机械基本加工工艺综述.doc

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热处理车间设备布置
设备布置间距
（1） 炉子后端距墙柱的距离, 一般箱式炉取1-2m; 煤气炉和油炉取1.5-1.8m; 可控气氛炉应留出辐射管取出的距离。
（2） 炉子之间的距离, 小型炉0.8-1.2m;中型炉1.2-1.5m;大型炉1.5-2m; 间隙式炉组成的生产线0.5-0.8m; 连续式炉3.0-4.0m
（3） 井式炉间的距离, 小型炉0.8-1.2m; 中型炉1.2-1.5m; 大型炉2.5-4m。
（4） 井式炉炉口距地面距离, 渗碳炉0.3m;正火、 回火炉0.7-0.9m.
（5） 连续式炉的炉前后区空地, 锻件热处理炉; 炉前6-8m、 炉后8-12m; 连续气体渗碳炉: 炉前4-6m、 炉后2-3m; 一般连续式炉前后4-6m。
（6） 炉子安装高度 即炉口平面到地平的距离, 人工操作时, 一般为0.85-0.9m．
热处理车间建筑物与构筑物
防火要求: 要求建筑物的墙、 隔墙、 地面、 顶棚必须耐火, 一般应为钢筋混凝土或钢结构。对于一些改建厂的木结构厂房, 一般不能使用, 如用于小型热处理车间时, 应根据防火要求作相应的防火处理。
通风要求: 热处理车间存在油气、 热气、 有害健康的气体及尘粉等, 车间应通风换气, 换气的方式有自然通风和强制通风。自然通风是依靠天窗和侧墙的窗户形成自然对流。自然通风换气常不充分, 需加局部强制通风换气。夏季通风可降低车间内温度, 车间操作者最合适的室内温度为15-30℃, 温度高于30℃, 湿度大于50℅, 工作效率就会降低, 容易疲劳。一般要求热处理车间换气量为每小时10-15次。
3、 采光要求 热处理车间由于检测仪器较多, 希望车间光线明亮, 减轻操作者眼睛疲劳、 提高工作效率( 详见表14-17) 。
磨床型号
磨床分为三大类。一般磨床为第一类, 用字母M表示。超精加工机床、 抛光机床、 砂带抛光机为第二类, 用2M表示。轴承套圈、 滚球、 叶片磨床为第三类, 用3M表示。齿轮磨床和螺纹磨床分别用Y和S表示。第一类磨床按加工不同分为以下几种: ０－仪表磨床; １－外圆磨床( 如M1332A、 MBS1332A、 MM1420、 M1020、 MG10200等) ; 2—内圆磨床( 如M2110A、 MGD2110等) 3—砂轮机; 4—坐标磨床; 5—导轨磨床; 6—刀具刃磨床( 如M6025A、 M6110等) ; 7-平面及端面磨床( 如M7120、 MG7132、 M7332、 M7475BD等) 8-曲轴、 凸轮轴、 花键轴、 轧辊磨床( 如M8240A、 M8312、 M8612A、 MG8425等) 9-工具磨床( 如MK9017、 MG9019等) 。
型号还指明机床主要规格参数。一般以机床上加工的最大工件尺寸或工作台面宽度( 或直径) 的1/10表示; 曲轴磨床则表示最大回转直径的1/10; 无心磨床则表示基本参数本身( 如M1080表示最大磨床直径为Ф80) 。
磨床的通用特性和结构特性代号位于型号第二位( 见表) 如型号MB1432A的B表示半自动万能外圆磨床。
常见机床通用特性代号
通用
特性
高精度
精密
自动
半自动
数控
仿型
加工中心
( 自动换刀)
轻型
数显
简式或经济型
高速
代号
G
M
Z
B
K
F
H
Q
X
J
S
读音
高
密
自
半
控
仿
换
轻
显
简
速
机床机构性能的重大改进用顺序A、 B、 C…, 表示, 加于型号末尾。
当前中国工厂中使用的一部份老机床型号用三位数表示, 例如M131W表示最大磨削直径为Ф315mm的万能外圆墨床。
以平面磨床为例说明磨床型号的表示方法:

M74 75 B
园台平面磨床
工作台直径Ф750mm

第一次机构重大改进

磨床的润滑和保养
良好的保养和润滑有利于延长机床的使用寿命, 保持机床的精度和可靠性。润滑的目的是减小磨床摩擦面和机构传动副的磨损, 并提高机构工作的灵敏度。
润滑
磨床主轴的动压轴承常使用精密机床主轴油或煤油与汽轮机油配置的主轴油润滑。高速滚动轴承用3号及基润滑脂润滑。磨床导轨面润滑用全耗损系统用油。一般滚动轴承可用3号轴承润滑脂润滑。
二、 保养
( 1) 工作前后须清理机床, 检查磨床部件、 机构、 冷却系统是否正常。
( 2) 磨床敞开的滑动面和机械机构须涂油防锈。
( 3) 人工润滑的部位须按规定的油类加注, 并保证一定的油面高度。
( 4) 定期冲洗更换冷却系统。
( 5) 高速滚动轴承的温升应低于60℃。
( 6) 不同精度等级和参数的磨床与加工工件的精度和尺寸参数相对 应。
( 7) 不碰撞或拉毛机床工作面和部件。

