CH3 精密磨削加工Word格式文档下载.docx
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超精加工
桁磨
砂带研磨
超精研抛
游离磨料加工
抛光
研磨:
干式、湿式、磁性
精密研磨
滚磨:
回转式、振动式、离心式、主轴式、涡流式
桁磨:
挤压桁磨
喷射加工
3、固结磨料加工
将一定力度的磨粒或者微粉与粘结剂黏结在一起,形成一定形状并具有一定强度,再采用烧结、黏结、涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。
烧结方法——固结磨具
涂敷方法——涂敷磨具
(二)固结磨具
精密加工:
砂轮60-80#、加工精度0.1-1μm,表面粗糙度0.2-0.25μm。
超精密磨削:
砂轮W40-50、精度0.1μm、表面粗糙度0.025-0.008μm。
1、磨料及其选择(选用超硬磨料)
刚玉、碳化物系、超硬磨料(金刚石、立方碳化硼)
超硬磨料的特点:
可加工高硬度、高脆性和非金属材料
磨削能力强、耐磨性好、耐用度高,容易保持粒度;
一控制加工尺寸和实现自动化
磨削力小、磨削温度低
磨削效率高
加工综合成本低
2、磨料粒度及其选择
选择依据是:
加工要求、被加工材料、磨料材料(被加工工件表面粗糙度、被加工材料和生产率影响较大)
一般选180-240#,号越大粗糙度越小,生差率越低。
3、结合剂及其选择
常见:
树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂
影响:
结合强度、自锐性、化学稳定性、修正方法等。
4、组织和浓度及其选择(表3.2)
组织——普通磨料含量表示方法,反映磨料、结合剂和气孔三者的比例关系。
浓度——超硬磨具中磨料的含量的表示方法,指1cm3中所含超硬磨料的重量。
磨削质量、效率和加工成本
经验:
高质量浓度——成型磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削
中质量浓度——半精磨(细粒度)
细粒度,低质量浓度——高精度、小表面粗糙值的精细超精细磨削。
5、硬度及选择
普通磨具的硬度——磨粒在外力作用下,磨粒自表面脱落的难易程度。
超硬磨具中,一般不标注
6、磨具的强度
磨具高速旋转时,抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。
7、磨具的形状、尺寸及其集基体材料
磨料层、过渡层、基体(图3.1)
(三)涂覆磨具
将磨料用粘结剂均匀的涂覆在纸、布或者其他复合材料基地上的磨具。
1、分类
根据磨具的形状、基底材料、工作条件用途等分类:
干磨砂布、干磨砂纸、耐水砂布、耐水砂纸、环装砂带、卷状砂带等
2、磨料及粒度
磨料:
棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石
表示方式:
P240=普通240,P320=W50
3、粘结剂
胶,将砂粒牢固的粘结在基底上,分为:
粘结膜、底胶和覆胶
分类:
动物胶——(皮胶、明胶、骨胶)粘结性能好、价格便宜、易受潮,用于轻切削的油磨和干磨。
树脂——粘结性好,耐热、耐水、耐湿有弹性,用于难磨削材料或复杂形面的磨削和抛光。
高分子化合物——粘结性好、耐湿有弹性,用于精密磨削,成本高
超图层粘结剂——提高加工质量
4、涂覆方法(3种)
影响涂覆磨具质量的重要因素之一
(1)重力落沙法
一般方法,成本较低
(2)涂敷法
类似于印刷,可获得较好的表面质量
