1-10磨削过程及磨削特征
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磨削的工艺特点及应用范围
磨削的工艺特点及应用范围磨削是一种通过将磨料与工件接触并相对运动，以去除工件表面的材料来达到加工目的的工艺。
它是机械加工中常用的一种精密加工工艺，具有以下几个特点和应用范围。
首先，磨削具有高精度的特点。
由于磨削采用磨料的物理磨损作用，能够在工件表面形成较高的精度和光洁度。
这使得磨削可以在高要求的部件上进行加工，如模具、精密仪器零部件等。
其次，磨削具有高表面质量的优势。
由于磨削可产生微细破碎和位移切削，所以能够在工件表面形成比较光滑及均匀的表面。
磨削加工可将工件表面粗糙度控制在很低的范围内，以满足高精度零部件的要求。
第三，磨削可以加工各种材料。
由于磨料多种多样，几乎可以加工所有的工程材料，如钢、铸铁、有色金属、陶瓷、石材等。
而且磨削还可以加工硬度高、韧性好的材料，如硬质合金、高速钢等。
因此，磨削具有广泛的应用范围。
第四，磨削是一种高效率的加工方法。
尽管磨削是一种相对慢速的金属切削方式，但具有高的切削效率。
这是由于磨削通过很薄的材料去除率来实现加工，而它的单位材料去除率比其他加工方法要高得多。
此外，磨削可以实现连续加工，大大提高了生产效率。
第五，磨削可以加工各种形状的工件，如平面、曲面、孔等。
通过不同形状的磨具和磨料，可以加工出各种不同形状和精度要求的工件。
并且，由于磨削是一种柔性的加工方法，它可以根据加工需要进行不同的修整，以满足不同的要求。
最后，磨削还可以改善材料的机械性能和表面质量。
通过磨削可以降低材料的表面硬度和残余应力，从而提高材料的疲劳寿命和抗腐蚀性能。
此外，磨削还可以消除工件的加工硬化层，提高工件的尺寸精度和表面质量。
总之，磨削是一种高精度、高效率、多功能的加工方法。
它在航空航天、汽车、机床制造、电子仪器、模具制造等领域广泛应用。
在未来，随着科学技术的不断发展，磨削将更加趋向智能化，更好地满足不同领域对于精密加工的需求。
被吃刀量、进给量和切削速度的选定
六、砂轮的磨损与耐用度
自锐性
由于磨粒的微刃逐步钝 化，磨削力逐步增加， 致使磨粒破碎或脱落， 重新露出锋利的微刃。 这种特性称为自锐性。
磨钝标准
•粗磨时发生振动、噪音，说明砂 轮已经磨钝（由于切屑、碎磨粒 把砂轮堵塞，磨粒本身已磨损变 钝），应立即打磨砂轮。 •精磨时，工件表面出现波浪痕迹 或表面粗糙度增大，说明砂轮已 经磨钝。
粒的切削厚度↓ →磨削力↓。
➢工件速度vω、fa ↑ →单位时间内磨去的金属量↑ →每个磨粒
的切削厚度↑→磨削力↑；
➢径向进给量fr ↑ →每个磨粒的切削厚度↑、砂轮与工件的磨
削接触弧长↑ →同时参与磨削的磨粒数↑ →磨削力↑；
➢砂轮磨损↑磨削力↑ 。
五、磨削温度
1. 磨削温度的概念
图3－45
注意砂轮磨削区温度θA和磨粒磨削点温度θdot的区别。
一、磨料的形状特征
二、磨屑形成过程
图3－41
磨屑形成过程可分为以下三个阶段： （1）划擦阶段 （2）刻划阶段 （3）切削阶段
图3－41 磨粒切削过程的三个阶段
三、磨削运动与磨削用量
磨削速度vs
砂轮的高速旋转 运动是主运动， 磨削速度是指砂 轮外圆的线速度。
•在磨削过程中，磨削 速度、工件圆周进给速 度、轴向进给量、径向 进给量等，统称为磨削 用量。
第八节 磨削过程及磨削机理
