。,主要类型 普通内圆磨床、无心内圆磨床,、,行星内圆磨,床及专用内圆磨床。,砂轮主轴部件是内圆磨床的关键部分。,应用较普遍的中型内圆磨床砂轮主轴，转速一般在,10,000,20,000r/min,左右，常由普通的交流异步电动机经平,带传动。在磨削小孔（例如直径小于,10mm,）时，要求砂轮主轴的转速高达,80,000,120,000r/min,或更高。,目前常采用内连式中频（或高频）电动机驱动的内圆磨具。由于没有中间传动件，可达到的转速较高，同时它还具有输出功率大，短时间过载能力强、速度特性硬、振动小等优点，所以近年来应用日益广泛。,内圆磨床砂轮架安装在工作台上作纵向进给运动。,两种磨床的横向进给运动都由砂轮架实现。,工件头架都可绕垂直轴线调整角度，以便磨削锥孔。,内圆磨床的工件头架安装在工作台上，,随工作台一起往复移动，完成纵向进给运动。,1.4,平面磨床,平面磨床,用于磨削各种零件的平面。,卧轴矩台式磨床,(,生产率低些,但加工精度较高,Ra,较小,属于周边磨,削,),；立轴矩台式磨床；,立轴圆台式磨床,(,生产率高,但加工精度较低,Ra,较大,属于端面磨削,),；卧轴圆台式磨床。,磨削方式,端面磨削、周边磨削。,卧轴矩台式平面磨床：砂轮旋转,n,是主运动，工作台纵向往复,(f1),和砂轮架横向进给,(f2),，砂轮架竖直运动,f3,是切入运动；,立轴矩台式平面磨床：砂轮旋转,n,是主运动，矩形工作台纵向往,复运动,f1,是进给运动，砂轮架间歇的竖直运动,f2,是切入运动；,立轴圆台式平面磨床：砂轮旋转,n,是主运动，圆工作台转动,f1,是,圆周进给运动，砂轮架间歇的竖直运动,f2,是切入运动；,卧轴圆台式平面磨床：砂轮旋转,n,是主运动，圆工作台转动,f1,是,圆周进给运动，砂轮架连续径向运动,f2,是径向进给运动，间歇的竖直运,动,f3,是切入运动。此外，工作台的回转中心线可调整至倾斜位置，以便,磨削锥面，例如磨削圆锯片的侧面。,砂轮端面磨削的平面磨床与用周边磨削的平面磨床相比较,:,端面磨削的砂轮直径比较大，能一次磨出工件的全宽，磨削面积较大，生产率较高，但端面磨削时砂轮和工件表面是成弧形线或面接触，接触面积大，冷却困难，且磨屑不易排除，所以加工精度较低，表面粗糙度值较大。,砂轮周边磨削，砂轮和工件接触面较小，发热量少，冷却和排屑条件较好，可获得较高的加工精度和较小的的表面粗糙度值。,圆台平面磨床与矩台平面磨床相比,:,圆台式是连续进给，圆台式的生产率稍高些，而矩台式有换向时间损失。圆台式只适于磨削小零件和大直径的环形零件端面。不能磨削窄长零件。而矩台式可方便地磨削各种零件，包括直径小于矩台宽度的环形零件。,一、外圆面的加工,外圆面的磨削,磨削,(grinding),是外圆面精加工的主要方法，多作为半精车外圆后的精加工工序。,(1),外圆磨床上磨削,磨削,加工基本作业,在外圆磨床上磨外圆,a,）纵磨法,b,）,横磨法,c,）,混合磨法,d,）,深磨法,万能外圆磨床的几种典型加工方式图,纵磨法：加工精度高，,Ra,值较小，生产率低，,广泛用于各种类型的 生产中；,横磨法：加工精度低，,Ra,值较大，生产率高，,只适用于大批量生产中磨削刚度较好、精度较低、长度较,短的轴类零件上的外圆表面和成形面,。,磨孔,(hole grinding),磨孔时，砂轮旋转为主运动，工件低速旋转为圆周进给运动,，,砂轮直线往返为轴向进给运动，切深运动为砂轮周期性的径向进给运动,磨内圆,（包括内锥面）,（,1,）机床：内圆磨床、万能外圆磨床,（,2,）特点：,由于磨内圆砂轮受孔径限制，切削速度难以达到磨外圆的速度；,砂轮轴直径小，悬伸长，刚度差，易弯曲变形和振动，且只能采用较小的背吃刀量；,砂轮与工件成内切圆接触，接触面积大，磨削热多，散热条件差，表面易烧伤；,磨内圆比磨外圆生产率低，加工精度和表面质量难以控制。,下一片,磨平面,在平面磨床上对平面进行,精加工的方法,，,主运动是砂轮,的高速旋转，进给运动是砂轮、,工作台的移动,平面磨床及磨削运动,a),、,b),卧式矩台、圆台平面磨床,c),、,d),立式矩台、圆台平面磨床,下一片,2.,平面磨床,平面磨床用于磨削工件上的各种平面。磨削时，砂轮的工作表面可以是圆周表面，也可以是端面。,平面磨床的工作方式和机床布局的不同，平面磨床可分为四类：,下一片,磨平面,（,1,）机床：平面磨床,（,2,）加工方法：周磨法、端磨法,周磨法：加工精度高，表面粗糙度,Ra,值小，但生产率较低，多用于单件小批生产中，大批大量生产中亦可使用。,端磨法：生产率较高，但加工质量略差于周磨法，多用于大批大量生产中磨削精度要求不太高的平面。,磨削加工,1,磨削加工,2,M1432A,型万能外圆磨床外形图,1-,床身,2,头架,3,内圆磨具,4,砂轮架,5,尾架,6,滑鞍,7,手轮,8,工作台,无心外圆磨削的加工示意图,无心外圆磨床外观图,卧轴矩台式磨床,立轴圆台式磨床,