磨削加工的特点和磨削过程

一、 磨削加工的特点
与其它金属加工方法比较, 磨削加工有以下特点:
( 1) 砂轮是由磨料和结合剂粘结而成的特殊的多刃刀具, 通称磨具。在砂轮表面每平方厘米面积上约有60-1400颗磨粒, 每颗磨粒相当于一个刀齿。磨粒是一种高硬度的非金属晶体, 它不但可磨削铜、 铸铁等较软的材料, 而且还能够加工各种淬硬钢件、 高速工具钢刀具和硬质合金等硬材料以及超硬材料( 如氮化硅) 。
( 2) 砂轮具有较高的圆周速度, 一般为35m/s 左右。砂轮在磨削时除了对工件表面有切削作用外, 还有强烈的挤压和摩擦作用, 在磨削区域, 瞬时温度高达1000℃左右。
( 3) 砂轮工作面经修整后, 可形成极细微的刃口, 以切除工件表面极薄的金属层。但磨削作为精加工工序, 也具有极高的金属切除率( 如强力磨削等) 。
( 4) 磨削加工能获得极高的加工精度和极小的表面粗糙度值。加工精度一般能够达到公差等级IT6-IT7,表面粗糙度可达Ra1.25-0.16μm"。如镜面磨削工件表面的粗糙度为Ra0.01μm, 工件表面光滑如镜。尺寸精度和形状精度可达1μm以内, 其误差相当于人体头发丝粗细的1/70或更小。
( 5) 砂轮在磨削时还具有”自锐作用”, 部分磨钝的磨粒在一定条件下能自动脱落或崩碎, 从而使砂轮保持良好的磨削性能。
二、 磨削过程
金属磨削的实质是工件被磨削的金属表层在无数磨粒瞬间的挤压、 切削、 摩擦作用下产生变形而后转为磨屑, 并形成光洁加工表面的过程。
金属的变形有弹性变形和塑性变形两种。金属磨削过程可分
三个阶段, 砂轮表面的磨粒与工件材料接触瞬间为弹性变形的第
一阶段。
磨粒继续切入工件, 工件材料进入塑性变形的第二阶段。
工件材料的晶粒发生滑移, 使塑性变形不断增大, 当达到工件的强度极限时被磨削层材料产生挤裂, 即进入第三阶段, 最后被切离。磨削过程表现为力和热的作用。
1、 磨削力磨削时砂轮与工件间发生切削作用和摩擦作用。
磨削加工工件材料抵抗磨具磨削所产生的阻力称磨削力。
磨削热磨削时产生的热量较车削、 铣削大, 热量传入砂轮、 磨屑或被切削液带走。然而砂轮是热的不良导体。
因此几乎80%的热量传入工件和磨屑。磨削区域的瞬间高温, 可烧伤工件的表层并使磨屑燃烧。磨削热会引起工件的热变形, 从而影响加工精度, 因此磨削时应特别注意对工件的冷却。
磨削用量的基本概念
以外圆磨削为例, 磨削用量包括: 砂轮圆周速度V0、 工件圆周速度Vw、 纵向进给量f、 横向进给量ap, 见图。
砂轮圆周速度
砂轮外圆表面上任一磨粒相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度, 称为砂轮圆周速度V0, 单位为m/s。计算公式为

πD0n
V0 =—————
1000×60
式中D0———砂轮直径( mm) ;
n———砂轮转速( r/min) 。
外圆磨削和平面磨削的砂轮圆周速度一般在30-35m/s, 内圆磨削的速度较低, 一般在18-30m/s。
砂轮圆周速度对磨削质量和劳动生产率有直接的影响。当砂轮直径变小时, 会出现磨削质量下降现象, 就是由于砂轮圆周速度下降了的缘故。
工件圆周速度
工件圆周速度是工件被磨削圆周表面上任意一点单位时间内在进给运动方向上的位移; 单位为m/min。计算公式为

πdwnw
V0 =—————
1000
式中dw———工件外圆直径( mm) ;
nw———工件转速( r/min) 。
工件圆周速度比砂轮圆周速度低得多, 一般为5-30m/min。
纵向进给量
工件每转相对砂轮在纵向的位移, 叫做纵向进给量, 单位为mm/r。计算公式为:

F=(0.2-0.8)B
式中B———砂轮宽度( mm) ;
纵向进给量与工作台纵向速度间有以下关系

fnw
V =—————
1000
式中V———工作台纵向速度( m/min) ;
nw———工件转速( r/min) 。
横向进给量
外圆磨削时, 在工作台每次行程终了时, 砂轮在横向进给运动方向上的位移叫横向进给量, 单位为mm。它是衡量背吃刀量大小的参数。横向进给量可按下式计算
D-d
ap=—————
2