磨削加工是用高速回转的砂轮或其它磨具以给定的背 吃刀量（或称切削深度），对工件进行加工的方法。根据 工件被加工表面的形状和砂轮与工件之间的相对运动，磨 削分为外圆磨削、内圆磨削、平面磨削和无心磨削等几种 主要加工类型。此外，还有对凸轮、螺纹、齿轮等零件进 行磨削加工的专用磨床。
2. 影响磨削温度的因素
第一章 金属切削基本知识
刀具角度对加工过程的影响
1. 前角（0） ① 减小切屑的变形；
作用 ② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。
a .减小切削力和切削热； 所以 0 ： b .减小刀具的磨损；
c .提高工件的加工精度和表面质量。
0
0选择：
加工塑性材料和精加工—取大前角（ 0 ） 加工脆性材料和粗加工—取小前角（0 ）
前角（0）可正、可负、也可以为零。
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不 能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应
O F
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
c）切削
后角（ 0）只能是正的。
精加工： 0= 80~120 粗加工： 0= 40~80 3 . 主偏角（kr）
作用：改善切削条件，提高刀具寿命。
减小kr：当ap、f 不变时，则 aw 、ac — 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。
dw
ap
dm
但减小kr
Fy 、
n
Fx ，加大工件的变形
挠度，使工件精度降
化学惰性
低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大
耐磨性 低 加工质量
低
较高
高 最高
最高
很高
一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
高精度 Ra=0.1-0.05
IT5-6
Ra=0.4-0.2
IT5-6 可替代磨削
低速加 加工对象 工一般
磨削过程及磨削原理
六、砂轮的磨损与耐用度
形态：磨耗磨损(A)、磨粒破碎(B-B) 和脱落磨损(C-C)。 砂轮耐用度：砂轮钝化、变形后加工 质量和效率降低。~用砂轮在两次修 整之间的实际磨削时间度时，工件将发 生颤振，表面粗糙度突然增大，或出 现表面烧伤现象。
由图可知，缩 短初磨阶段和稳定 阶段可提高生产效 率，而保持适当清 磨进给次数和清磨 时间可提高表面质 量。
五 磨削热和磨削温度
1. 磨削温度的基本概念 2. 影响磨削温度的主要因素
砂轮速度V： V ↑→θ↑ 工件速度Vw ： Vw ↑→θ↓ 径向进给量fr： fr↑→θ↑ 工件材料: 导热性↓→θ↑ 砂轮硬度与粒度：硬度↓→θ↓ 磨粒大小↑→θ↓
二 磨屑的形成过程
滑擦阶段：磨粒切削厚度非常小，在 工件表面上滑擦而过，工件仅产生弹 性变形。
刻划阶段：工件材料开始产生塑性变 形，磨粒切入金属表面，磨粒的前方 及两侧出现表面隆起现象，在工件表 面刻划成沟纹。磨粒与工件间挤压摩 擦加剧，磨削热显著增加。
切削阶段：随着切削厚度的增加，在 达到临界值时，被磨粒推挤的金属明 显的滑移而形成切屑。
