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成都市温江区红光金属加工厂

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金属切削加工方法多种多样,磨削作为金属加工方式之一,你了解它的工艺特点及应用范围吗?
发布时间:2018-11-22        浏览次数:1106        返回列表
通常把使用磨具进行加工称为磨床。常用的磨具有固结磨具(如砂轮、油石等)和涂附磨具(如砂带、砂布等),磨床按加工用途的不同可分为外圆磨床、内圆磨床和平面磨床等。

图1 磨削

砂轮的特征要素

砂轮是由一定比例的硬度很高的粒状磨料和结合剂压制烧结而成的多孔物体。磨削时与砂轮的选择合理与否至关重要。砂轮的性能主要取能否取得较高的加工质量和生产率。决于砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素。这些称为砂轮的特征要素。如图2所示。

图2 砂轮磨削

磨粒的切削过程

(如图3所示)磨削过程的实质是切削、刻划和摩擦抛光的综合作用过程,由此可获得较小的表面粗糙度值。粗磨时以切削作用为主,精磨时切削作用和摩擦抛光作用同时并存。

(1)砂轮表面突起高度较大和较为锋利的磨粒,切入工件较深且有切屑产生,起切削作用(图a)。

(2)突起高度较小和较钝的磨粒,只能在工件表面刻画细微的沟痕,工件材料被挤向两旁而隆起,此时无明显切屑产生,仅起刻划作用(图b)。

(3)比较凹下和已经钝化的磨粒,既不切削也不刻划,只能从工件表面滑擦而过,起摩擦抛光作用(图c)。

图3 磨粒的磨削过程

磨削工艺的特点

1. 精度高、外表粗糙度小

● 磨削时,砂轮表面有极多的切削刃,并且刃口圆弧半径较小。磨粒上较锋利

的切削刃,能够切下一层很薄的金属,切削厚度可以小到数微米,这是精密加工必须具备的条件之一。

● 磨削所用的磨床,比一般切削加工机床精度高,刚度及稳定性较好,并且具有微量进给的机构,可以进行微量切削,从而保证了精密加工的实现。

● 磨削时,切削速度很高。当磨粒以很高的切削速度从工件表面切过时,同时有很多切削刃进行切削,每个磨刃仅从工件上切下极少量的金属,残留面积高度很小,有利于形成光洁的表面。

● 加工精度为IT7~IT6,表面粗糙度Ra值为0.2~0.8µm。

2. 砂轮有自锐作用

磨削过程中,磨砂轮的自锐作用是其他切削刀具所没有的一般刀具的切削刃。如果钝损坏,则切削不能继续进行,必需换刀或重磨。而砂轮由于本身的自锐性,使得磨粒能够以较锋利的刃囗对零件进行切削。实际生产中,有时就利用这一原理进行强力连续磨削以提高磨削加工的生产效率。

磨削过程中,磨粒在高速、高压与高温的作用下,将逐渐磨损而变得圆钝,圆钝的磨粒,切削能力下降,作用于磨粒上的力不断增大。当此力超过磨粒强度极限时,磨粒就会破碎,产生新的较锋利的棱角,代替旧的圆钝磨粒进行磨削;当此力超过砂轮结合剂的粘结力时,圆钝的磨粒就会从砂轮表面脱落,露出一层新鲜锋利的磨粒,继续进行磨削。

3. 背向磨削力 Fp较大

图4 总磨削力及其分解

如图4所示,磨削时砂轮作用在工件的力为总磨削力F。F可分解为三个相互垂直方向的分力,即磨削力Fc 、背向力Fp和进给磨削力Ff。磨削时,由于背吃刀量很小,所以磨削力Fc较小,进给磨削力Fc则更小,一般可忽略不计。但背向磨削力Fp很大。

这是因为砂轮的宽度较大,磨粒又是以很大的负前角切削的缘故。在刀具切削加工中,一般切削力Fc最大,而磨削时是背向磨削力Fp最大,这是磨削加工的一个显著特点。

影响:Fp作用于砂轮切入方向,砂轮以很大的力推压工件,加速砂轮钝化,使砂轮轴和工件均产生弯曲变形,工件易出现圆柱度误差,直接影响工件的形状精度和表面质量,如图5所示。

图5 磨削加工前后工件形变

解决方法:采用精磨,增加光磨次数,或采用辅助支承,以消除或减少因Fp所引起的形状误差。

光磨:工件磨到接近最后尺寸(余量一般为0.005~0.01mm)时不再吃刀的磨削。光磨可提高工件的形状精度,降低表面粗糙度。磨削质量随着光磨次数的增多而提高。

4. 磨削温度高

磨削速度高,为一般切削加工的1020倍,且为负前角切削,这样高的切削速度下,磨削时滑擦、刻划和切削 3个阶段所消耗的能量绝大挤压和摩擦较严重。局部转化为热量,加上磨粒多,又因为砂轮本身的传热性很差,大量的磨削热在短时间内传散不出去,磨削区形成瞬时高温,并且大部分磨削热将传入零件。一般有80%切削热传入工件(刀具切削低于20%),而且瞬时聚集在工件表层,形成很大的温度梯度。工件表层温度可高达1000℃ 以上,而表层1mm以下接近室温。当局部温度很高时,表面易产生热变形,甚至烧伤。因此,磨削时需施加大量切削液,以降低磨削温度。

5.表面变形强化和残余应力严重

与刀具切削加工相比,虽然磨削的表面变形强化和残余应力层要浅很多,但程度更为严重。影响零件的加工工艺、加工精度和使用性能。

解决方法:及时用金刚石工具修整砂轮,施加足够切削液,增加光磨次数。

磨削的应用

1)外圆磨削:

一般在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行,外圆磨削有纵、横、综合、深磨法等,如图6所示。

图6 外圆磨削图解

纵磨法

✪主运动:砂轮高速旋转

✪圆周进给运动:工件旋转运动;

✪ 纵向进给运动:工件和磨床工作台的往复直线运动;

✪ 横向进给运动:砂轮周期性横向进给。

✪特点:每次磨削量小,磨削力小,产生的热量少,散热条件较好。加工精度和表面质量好。适应性强,生产率较低。

✪ 应用:单件小批生产,精磨,特别是细长轴的磨削。实际中用的最多。

横磨法

✪ 切削运动:工件不作纵向移动,砂轮以慢速作连续的横向进给。

✪ 特点:生产率高。工件与砂轮接触面积大,磨削力较大,发热量多,磨削温度高,工件易发生变形和烧伤。

✪ 应用:成批及大量生产,尤其是工件上的成形表面。加工表面不太宽且刚性较好的工件。轴的磨削。

综合磨法

✪ 先用横磨法将工件表面分段进行粗磨,相邻两段间有5~10mm的搭接,工件上留下0.0l~0.03mm的余量,然后用纵磨法进行精磨。

✪综合了横磨法和纵磨法的优点。

深磨法

✪ 磨削时用较小的纵向进给量、较大的背吃刀量(一般为0.3mm左右),在一次行程中切除全部余量。

✪ 前端锥面进行粗磨,圆柱部分精磨和修光。

✪ 应用:大批大量生产中加工刚度较大的工件,且被加工表面两端有较大的距离,允许砂轮切入切出。

2)在无心外圆磨床上磨外圆

图7 无心外圆磨削

磨削时,工件放在两个砂轮之间,下方用托板托住,不用顶尖支持。较小的一个用橡胶结合剂做的,磨粒较粗,称为导轮;另一个是用来磨削工件的砂轮,称为磨削轮。 导轮轴线相对于砂轮轴线倾斜一角度,以比磨削轮低得多的速度转动,靠摩擦力带动工件旋转。 工件一方面旋转作圆周进给,另一方面作轴向进给运动,如图7所示。

无心外圆磨床特点:

✪工件两端不需预先打中心孔,安装比较方便;

✪ 机床调整好之后,可连续进行加工,易于实现自动化,生产效率较高。

✪工件被夹持在两个砂轮之间,不会因背向磨削力而被顶弯,有利于细长轴类零件的磨削。

✪无心外圆磨削要求工件的外圆面在圆周上必须是连续的,如果圆柱表面上有较长的键槽或平面等,导轮将无法带动工件连续旋转,故不能磨削。

✪ 因为工件被托在托板上,依靠本身的外圆面定位,若磨削带孔的工件,则不能保证外圆面与孔的同轴度。

✪ 无心外圆磨床的调整比较复杂。

3) 孔的磨削

可以在内圆磨床上进行,也可以在万能外圆磨床上进行,它可以加工圆柱孔、圆锥孔和成形内圆面等。 磨削过程:

✪ 纵磨圆柱孔时,工件安装在卡盘上旋转,并沿轴向作往复直线运动;砂轮高速旋转并作周期性的横向进给。

✪ 若磨圆锥孔,只需将磨床的头架在水平方向偏转半个锥角。

4) 平面磨削

周磨:利用砂轮的外圆面进行磨削。

✪ 特点:砂轮与工件的接触面积小,散热、冷却和排屑情况较好,加工质量较高。

✪ 应用:加工质量要求较高的工件。

✪ 设备:卧轴平面磨床。

端磨:利用砂轮的端面进行磨削。

✪ 特点:磨头伸出长度较短,刚度较好,允许采用较大打磨削用量,生产率较高。但砂轮与工件的接触面积大,发热量多、冷却较困难,加工质量较低。

✪ 应用:加工质量要求不很高的工件,代替铣削作为精磨前的预加工。

✪ 设备:立轴平面磨床。

磨削发展方向

1、高精度、小粗糙度磨削

如精密磨削、超精磨削,镜面磨削。

要求:磨床精度,运动平稳性,合理的工艺参数,砂轮精细修整。 磨削过程:磨削时,磨粒的微刃在工件表面上切下微细切屑,同时在适当的磨削压力下,借助半钝状态的微刃,对工件表面产生摩擦抛光作用,从而获得高的精度和小的表面粗糙度。

2、高速磨削

磨削速度VC≥50m/s的磨削加工。因提高工件速度而增加金属切除率,生产率提高。由于磨削速度高,单位时间内通过磨削区的磨粒数增多,每个磨粒的切削层厚度将变薄,切削负荷减小,砂轮的耐用度可显著提高。

由于每个磨粒的切削层厚度小,工件表面残留面积的高度小,并且高速磨削时磨粒刻划作用所形成的隆起高度也小,因此磨削表面的粗糙度较小。且高速磨削的背向力相应减小,有利于保证工件(特别是刚度差的工件)的加工精度。

3、强力磨削

以大的背吃刀量和小的纵向进给速度进行磨削,又称缓进深切磨削或深磨。适用于加工各种成形面和沟槽,特别能有效地磨削难加工材料(如耐热合金等)。它可以从铸、锻件毛坯直接磨出合乎要求的零件,生产率大大提高。高速磨削和强力磨削都对机床、砂轮及冷却方式提出了较高的要求。

4、砂带磨削

设备一般都比较简单。砂带回转为主运动,工件由传送带作进给运动,工件经过支承板上方的磨削区,即完成加工。

砂带磨削的生产效率高,加工质量好,能较方便地磨削复杂形面,因而成为磨削加工的发展方向之一,其应用范围越来越广。