式中D———进给前工件的直径( mm) ;
d———进给后工件的直径( mm) 。
外圆磨削的横向进给量很小, 一般取0.005-0.04mm, 精磨时选小值, 粗磨时则选大值。
切削液
一、 概述
切削液主要用来降低磨削热和减少磨削过程中工件与砂轮之间的摩擦。切削液主要有以下作用:
1.冷却作用 切削液的热传导作用, 能有效地改进散热条件, 带走绝大部分磨削热, 降低磨削温度。
冷却作用的大小与切削液的种类、 形态、 用量和使用方法有关。切削液的传热系数越大, 则冷却作用越显著。如水的散热能力比油强, 故有极好的冷却作用。
2.润滑作用 切削液能渗入到磨粒与工件的接触表面之间, 粘附在金属表面上, 形成润滑膜, 减少磨粒和工件之间的摩擦, 从而延长砂轮的寿命, 减小工件表面粗糙度值。
由于接触表面上的压力较大, 纯矿物油不易渗入到磨削区, 为此在切削液中须加进一些硫、 氯、 磷等极压添加剂。这些添加剂与钢铁表面接触后能迅速发生化学变化, 产生新的化合物( 硫化铁、 氯化铁等) , 吸附在金属上, 能显著提高润滑效果。
3.清洗作用 切削液可将磨屑和脱落下的磨粒冲洗掉, 以免工件磨削表面被划伤。
4.防锈作用。
切削液的种类
切削液的化学成分要纯, 化学性质要稳定, 无毒性, 其酸度应呈中性, 以免刺激工人的皮肤和腐蚀工件、 机床或砂轮。
切削液分水溶液和油类两大类。常见的水溶液有乳化液和合成液两种, 常见的油类为全损耗系统用油( 机械油) 和煤油。各种切削液的特点见表

油 类
水溶类
合成类
润滑性
最好
比油差
比油差
冷却性
差
较好
好
化学稳定性
好
差
好
清洗性
差( 轻质好)
较差
好
防锈性
好
差
较好
磨削用量
大
大
较大
磨削力
最小
小
小
表面粗糙度值
最小
小
小
表面层变质
少
多
少
防火性
差
好
好
发泡性
较小
小
大
使用期
长
短
较长
水溶液以水为主要成分, 天然水的冷却作用很好。但使用不当易使机床和工件锈蚀。
油类的润滑和防锈作用好, 低粘度的矿物油, 如L-AN32全损耗系统用油及煤油等较常见。螺纹及齿轮磨床用-AN32全损耗系统用油。
1、 乳化液 乳化液由乳化油加水冲制而成。
乳化油的配方种类很多, 乳化液是油与水的混合体。因为二者不可混合, 故必须加入乳化剂。乳化剂的分子有两个头, 一头亲水, 一头亲油。把油在水中搅拌时, 乳化剂吸附在油粒表面上, 使它们均匀地悬浮在水中。
使用时, 取质量分数)2℅-5℅的乳化油和水配制即可。天冷时, 可先用少量温水将乳化油熔化, 然后再加入冷水调匀。根据不同的工件材料, 可适当调配其质量分数。磨削铝制工件时, 如浓度过高, 会引起表面腐蚀。磨削不锈钢工件时, 采用较高浓度, 则效果较好。一般, 精磨时乳化液的质量分数应比粗磨时高些。
2、 合成液是一种新型的切削液, 由添加剂、 防锈剂、 低泡油性剂和清洗防锈剂配制而成。工件表面粗糙度可达Ra0.025μm, 砂轮寿命可提高1.5倍, 使用期超过一个月。
冷却的方式有外冷却法和内冷却法两种。
当前常见的是外冷却法, 将切削液直接浇注在砂轮和工件接触的部位, 但切削液不能全部进入磨削区域。
内冷却是一种较有效的冷却方式( 见图) , 切削液经过中空锥形盖引入到砂轮的中心脏内。由于离心力的作用, 这些切削液就会经过砂轮内部的空隙流向砂轮四周边缘区域的加工表面, 从而起到有效的冷却作用。当前, 由于还有一些具体问题尚待解决, 内冷却法还未推广使用。

在刃磨刀具时采用浸硬脂酸砂轮, 能够取得较好的冷却效果。这实质上也是一种内冷却法, 磨削时, 磨削区域的热量使砂轮边缘部分的硬脂酸熔化, 而使其洒入磨削区域起冷却作用。
使用切削液时, 要注意以下几个问题:
( 1) 应该直接浇注在砂轮与工件接触的部位。
( 2) 流量应充分, 并应均匀地喷射到整个砂轮宽度上。切削液流量一般不低于0.5L/( min.mm) 。
( 3) 应有一定的压力, 以便切削液冲入磨削区域。
( 4) 切削液应经常保持清洁, 尽量减少切削液中杂质的含量, 变质的切削液要及时更换, 超精密磨削时能够采用专门的过滤装置。图示为一般的切削液冰箱, 水箱的容积较大, 以便使切削液保持一定的温度, 保证加工精度。此切削液水箱采用沉淀过滤的方法, 切削液先流入金属网, 并经水箱隔板使杂质沉淀。改良型的水箱见图, 切削液经台阶式隔板的循环沉淀作用, 可达到较好的过滤效果, 这类水箱成本低, 占地面积小。图示为固定式磁性过滤器, 它结构简单, 能过滤切削液中的磨屑, 净化能力比一般水箱高。