磨削过程及磨削原理
1 磨料特征 2 磨屑的形成过程 3 磨削力 4 磨削阶段 5 磨削热和磨削温度 6 砂轮磨损与耐用度
一 磨料特征
很不规则，大多数呈菱形八面体； 顶尖角大多数为90度～120度，以很大的负前角进行切 削； 磨粒切削刃几乎都存在切削刃钝圆半径； 在砂轮表面分布不均匀，高低也不同。
磨粒常见形状
三 磨削力
➢磨削力的的来源：工件材料产生变形时的抗力和 磨粒与工件间的摩擦力。
➢磨削力的特征： (1) 单位磨削力很大 (2) 径向分力很大---径向力虽不做工，但会使
工件产生水平方向的弯曲，直接影响加工精度。
内圆磨削
备注： 砂轮转速：即表示砂轮一分钟转多少转。 砂轮线速：即表示砂轮圆周方向上的一个点1秒钟走多少米。
内圆磨削的主要特点
2、砂轮轴刚度低，砂轮轴为细长的悬臂梁模型，磨削中弹性变形量大，容易
形成锥孔需要较长的无进给光磨时间来使砂轮轴恢复弹性变形，导致磨削 时间较长，效率低。
内圈
砂轮轴弹ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变形
砂轮 内圈形成锥孔
1、Km、K都是大于0的数，所以Yn总是小于1的数，这表明内圆经过磨削后其形状误差
总是会减小的。增加工件转数可以使加工误差△m下降。
1、磨削常数：表示磨削进给量（磨削速度）与套圈及砂轮轴变形量的关系。 2、工艺系统：将内圆磁极、支撑、砂轮轴及机床主轴及砂轮和工件本身综合 称之为工艺系统。
内圆磨削的误差复映规律
Y：转动一周后误差复印系数
△0 ：磨削前形状误差 △1 ：工件相对砂轮转动一周后内径形状误差
内圆磨削的误差复映规律
工件转动n转后的误差复映系数： Yn=（1/(1+KmK)）^n Yn：转动n周后的误差复映系数 Km：磨削常数（与磨削深度、磨削时间成反比） K：工艺系统刚度（与砂轮轴刚度、定位精度、磁极及支撑定位精度 成正比） 于是：工件转动n周后的形状误差△n=Yn*△0 误差复映规律的意义：
磨粒的特点
磨粒形状不规则，其刀尖角为90o~120o 磨粒的切削刃为空间曲线，前刀面为空间曲面且形状不规则 磨粒的切削刃有几个~几十个微米的圆角，经过修正磨粒上会
出现微刃
磨削的过程
切屑的形成过程
单颗磨粒的切削过程
磨削的切削厚度很薄只有0.005-0.05mm 滑擦阶段 刻划阶段 切削阶段 磨削塑性材料时，形成带状切屑； 磨削脆性材料时，形成挤裂切屑。 在磨削过程中产生的高温作用下，切屑熔化可成为球状 或灰烬形态
内圆磨削的主要特点
2、砂轮轴刚度低，砂轮轴为细长的悬臂梁模型，磨削中弹性变形量大，容易
形成锥孔需要较长的无进给光磨时间来使砂轮轴恢复弹性变形，导致磨削 时间较长，效率低。
内圈
砂轮轴弹ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变形
砂轮 内圈形成锥孔
1、Km、K都是大于0的数，所以Yn总是小于1的数，这表明内圆经过磨削后其形状误差
总是会减小的。增加工件转数可以使加工误差△m下降。
1、磨削常数：表示磨削进给量（磨削速度）与套圈及砂轮轴变形量的关系。 2、工艺系统：将内圆磁极、支撑、砂轮轴及机床主轴及砂轮和工件本身综合 称之为工艺系统。
内圆磨削的误差复映规律
Y：转动一周后误差复印系数
△0 ：磨削前形状误差 △1 ：工件相对砂轮转动一周后内径形状误差
内圆磨削的误差复映规律