(3)静电植砂法
采用静电原理吸附砂粒,特点的尖端朝上,切削性强、等高性好。
3-2精密磨削加工机理
微小多刃刀具削除细微切屑的方法。
(一)磨削过程
磨粒——不规则菱形多面体;
顶锥角——80-145°
(90-120°
)
以较大的负前角切削。
磨粒在砂轮表面随机分布,一般10%参加磨削
4种磨削形态——摩擦、塑性变形、飞边和切削。
影响因素——切削刃形状、工件材料、切削深度、切削速度。
(二)精密磨削机理
1、磨粒的微刃性
2、磨粒的等高性(图3.6)
3、微刃的滑擦、挤压、抛光作用
4、弹性变形的作用(图3.7)
法向分力为切向分力的2倍,切削量非常微小,易行成镜面。
(三)磨削力(图3.8)
如图所示FZ(主切削力)、FY(切深力)、FX(进给力)的方向
1、磨削力的主要特征
(1)单位磨削力很大
(2)FY在三个力当中最大,直接影响工件表面质量。
2、影响磨削力的因素
砂轮速度V:
增加,磨粒增加,单个磨粒受力减少;
工件速度VW和轴向进给量fN增大:
切削厚度增加,切削力增大。
径向进给量fr增大:
切削厚度增大、接触弧长增大,力增大。
砂轮磨损:
磨削力增大。
(四)单个磨粒的切削厚度
见图3.9的受力分析(详细讲解)
二、磨削温度与磨削液
(一)磨削温度
1、磨削温度的基本概念
明确两个温度:
(温度是不同的)
(1)磨削区域温度(工件):
几百℃
(2)磨粒磨削点温度:
800-1200℃
2、影响磨削温度的主要因素
(1)砂轮速度V
V增加,挤压摩擦加剧、滑擦增多,温度上升。
(2)工件速度VW
增加,则热源移动速度增加,略降低;
但是增大了金属切除量,增加发热量。
所以一般应同时降低径向进给量。
(3)径向进给量fr
增大,导致摩擦力增大,温度上升。
(4)工件材料
金属导热性差,则磨削去温度较高。
含碳量高导热性差,加入铬、镍、铝、硅、锰都会使导热性变差。
金相组织排序:
奥氏体>
淬火和回火马氏体>
珠光体
(5)砂轮硬度与粒度
软砂轮磨削时温度低,反之温度高。
原因是软砂轮自锐性好。
(二)磨削液
作用是:
降低切削温度、减少切削力、减小工件热变形、减少表面粗糙度、改善磨削表面质量,提高磨削效率和砂轮寿命。
1、磨削液的作用机理
基本性能:
润滑、冷却、清洗;
附加性能:
渗透、防锈、防腐、消泡、防火、切削和挤压等。
(1)冷却作用
利用热传导带走大量热量。
关注液体的性质包括:
导热系数、比热容、汽化热、气化速度、流量流速等,通常水>
油。
(2)润滑作用
工作过程中属于边界摩擦(介于干摩擦和流体润滑摩擦之间);
不同的化学成分会影响润滑效果。
(3)清洗作用
冲刷产生的切削,深孔加工必须采用高压磨削液来排屑。
2、磨削液的添加剂
用于改善切削液性能,主要有油性添加剂、挤压添加剂、表面活性剂等。
(1)油性添加剂
极性分子能在金属表面形成牢固的吸附膜,主要起润滑作用。
一般用于低速加工,成分包括动植物油、脂肪酸、胶类、醇类和脂类等。
(2)挤压添加剂
含硫、磷、氯、碘等有机化合物,在高温时形成化学油膜,比较耐高温。
Eg1-3
(3)表面活性剂
乳化剂:
作用是使矿物油和水乳化。
原因是其成分中的极性基团和非极性基团分别亲水和亲油,降低水和油表面的张力。
使得油粒可以均匀的分布在水中。
3、磨削液的分类与使用
(1)分类(水溶性/非水溶性)
水溶性:
水溶液、乳化液,冷却和清洗为主。
非水溶性:
磨削油(矿物油+动植物油),润滑为主。
水溶性特例:
离子型磨削液
(2)选用
磨削温度较高,应保证良好的冷却清洗作用,然后才是润滑和防锈,所以一般选择乳化液和离子型磨削液。