砂轮
一、 砂轮的结构
在砂轮制造厂中, 一般砂轮须经过混料、 成型、 干燥、 烧结、 整形、 静平衡、 硬度测定、 安全线速度试验等复杂程序而制成。砂轮具有特殊的结构。磨粒依靠结合剂构成的”桥”支持着, 承受磨削力的作用, 砂轮内的网状空隙起到容纳磨屑和散热的作用。磨粒、 结合
剂、 网状空隙构成砂轮结构的三要素。

砂轮的工作特性由以下几个要素衡量: 磨料、 粒度、 结合剂、 硬度、 组织、 形状和尺寸、 最高工作速度等。各种特性的砂轮, 都有其适用的范围。
二、 磨料
磨料是砂轮的主要成分, 磨料经压碎后即成为各种粗细不同的磨粒。在磨削时它要经受强烈的摩擦、 挤压和高温的作用, 因此磨料必须具有高的硬度, 同时还应有一定的耐热性和相当的韧性。
磨料分天然磨料和人造磨料两大类。天然磨料有刚玉和金刚石等。天然刚玉含杂质多, 天然金刚石价格昂贵, 均很少采用。因此当前制造砂轮用的磨料主要是人造磨料( GB/T2476)。人造磨料分刚玉类、 碳化物类、 超硬类三大类, 各种人造磨料的特性如下:
1.刚玉类 刚玉类磨料主要成分是氧化铝( AL2O3) 。它由铝钒土等为原料在高温电炉中熔炼而成。适于磨削抗拉强度较高的材料, 如各种钢材。按氧化铝含量、 结晶构造、 渗入物的不同, 刚玉类可分为以下几种:
( 1) 棕刚玉A 棕刚玉的颜色呈棕褐色。用它制造的陶瓷结合剂砂轮一般为蓝色或浅蓝色。棕刚玉的硬度和韧性较好, 能承受较大的磨削力, 适于磨削优质碳素结构钢、 合金结构钢、 青铜等金属材料, 且价格便宜。
( 2) 白刚玉WA 白刚玉含氧化铝的纯度极高, 呈白色, 因此又称白色氧化铝。白刚玉较棕刚玉硬而脆, 磨粒相当锋利, 磨粒也容易破裂而形成新的锋利刃口。因此白刚玉具有良好的磨削性能, 磨削过程产生的磨削热比棕刚玉低。适用于精磨各种淬硬钢、 高速工具钢以及容易变形的工件等。
( 3) 铬刚玉PA 铬刚玉除了含氧化铝外, 还含有少量的氧化铬( Cr2O3) , 颜色呈玫瑰红色。铬刚玉的硬度与白刚玉相近, 而韧性比白刚玉好, 磨削韧性好的钢件, 如磨高钒高速工具钢时砂轮的磨削效率均比白刚玉高。在相同磨削条件下, 用铬刚玉磨出的工件表面粗糙度值比白刚玉砂轮稍小。适用于精磨各种淬硬钢件。
( 4) 微晶刚玉MA 颜色和化学成分与棕刚玉相似。由于磨粒熔炼成微小尺寸的晶体结构, 故韧性和自锐性更好。适用于磨削不锈钢、 铬轴承钢和特种球墨铸铁, 也适用于作超精密磨削。
( 5) 单晶刚玉 SA 单晶刚玉是用特殊方法熔炼成的单晶体。它不象其它磨料需经过机械粉碎, 因此磨粒内部没有伤痕和残余应力, 硬度和韧性都比白刚玉高, 在磨削过程中具有较高的磨削性能。它适宜于磨削韧性好的不锈钢、 高钒高速工具钢和其它难加工材料, 在超精密磨削中也有应用。
2. 碳化物类碳化物类磨料其硬度和脆性比氧化铝高, 磨粒也更锋利, 不宜用来磨削钢料等韧性金属, 适用于磨削脆性材料, 如铸铁、 硬质合金等。碳化物类不宜磨削钢料的另一个原因是: 在高温下碳化物中的碳原子要向钢的铁素体中扩散。常见的碳化物磨料是碳化硅, 碳化硅由硅石和焦炭为原料在高温电炉中熔炼而成, 按含SiC的纯度不同, 能够分以下两种:
( 1) 黑碳化硅C 磨料的颜色呈黑色, 且有金属光泽, 其硬度高于刚玉类的任何一种。磨粒棱角锋利, 可是性脆, 经不住大的磨削压力, 较适宜于磨削抗拉强度低的材料, 如铸铁、 黄铜、 青铜等。
( 2) 绿碳化硅GC 含碳化硅的纯度极高, 呈绿色, 也有美丽的金属光泽。绿色碳化硅的硬度比黑色碳化硅高, 刃口锋利, 但脆性更大, 适于磨削硬而脆的材料, 如硬质合金等。
3. 超硬类 超硬类磨料是近年来发展的新型磨料。
( 1) 人造金刚石SD 金刚石是当前已知物质中最硬的一种材料, 其刃口非常锋利, 切削性能优良, 但价格昂贵。主要用于加工高硬度材料, 如硬质合金和光学玻璃等。人造金刚石是以石墨作原料, 在触媒剂作用下, 利用超高压、 超高温, 将石墨转变成碳的同素异晶体。人造金刚石无色透明, 或呈淡黄、 淡绿色。
( 2) 立方氮化硼CBN 主要用于磨削高硬度、 高韧性的难加工钢材。它呈棕黑色, 硬度略低于金刚石, 具有极好的磨削性能, 特别适于磨削耐热钢、 高钼、 高钒、 高钴的合金钢、 不锈钢等特种钢材。在磨削特种钢材时, 立方氮化硼的效率比金刚石要高五倍, 比氧化铝砂轮高近百倍。
上述两种磨料的砂轮制作与其它磨料不同。
三、 粒度
粒度是表示磨粒尺寸大小的参数, 根据磨料标准GB/T2477的规定, 粒度用41个粒度代号表示。
粒度有两种表示方法。颗粒尺寸大于50μm的磨粒( W63除外) , 用筛网筛分的方法测定, 粒度号代表的是磨粒所经过的筛网在每英寸长度上所含的孔目数。例如, 60粒度是指它能够经过孔径0.28mm, 网号028的筛网, 但不能经过孔径0.224, 网号0224, 的筛网。因此用这种
方法表示的粒度号越大, 磨粒就越细。
微粉用显微镜测量的方法测量其粒度, 粒度号W表示微粉, 阿拉伯数表示磨粒的实际宽度尺寸。例如W40表示颗粒大小为40—28μm。