工件转动n转后的误差复映系数： Yn=（1/(1+KmK)）^n Yn：转动n周后的误差复映系数 Km：磨削常数（与磨削深度、磨削时间成反比） K：工艺系统刚度（与砂轮轴刚度、定位精度、磁极及支撑定位精度 成正比） 于是：工件转动n周后的形状误差△n=Yn*△0 误差复映规律的意义：
磨粒的特点
磨粒形状不规则，其刀尖角为90o~120o 磨粒的切削刃为空间曲线，前刀面为空间曲面且形状不规则 磨粒的切削刃有几个~几十个微米的圆角，经过修正磨粒上会
出现微刃
磨削的过程
切屑的形成过程
单颗磨粒的切削过程
磨削的切削厚度很薄只有0.005-0.05mm 滑擦阶段 刻划阶段 切削阶段 磨削塑性材料时，形成带状切屑； 磨削脆性材料时，形成挤裂切屑。 在磨削过程中产生的高温作用下，切屑熔化可成为球状 或灰烬形态
2.4磨削机理
1）车削修整法
以单颗粒金刚石(或以细碎金刚石制成 的金刚笔、金刚石修整块) 作为刀具车 削砂轮是应用最普遍的修整方法。安装 在刀架上的金刚石刀具通常在垂直和水 平两个方向各倾斜约5°～15°；金刚 石与砂轮的接触点应低于砂轮轴线 0.5～2mm，修整时金刚石作均匀的低速 进给移动。要求磨削后的表面粗糙度越 小，则进给速度应越低，如要达到 Ra0.16～0.04µm的表面粗糙度，修整进 给速度应低于50mm/min。修整总量一般 为单面0.1mm左右，往复修整多次。粗 修的切深每次为0.01～0.03mm，精修则 小于0.01mm。
当砂轮硬度较低，修整较粗，磨削载荷较 重时。易出现脱落型。这时，砂轮廓形失真， 严重影响磨削表面质量及加工精度。 在磨削碳钢时由于切屑在磨削高温下发生 软化，嵌塞在砂轮空隙处，形成嵌入式堵塞， 在磨削钛合金时，由于切屑与磨粒的亲合力强， 使切屑熔结粘附于磨粒上，形成粘附式堵塞。 砂轮堵塞后即丧失切削能力，磨削力及温度剧 增，表面质量明显下降。
根据条件不同，磨粒的切削过程的3个阶段可以全部存 在，也可以部分存在 。
典型磨屑有带状、挤裂状、 球状及灰烬等(图10— 7)．
三、磨削力及磨削功率 尽管单个磨粒切除的材料很少，但一个砂轮表层 有大量磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理， 因此总的磨削力相当大。总磨削力可分解为三个分力： Rz——主磨削力(切向磨削力)；
根据表面颜色，可以推断磨削温度及烧伤程度。如淡黄色 约为400℃～500℃，烧伤深度较浅；紫色为800℃～900℃， 烧伤层较深。 5、磨削表面裂纹 磨削过程中，当形成的残余拉应力超过工件材料的强 度极限时，工件表面就会出现裂纹。 磨削裂纹极浅，呈网状或垂直于磨削方向。有时不在表层， 而存在于表层之下。有时在研磨或使用过程中，由于去除 了表面极薄金属层后，残余应力失去平衡，形成微细裂纹。 这些微小裂纹，在交变载荷作用下，会迅速扩展，并造成 工件的破坏。
磨工工艺-第三章-磨削用量
工件圆周速度是表示工件被磨削表面上任意一点，在每分钟内所走 过的路程，用μw表示，计算式为
式中dw—工件外圆直径（mm）；
w
dwnw
1000
nw—工件转速（r/min）；
Vw—工件圆周速度（m/min）。
工件的圆周速度远低于砂轮的圆周速度，一般为5～30m/min。
在实际生产中，工件直径是已知的，加工时通常需要确定工件的转速，为此 可将上式变换为
nw—工件转速（r/min）；