难加工材料加工时处于高温高压边界摩擦状态,所以应选择挤压磨削油/挤压乳化液。
(3)使用方法
浇注,效果不好
喷雾冷却法:
(图3.13所示)
三、磨削质量和裂纹控制
(一)磨削加工后的表面粗糙度
1、几何因素的影响
通过单位面积的磨粒数越多,刻痕的等高性越好,则磨削表面粗糙度值越小。
(1)磨削用量的影响
砂轮速度高,粗糙度小;
工件速度高,粗糙度大;
纵向进给小,粗糙度小。
(2)砂轮粒度和砂轮修整的影响
粒度号越大,参加磨削的砂粒越多,表面粗糙度越小。
见表3-4
修整时,金刚石纵向进给越小,砂轮等高性越好,粗糙度越小。
2、物理因素的影响(表层金属塑性变形)
影响表层金属塑性变形的因素通常是影响表面粗糙度的决定因素。
(1)磨削用量
砂轮速度高,塑性变形小,粗糙度减小;
工件速度增加,塑性变形增加,粗糙度变大;
增大磨削深度,塑性变形增大,粗糙度变大。
(2)砂轮的选择
粒度通常取46-60#(单位面积包含硬质砂粒的个数)
硬度一般选取中软砂轮;
组织一般选用中等组织;
(磨粒结合剂和气孔的比例关系)
材料的选择要根据实际加工情况选。
(二)磨削加工后的表面层金属力学物理性能
1、冷作硬化
(1)一般概念
机械加工过程中差生的塑性变形,使晶格扭曲、畸变,晶粒滑移、拉长,使得表面金属硬度增加。
(又称强化)
加工的高温又可以使冷硬结构向稳定状态转变,成为弱化。
冷硬指标有:
表层金属显微硬度;
硬化层深度;
硬化程度。
(2)影响因素
工件材料性能:
纯铁>
碳钢
磨削用量选择:
磨削深度增加,强化增加
砂轮粒度影响:
粒度增大,强化减小
2、表层金属的金相组织变化(图3.14)
由于磨削加工速度高,容易造成被加工表面金相变化,造成工件表面的烧伤,影响零件使用性能。
尤其是对于淬火钢。
(1)如果未超过淬火相变温度
马氏体——索氏体(回火烧伤)
(2)超过相变温度有冷却液
二次淬火,下层容易回火。
(淬火烧伤)
(3)超过相变温度没有冷却液
退火烧伤。
改善方法:
正确选择砂轮(软性砂轮+弹性粘合剂)。
合理选择磨削用量:
减小磨削深度,同时增大工件和刀具的速度。
改善冷却条件:
保证每秒2ML的冷却水。
3、表面金属的残余应力
加工时由于温度的不平衡会产生残余应力。
影响残余应力的因素有:
(1)磨削用量(图3.15)
不同的阶段形成不同的残余应力,小进给量时差生压应力,大进给量时拉应力。
(2)工件材料影响
强度高的材料易产生拉伸残余应力。
3-3精密磨削加工的机床及其应用
一、概述(精密机床满足条件)
精密机床是实现精密加工的基础条件。
条件如下:
1、高几何精度
采用静压或者动压轴承
砂轮主轴的回转精度(径向跳动<
1μm,圆跳动2-3μm);
导轨的直线度;
2、低速进给运动的稳定性
(1)工作台:
对液压系统进行特殊设计,(排除空气、低流量节流阀、工作台导轨压力润滑)
(2)横向进给:
配置较高精度的微进给运动
3、减少振动
措施如下:
(1)电动机转子动平衡(采用隔振措施或者分离结构);
(2)砂轮动平衡;
(3)安装在防振地基上工作(或加防振垫)。
4、减少热变形(主要障碍)
热变形引起的加工误差可以达到50%。
所以在恒温车间加工,采用冷却装置,在热变形稳定后再开始加工。
二、精密磨削机床的结构及特点
通常状况下,精密磨削机床设计中采用微量进给装置、机床的稳定性和减振隔振具有以下特点:
(一)精密主轴部件
1、液体静压轴承主轴(图3.16)
一般油压6-10个大气压,温升后会造成较大的误差。
2、空气静压轴承主