砂轮的粒度对工件表面的粗糙度和磨削效率都有很大的影响。
四、 结合剂
结合剂是将磨粒粘结成各种砂轮的材料。结合剂的种类及其性质, 影响着砂轮的硬度、 强度。常见的结合剂分有机结合剂和无机结合剂两大类。其中无机结合剂最常见的是陶瓷结合剂( V) , 有机结合剂最常见的有树脂结合剂( B) 和橡胶结合剂( R) 两种。有时还用增强树脂结合剂( BF) , 增强橡胶结合剂( RF) 。
1. 陶瓷结合剂V 是当前应用最广的一种结合剂。它由天然花岗石和粘土为原料配制而成。其主要优点是:
( 1) 物理和化学性能稳定, 能耐热和耐腐蚀, 因此能够用于干磨, 又能适应使用各种切削液的磨削, 贮存时间也较长。
( 2) 砂轮的多孔性好, 砂轮不易堵塞。
( 3) 粘结力较大, 磨削时, 能较好地保持砂轮的外形轮廓。
它的缺点是:
( 1) 呈脆性, 不能承受大的冲击和侧面压力, 不能制造薄片砂轮。砂轮的磨削速度一般不能超过35m/s。70年代以来, 中国成功地研制了含硼陶瓷结合剂( 粘土25%, 锂辉石26%, 硼玻璃35%, 无碱玻璃15%) , 使陶瓷结合剂的结合强度大大提高, 能够用作50—80m/s的高速磨削。
( 2) 砂轮没有弹性, 磨削时发热量较大。
( 3) 怕冰冻。
2. 树脂结合剂B 是一种有机结合剂, 由石碳酸与甲醛人工合成。它的主要优点是:
( 1) 有很高的强度, 可制造薄片和速度高于50m/s的高速砂轮, 其应用范围仅次于陶瓷结合剂。
( 2) 砂轮自锐性好, 磨削效率高。
( 3) 砂轮具有弹性, 磨粒在工作时能退让, 因此可避免工件表面烧伤。同时, 它还具有弹性抛光作用, 工件可获得较小表面粗糙度值。
主要缺点是:
( 1) 耐热性差, 耐热温度为200℃左右, 磨削温度高时, 砂轮消耗快, 高温会把结合剂烧毁。
( 2) 由于自锐性好, 砂轮容易失去正确的外形。
( 3) 耐腐蚀性较差, 切削液含碱量不能超过1.5%, 否则结合强度将大为减弱, 而且潮湿的环境也会使砂轮的强度降低, 故一般树脂结合剂的砂轮存放期不宜超过一年。
3. 橡胶结合剂R 它是一种有机结合剂, 以天然橡胶或人造橡胶为主要原料制成。其特点是:
( 1) 弹性比树脂结合剂好, 能够制成更薄的砂轮。
( 2) 砂轮退让性好, 不易烧伤工件并有良好的抛光作用。
( 3) 耐热性差, 耐热温度低于150℃, 耐湿性能也较差, 存放期为二年。
五、 硬度
砂轮的硬度是指结合剂粘结磨粒的牢固程度, 可衡量磨粒在磨削力作用下从砂轮表面上脱落下来的难易程度。磨粒不易脱落的砂轮, 就称硬砂轮。应注意不要把砂轮的硬度与磨粒自身的硬度混同起来。
砂轮的硬度对磨削生产率和加工的表面质量影响极大。如果砂轮硬度选得太硬, 磨粒变纯后仍不能脱落, 磨削力和磨削热会显著增加。如果选得太软, 磨粒还很锋利就脱落, 则会加快砂轮损耗。
为了适应不同的工件材料和加工要求, 砂轮硬度分七大级。硬度代号按软至硬顺序分:
A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H、 J、 K、 L、 M、 N、 P、 Q、 R、 S、 T、 Y( 见表)
砂轮硬度等级
硬度等级名称