μf—工作台纵向速度（m/min）。
❖ 四、横向进给量
外圆磨削时，在每次行程结束后，砂轮在纵向进给方向上的移动量，叫做横向进给量，
用apo表示。他是衡量磨削深度大小的参数，又称背吃刀量。其尺寸从垂直于进给方向
运动测量。
计算公式为 式中D—进给前工件直径（mm）； d—进给后工件直径（mm）； ap—横向进给量（mm）。
❖ 一、砂轮的圆周速度
砂轮外圆表面上任一磨粒在单位时间内所经过的磨削路程，称为砂轮的圆 周速度，用μ0表示。此速度也即磨削主运动速度。μ0的单位为m/s，按 下式计算：
0
Dono
1000 60
式中Do—砂轮直径（mm）； no—砂轮转速（r/min） Vo—砂轮的圆周速度（m/s）。
❖ 二、工件圆周速度
ap D d 2
外圆磨削时，横向进给量很小，一般取0.005～0.04mm，精磨时取小值，粗磨时取大值。 切削速度、进给量、背吃刀量通常称为“切削三要素”磨削时应合理选择。 磨削用量的选择原则是：粗磨时以提高生产效率为主，选大的背吃刀量和纵向进给量；精
磨时以保证精度和表面粗糙度要求为主，选择较小的背吃刀量和纵向进给量。同时还要 考虑磨床、工件等具体情况，在综合分析确定。
外圆表面的磨削加工
3.快速点磨
用快速点磨法磨削外圆时，砂轮轴线与工件轴线之间有 一个微小倾斜角α（±5℃），砂轮与工件以点接触进行磨 削，砂轮对工件的磨削加工类似于一个微小的刀尖对工件 进行加工。
3.快速点磨
➢ 为便于控制快速点磨的加工精度，砂轮端面与工件外圆 的接触点须与工件轴线等高，砂轮在数控装置的控制下 进行精确进给。
3、由于磨粒切除金属材料系大负前角切削，再加上 磨削速度高，磨削区的瞬时温度极高。
4、切除单位体积金属所消耗的能量磨削要比车削大 得多。
三、外圆表面的磨削加工
磨削加工更适用于做精加工工作，也可用砂 轮磨削带有不均匀铸、锻硬皮的工件；但它不 适宜加工塑性较大的有色金属材料（例如铜、 铝及其合金），因为这类材料在磨削过程中容 易堵塞砂轮，使其失去切削作用。磨削加工既 广泛用于单件小批生产，也广泛用于大批大量 生产。
（2）横向进给磨削（切入磨削）
生产效率高，适于在大批大量生产中磨削轴颈 对相邻轴肩有垂直度要求的轴、套类工件。
2. 工件无中心支承的外圆磨削----无心磨削
2.工件无中心支承的外圆磨削----无心磨削
无心磨削的生产效率高,容易实现工艺过程的自动化; 但所能加工的零件具有一定的局限性，不能磨削带长 键槽和平面的圆柱表面，也不能用于磨削同轴度要求 较高的阶梯轴外圆表面。
表面粗糙度Ra＜Βιβλιοθήκη .16μm；同时还可以获得几何精度很 高的精确表面（圆度误差＜0.5μm）。
三、外圆表面的磨削加工
（一）加工方法 1．工件有中心支承的外圆磨削 （1）纵向进给磨削
磨削深度小、磨削 力小，散热条件好， 磨削精度较高，表面 粗糙度较小;但由于工 作行程次数多，生产 率较低；它适于在单 件小批生产中磨削较 长的外圆表面。
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由图可知，缩 短初磨阶段和稳定 阶段可提高生产效 率，而保持适当清 磨进给次数和清磨 时间可提高表面质 量。
五 磨削热和磨削温度
1. 磨削温度的基本概念 2. 影响磨削温度的主要因素
