精密与特种加工技术_第三章_磨削理论 上课用.ppt

第3章 磨削加工理论 3.1 磨削加工的概念 3.3 磨削过程 3.4 磨削力及磨削功率 3.5 磨削温度 3.6 砂轮的磨损、耐用度与修整 磨床应满足的要求p57 1、高的几何精度 2、低速进给运动的稳定性 3、减少振动 4、减少热变形 三、研磨、抛光的加工变质层 不管采取什么加工方法，或多或少要在被加工表面上产生加工变质层，加工变质层使工件材质的结构、组织和组成遭到破坏或接近于破坏状态，使工件表面的力学性能、物理化学性能与母体材料不同，进而影响制成元件的性能，因此在超精密研磨抛光中要求变质层越薄越好。 硬脆材料研磨后的表面，从表层向里依次为：非晶体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全结晶结构，从弹塑性力学的角度评价变质层，依次为：极薄的塑性流动层、有异物混入的裂纹层、裂纹层、弹性变形层和母体材料。金属材料研磨后的加工表面变质层与硬脆材料类似。 对于抛光加工后的加工变质层，由表层向里依次为：抛光应力层、经腐蚀出现的二次裂纹应力层、二次裂纹影响层和完全结晶层，整个加工变质层深度约为3μm。并且加工表面越粗，加工变质层深度越大。 精密研磨、抛光的主要工艺因素 加工条件：对残留有裂纹的硬脆材料和不产生裂纹的金属材料的加工条件不同； 研磨方式：单面研磨和双面研磨； 研磨机：应能均匀地加工工件，研具磨损要小并要求能容易修整精度； 研具和抛光盘：必须避免因工作面磨损和弹性变形引起精度下降； 研具材料：微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材料； 加工液：提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的效果。 超精密研磨抛光的主要新技术 液中研磨 将超精密抛光的研具工作面和工件浸泡在含磨粒的研磨剂中进行，在充足的加工液中，借助水波效果，利用游离的微细磨粒进行研磨加工，并对磨粒作用部分所产生的热还有极好的冷却效果，对研磨时的微小冲击也有缓冲效果。 机械化学研磨、抛光 在腐蚀液中加有磨料，对工件边腐蚀边加工。 利用磨料本身或研磨剂与工件之间的化学作用，对工件进行研磨抛光。 在腐蚀液中研磨，是为了利用腐蚀液的腐蚀作用，提高效率。 工件与研磨液或磨料进行化学反应，可促进研磨的进行。 图3-8 磨削力 (a)外圆圆磨 (b)切入磨 (c)平面磨 (d)端面磨 3.4.4 磨削力对磨削过程的影响 的关系。 磨削深度 和 与进给量 和切向磨削力 法向磨削力 单位宽度上的 所示为成形磨削时砂轮 图 p f t n 9 3 a v F F - - - -T - - -T ˉ ˉ -T - - -T t a t n c t n f t n p . 3 t . 2 . 1 F F F F F F v F F a （更显著）， 砂轮行程次数 。 ，深磨时砂轮钝化剧烈 （更显著）， 。 ， ； ， 图3-9 成形磨削时的磨削力 与磨削用量的关系 砂轮：WA80K10V，工件：中碳钢；单位宽度磨除率：Z?=4mm/（mm·s）；修整速比： qd=0.5；砂轮速度：vc =30mm/s；砂轮半锥角α=60° 磨削表面的热损伤表现为烧伤及产生热裂纹。 一、磨削时的能量消耗 1.磨削能量消耗的形式 磨粒对工件的切削：滑擦——刻划——切削； 磨削消耗的能量：滑擦能——刻划能——切屑形成能（剪切能和摩擦能） 研究表明：切屑形成能约45%～55%传入工件，刻划能约有75%传入工件，滑擦能约有69%传入工件。 2.磨削能量消耗与磨削用量的关系 （1）工件进给速度和磨削深度增加，平均单位体积切削能量消耗降低。 （2）磨粒磨损增加，滑擦能增加。 二、磨削温度 1.磨削温度的种类 2.磨粒切削温度及其与切削用量的关系 把磨粒切削工件当作一把刀具切削工件，可以测出磨粒切削刃附近的温度分布，即切屑下部及磨粒磨损平面下的工件表面的温度分布。如图3-X所示。 图3- 磨削温度的来源 图3-X 磨粒切削刃附近工件表面温度分析 Ⅰ—由于切屑形成及刻划引起的温度变化；Ⅱ—磨粒与工件摩擦时引起的温度变化；Ⅰ+Ⅱ—两者的叠加 切削刃A点下的瞬时温度可达1400℃左右。 磨削温度的分布规律： （1）切削刃上的瞬时温度可达1400℃左右； （2）单颗粒磨粒的切削温度常常达到金属的熔点； （3）对于一定的金属材料，其磨屑形成的温度为一常数。 磨粒磨削点的温度与磨削用量的关系： 接触面温度与磨削用量的关系： 工件表面单位面积上的能量输入（能通量）： （能通量表征的是工件受热影响区域的深度。） 三、磨削温度对工件表面的影响 1. 磨削烧伤：磨削时磨削热引起工件表面温度过高，使加工表面组织（金相组织）发生变化，从而使加工表面的硬度和塑性发生变化，在加工表层瞬间发生的氧化变色现象。即工件表层产生氧化膜的回火颜色。 影响磨削烧伤