代号

硬度等级名称

代号

超软

A、 B、 C、 D、 E、 F
中硬

P、 Q、 R
软

G、 H、 J
硬

S、 T
中软

K、 L
超硬

Y
中

M、 N

六、 组织
组织是表示砂轮内部结构松紧程度的参数。砂轮的松紧程度与磨料占有砂轮的体积的比例有关, 见图

砂轮组织号是以磨料占砂轮体积的百分比( 磨料率) 来划分的, 共分十五级, 每个代号都按磨料所占全部体积的百分比表示, 见表

可知, 砂轮组织号数越低, 越紧密, 磨料占砂轮体积的百分比也越大, 因而磨粒与磨粒之间的空隙越小。
一般外圆、 内圆、 平面、 无心磨以及刃磨用的砂轮都采用组织中等的砂轮。
七、 形状和尺寸
常见的各种砂轮与砂瓦的名称、 形状、 代号及用途见表

八、 最高工作速度
砂轮高速旋转时受很大的离心力作用, 如果没有足够的强度, 砂轮就会爆裂而引起严重事故。离心力大小与砂轮圆周速度的平方成正比例, 因此当砂轮圆周速度增大到一定数值时, 离心力就会超过砂轮强度所允许的范围, 使砂轮爆裂。砂轮强度一般见最高工作速度来表示。
最高工作速度比砂轮爆裂时的速度低得多, 各种砂轮都规定了最高工作速度, 安全系数为1.5
九、 砂轮的代号
根据普通磨具标准GB2458规定, 砂轮( 普通磨具) 各特性参数以代号形式表示, 其次序是: 砂轮形状、 尺寸、 磨料、 粒度、 硬度、 组织、 结合剂、 最高工作速度。书写顺序示例:

十、 砂轮的选择
每种砂轮根据其特性, 都有一定的适用范围, 一般应根据工件的材料、 形状、 热处理方法、 加工精度、 表面粗糙度、 磨削用量以及磨削形式等选用。
( 1) 磨料的选择按工件材料及其热处理方法选择, 即使磨料本身的硬度与工件材料的硬度相对应。一般的选择原则是: 工件材料为一般钢材, 可选用棕刚玉; 工件材料为淬火钢、 高速工具钢, 可选用白刚玉或铬刚玉; 工件材料为硬质合金, 则可选用人造金刚石或绿色碳化硅; 工件材料为铸铁、 黄铜, 则选用黑色碳化硅。下表可供选择时参考。

( 2) 粒度的选择按工件表面粗糙度和加工精度选择。细粒度的砂轮可磨出光洁的表面; 粗糙度则相反, 但由于其颗粒粗大, 砂轮的磨削效率高。一般常见的粒度是46—80。粗磨时选用粗砂轮, 精磨时选用细粒度砂轮, 下表可供选择时参考。

( 3) 砂轮硬度的选择 砂轮硬度是衡量砂轮”自锐性”的重要指标。磨削过程中, 磨粒逐渐由锐利而变钝, 部分钝化了的磨粒继续工作, 作用在磨粒上的压力就会不断增大; 当压力大到一定数值时, 有的磨粒会自行崩碎而形成新的刃口; 当压力超过结合剂的粘结力时, 磨粒会自行脱落。钝化了的磨粒自行崩碎或脱落使砂轮保持锐利的特性称为”自锐性”。较软的砂轮有较好的”自锐性”, 可提高砂轮的磨削性能, 减小磨削力和磨削热。一般常见H~K。磨硬材料时, 磨粒容易钝化, 应选用软砂轮, 以使砂轮锐利; 磨软材料时, 砂轮不易钝化, 应选用硬砂轮, 以避免磨粒过早脱落损耗; 磨削特别软而韧的材料时, 砂轮易堵塞, 可选用较软的砂轮
第十节砂轮的平衡与修整
一、 砂轮的平衡
1、 概述 砂轮的平衡程度是磨削的主要性能指标之一。砂轮不平衡是指砂轮的重心与旋转中心不重合, 即由不平衡质量偏离旋转中心所致。例如不平衡量为1500g.cm的砂轮, 在转速达到1670r/min时, 其离心力可到460N。巨大的离心力将迫使砂轮振动, 使工件表面产生多角形的波纹, 同时附加压力会加速主轴轴承磨损。当离心力大于砂轮强度时, 则会引起砂轮爆裂。由上所述, 砂轮的平衡是一项十分重要的工作。
2.砂轮不平衡的原因 引起砂轮不平衡的原因主要有以下两方面:
( 1) 砂轮本身不平衡。这是由砂轮的制造误差, 如砂轮密度不均匀、 形状不对称或内外圆不同轴等引起的, 一般砂轮制造厂规定砂轮的不平衡量为300g·cm左右。
( 2) 砂轮在法兰盘上安装产生不平衡量。
3.砂轮平衡的原理 假设在砂轮上有两个不平衡量: m1e1和m2e2见图它们的合成不平衡量为me不平衡。同样它们产生的离心力F1和F2也可用合成力F表示。如果在其相反一侧加一个平衡量me不平衡, 并使me平衡=me不平衡, 则离心力不平衡消失。这种平衡原理不考虑砂轮旋转时的不平衡力偶作用, 故又称静平衡原理。一般直径大于Φ125 的平形砂轮都可利用这个原理作静平衡。
４、 静平衡时使用的工具 手工操作的静平衡, 须使用平衡架、 平衡心轴、 平衡块、 水平仪等工具。
( 1) 圆棒导柱式平衡架主要由支架1和圆柱轴2组成, 见图。圆柱轴是静平衡的导轨面。