砂轮速度V： V ↑→θ↑ 工件速度Vw ： Vw ↑→θ↓ 径向进给量fr： fr↑→θ↑ 工件材料: 导热性↓→θ↑ 砂轮硬度与粒度：硬度↓→θ↓ 磨粒大小↑→θ↓
磨粒常见厚度非常小，在 工件表面上滑擦而过，工件仅产生弹 性变形。
刻划阶段：工件材料开始产生塑性变 形，磨粒切入金属表面，磨粒的前方 及两侧出现表面隆起现象，在工件表 面刻划成沟纹。磨粒与工件间挤压摩 擦加剧，磨削热显著增加。
切削阶段：随着切削厚度的增加，在 达到临界值时，被磨粒推挤的金属明 显的滑移而形成切屑。
第八节 磨削过程及磨削原理
1 磨料特征 2 磨屑的形成过程 3 磨削力 4 磨削阶段 5 磨削热和磨削温度 6 砂轮磨损与耐用度
一 磨料特征
很不规则，大多数呈菱形八面体； 顶尖角大多数为90度～120度，以很大的负前角进行切 削； 磨粒切削刃几乎都存在切削刃钝圆半径； 在砂轮表面分布不均匀，高低也不同。
三 磨削力
➢磨削力的的来源：工件材料产生变形时的抗力和 磨粒与工件间的摩擦力。
➢磨削力的特征： (1) 单位磨削力很大 (2) 径向分力很大---径向力虽不做工，但会使
工件产生水平方向的弯曲，直接影响加工精度。
(3) 磨削力随不同磨削阶段而变化
四 磨削阶段
磨削过程可以分为三个阶段： 1.初磨阶段 2.稳定阶段 3.清磨阶段
六、砂轮的磨损与耐用度
形态：磨耗磨损(A)、磨粒破碎(B-B) 和脱落磨损(C-C)。 砂轮耐用度：砂轮钝化、变形后加工 质量和效率降低。~用砂轮在两次修 整之间的实际磨削时间表示。 砂轮磨损量：最主要的耐用度判据。 当磨损量大至一定程度时，工件将发 生颤振，表面粗糙度突然增大，或出 现表面烧伤现象。
五 磨削热和磨削温度
1. 磨削温度的基本概念 2. 影响磨削温度的主要因素
砂轮速度V： V ↑→θ↑ 工件速度Vw ： Vw ↑→θ↓ 径向进给量fr： fr↑→θ↑ 工件材料: 导热性↓→θ↑ 砂轮硬度与粒度：硬度↓→θ↓ 磨粒大小↑→θ↓
磨粒常见厚度非常小，在 工件表面上滑擦而过，工件仅产生弹 性变形。
刻划阶段：工件材料开始产生塑性变 形，磨粒切入金属表面，磨粒的前方 及两侧出现表面隆起现象，在工件表 面刻划成沟纹。磨粒与工件间挤压摩 擦加剧，磨削热显著增加。
切削阶段：随着切削厚度的增加，在 达到临界值时，被磨粒推挤的金属明 显的滑移而形成切屑。
第八节 磨削过程及磨削原理
1 磨料特征 2 磨屑的形成过程 3 磨削力 4 磨削阶段 5 磨削热和磨削温度 6 砂轮磨损与耐用度
一 磨料特征
很不规则，大多数呈菱形八面体； 顶尖角大多数为90度～120度，以很大的负前角进行切 削； 磨粒切削刃几乎都存在切削刃钝圆半径； 在砂轮表面分布不均匀，高低也不同。
三 磨削力
➢磨削力的的来源：工件材料产生变形时的抗力和 磨粒与工件间的摩擦力。
➢磨削力的特征： (1) 单位磨削力很大 (2) 径向分力很大---径向力虽不做工，但会使
工件产生水平方向的弯曲，直接影响加工精度。
(3) 磨削力随不同磨削阶段而变化
四 磨削阶段
磨削过程可以分为三个阶段： 1.初磨阶段 2.稳定阶段 3.清磨阶段
六、砂轮的磨损与耐用度
形态：磨耗磨损(A)、磨粒破碎(B-B) 和脱落磨损(C-C)。 砂轮耐用度：砂轮钝化、变形后加工 质量和效率降低。~用砂轮在两次修 整之间的实际磨削时间表示。 砂轮磨损量：最主要的耐用度判据。 当磨损量大至一定程度时，工件将发 生颤振，表面粗糙度突然增大，或出 现表面烧伤现象。