( 2) 平衡心轴由心轴1、 螺母3和垫圈2组成, 见图。心轴两端为等直径的圆柱面, 以便在平衡架上滚动。外圆锥面用作安装砂轮法兰盘。
( 3) 平衡块 安装在法兰盘的环形槽内, 见图
( 4) 水平仪用于调节平衡架圆柱导轨纵向和横向的水平位置。常见分度值为0.02mm/1000mm的水平仪见图
5、 静平衡的方法将平衡心轴与砂轮放在平衡架的圆柱形导轨上作缓慢滚动, 若砂轮不平衡, 则砂轮会作来回摆动, 直至摆动停止, 其不平衡量必在砂轮下方, 在砂轮的另一侧( A 点) 作一记号, 并在相应部位装上第一块平衡块1, 在其对称两侧装另外两块平衡块2、 3; 再将A点置于水平位置, 若不平衡, 砂轮仍会摆动, 则需调整平衡块2、 3, 同时向A点靠拢或离开, 直至平衡。如果在任何位置都能使砂轮静止, 则说明砂轮已平衡。一般重新安装的砂轮须作两次平衡, 因为砂轮经修整后, 由于砂轮的外形误差, 原先的平衡必将破坏。第二次平衡一般应使砂轮圆周上八个对应点平衡。
二、 砂轮的修整
1、 砂轮的磨钝 砂轮在工作一段时间以后, 砂轮的工作表面会钝化。若继续磨削, 将加剧砂轮与工件间的摩擦, 工件会产生烧伤现象或振动波纹, 使工件表面的粗糙度值增大, 磨削效率也降低。因此, 应在适当的时间及时修整砂轮。经过修整的砂轮, 其工作面的磨粒可形成
不同粗细程度的微刃。经精细修整的砂轮, 其微刃齿距极细, 且分布在同一回转圆周上, 故有较好的微刃等高性。磨削过程中, 可将微刃的钝化过程划分为初期、 正常、 激剧磨损三个阶段。
在初期阶段, 微刃表面残留的毛刺不断脱落划伤工件表面; 正常阶段, 微刃表面的毛刺已消失, 微刀为正常切削状态且逐渐钝化; 当微刃锐角完全消失, 磨削发出噪声时, 即为激剧磨损阶段。
除砂轮磨钝外砂轮还会堵塞。
2、 修整砂轮的方法修整层厚度一般为0.1mm左右。图示为各种修整方
法。

（1） 车削法 是利用高硬度颗粒作刀头, 车削砂轮表面, 见图
（2） 滚轧法是利用由高硬度材料制成的滚轮与砂轮相滚轧, 修除砂轮磨钝层。滚轧时滚轮由砂轮带动高速旋转, 见图
（3） 磨削法 是利用由高硬度材料制成的滚轮磨削砂轮表面。滚轮由独立的电动机传动作高速旋转, 见图。
金刚钻笔车削法是以金刚钻为工具用车削形式来修整砂轮的方法。金刚钻笔是将大颗粒的金刚石镶焊在特制刀杆上的一种修整工具。金刚钻的尖端研成尖角! 为70°-80°, 见图

修整时, 磨粒碰到金刚钻紧硬的尖角, 就会碎裂或者整个脱落, 从而产生新的微刃。金刚钻与砂轮的接触面积小, 引起的弹性变形小, 因此砂轮经修整能获得精细平整的表面。这是当前应用最广的一种方法。金刚钻的大小是以克拉( 每克拉等于0.2g) 为单位。一般情况下, 砂轮直径在Φ100以下时, 可选0.25克拉的金刚钻; 砂轮直径在Φ300-Φ400时, 选1克拉的金刚钻。
金刚钻是一种贵重的材料, 使用时要检查其焊接是否牢固以及是否有裂纹, 以免修整时失落。修整时, 金刚钻的安装角一般为5°~10°见图

金刚石笔是由颗粒较小的碎粒金刚石或金刚石粉, 用结合力很强的合金结合起来, 压入特别的金属刀杆上制成的。根据金刚石的分布情况, 金刚石笔有三种类型: 层状金刚石笔;链状金刚石笔) 和粉状金刚石笔(见图)

层状和链状金刚石笔可修整多种砂轮; 粉状金刚石笔主要
用于修整细粒度砂轮。
滚轮式割刀是由多片渗碳淬火钢或白口铁的金属圆盘装
在刀柄上制成的, 见图。金属盘的形状为尖角形, 修整时金属盘随砂轮高速滚动, 并对砂轮表面滚轧。这种工具常见于砂轮的整形粗修整。
金刚石滚轮是近年发展的一种成形修整法。金刚石滚轮一般用电镀法、 粉末冶金法制造而成。金刚石滚轮修整装置安装在砂轮架一端, 滚轮由修整轮驱动电动机传动。修整时修整轮由修整送给电动机传动进给。

( 2) 顶尖
①顶尖的作用
顶尖用来装夹工件, 确定工件的回转轴线, 承受工件的重力和磨削时的磨削力。
②顶尖的结构和种类
顶尖由头部、 颈部、 柄部组成。顶尖的头部为60°圆锥体, 与工件中心孔相配合, 用来定位和支承工件。颈部为过渡圆柱。柄部为莫氏圆锥, 与头架主轴孔或尾座套筒锥孔相配合, 固定在头架或尾座上。
如图所示为各种顶尖, 以适合不同工件的装夹。其中凹顶夹用于装
夹凸顶尖工件, 大头项尖用于装夹大孔工作, 图示 还有高速钢顶尖, 易磨损, 但强度好, 硬质合金顶尖, 耐磨性好, 但强度差, 容易折断,
新型顶尖, 在结构钢材料上镶硬质合金薄片, 既耐磨, 强度又好, 得到广泛应用。
( -) 中心孔
①中心孔种类和尺寸( GB145-85)
中心孔有A型、 B型、 R型、 C型四种, 见表。A型中心孔由圆锥孔、 圆柱孔组成, 圆锥孔与顶尖锥面配合, 起到定中心、 承受工件重力和磨削力的作用。前端小圆柱孔能够避让顶尖尖端, 使锥面接触良好, 并可贮存润滑剂, 减少顶尖与中心孔的接触摩擦。B型中心孔具有120°圆锥, 能够保护60°圆锥孔边缘, 避免碰伤, 多用于加工精度高、 工序过程长的零件, 如轴类零件。C型中心孔, 其内螺纹可供旋入钢塞子, 起到长期保护中心孔的作用, 适用于贵重的零件或工量具等。R型中心孔, 定心作用好, 可减小工件的椭圆度, 因与顶
尖锥面接触面减小, 工作时可贮存润滑油, 旋转轻快, 并可对中心孔起保护作用。
②中心孔的技术要求
中心孔在外圆磨削中有着非常重要的作用, 是工件在磨削加工中的定位基准。中心孔的的形状误差和其它缺陷如图所示: 椭圆、 过深、 太浅、 钻偏、 两端不同轴、 锥角过大、 锥角过小以
及碰伤、 拉毛等都会影响工件的加工精度。中心孔的椭圆形会”复印”到工件上, 中心孔深度不正确, 会使顶尖与中心孔的接触不良, 中心孔钻偏或两端不同轴, 会影响顶尖与中心孔的接触位置, 锥角超差会使接触面减小, 影响定位精度。
为了保证磨削质量, 中心孔必须达到以下要求:
a.60°内锥面的圆度要好, 不能有椭圆或多角形误差。检查中心孔用涂色法, 要求接触面积大于80%。
b. 60°内锥面不能有毛刺、 碰伤等缺陷, 表面粗糙度Ra0.8µm以下。
c.中心孔的尺寸按工件直径选取, 大直径大中心孔, 小直径小中心孔。
d.对精度要求较高的轴, 淬火前后要修研中心孔。
e.对于要求特殊的工件, 可采用特殊结构的中心孔。如图:
( 4) 用两顶尖装夹工件的步骤
①顶尖。根据工件中心孔的形状和尺寸选择合适的顶尖( 5和8) , 并把顶尖安装在头架1和尾座9的圆锥孔内, 检查两顶尖是否对正。
②调整。根据工件的长度调整头架1与尾座9的距离并加以紧固, 同时要检查尾座的顶紧力, 转动工件顶紧压力调节把手10, 使工件的顶紧力松紧适度。
③夹头。用夹头4夹紧工件的一端, 夹持精密的表面, 可垫上铜皮以不留夹持痕迹。夹头的重量要分布均匀, 否则转动时的离心力影响磨削质量。
④润滑。用干净的棉纱擦干净工件中心孔, 并注入润滑油或润滑脂。
⑤左端。左手托住工件, 将工件有夹头的一端中心孔支承在头架顶尖5上。
⑥右端。用手扳动手柄11, 使尾座顶尖8收缩, 将工件右端靠近顶尖, 放松扳动手柄, 使尾座顶尖逐渐伸出, 将尾座顶尖慢慢引入中心孔内, 顶紧工件。
⑦旋转。调整拨杆3位置, 使其能带动夹头旋转。
⑧检查。点动主轴, 检查工件旋转情况, 运转正常后方可进行磨削。

第四章交流三相