浅谈磨削工艺研究与应用

科　科ｆ技ｆ论ｆ坛　浅谈磨削工艺研究与应用　罗亚军　（陕西省电子工业学校，陕西宝鸡７２１００１）　摘要：通过磨削加工工艺现状的了解，结合生产实际，介绍磨削加工工艺及其技术特点，分析磨削工艺新技术的特点和应用研究以及发展情况。　关键词：磨削；高效；工程特点　在机械切削加工中，对轴类、盘类零件的加　显地沿剪切面滑移而形成磨屑。　工最常见的是车削加工。由于车削加工在控制尺　（见图３）　Ｒ１±０　２　寸精度和表面粗糙度不是很好，所以在对轴类、盘　类零件要求高精度、低粗糙度零件的加工中，就采　取车削加工基础上辅助一定的磨削加工来保证精　度。例如：某机型中重要件螺栓，该螺栓见图１。　该零件材料为４０ＣｒＮｉＭｏＡ模锻件，需Ⅱ类热　处理，光杆部分尺寸为　１０～Ｏ．ｕ０１５，关键要素为　两处Ｒａ０．８。若零件成形再热处理，表面会出现氧　化层，且表面粗糙度高，不能满足零件要求。所以　需在热处理前留余量，待热处理后再去处余量保　证尺寸精度和表砥粗糙度要求。但热处理后，材料　硬度增高，且表面粗糙度要求低，用车削加工不能　保证关键要素要求，而采用无心磨削加工（如图　２）。　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。　在磨削过程中，磨粒受到工　件材料变形的阻力Ｆｌ以及磨粒　与工件表面间的摩擦力Ｆ２，形成　磨削力；磨削过程中所消耗的能　量几乎全部转变为磨削热。磨削　向　　｛就能很轻松保证关键要素，而且零件可以连　续送进，操作简单，不需装夹，生产率高，工件尺寸　稳定。类似条件的轴类、盘类零件很多，因此磨削　加工多为最终加工工序，直接决定工件质量。但就　是这种能直接决定工件质量的磨削技术，被许多　人认为效率低，尽量不予以采用。　ｌ概论　随着研究人员对磨削加工过程的研究，开发　出新的、改进的磨料、结合剂和各种磨削液后，使　得磨削加工技术有了很大的发展。各种新研制、开　发出的高效、高精度磨削加工艺的出现也使磨削　加工技术也在先进制造技术中占了一席之地。　２磨削工艺的过程与特点　磨料通过结合剂粘合在砂轮上，使砂轮表面　每平凡厘米面积上约有６００～１４００颗磨粒。磨粒　在砂轮上排列的间距和高低都是随机分布，磨粒　是多面体，其每个棱角可看作为一个切削刃，顶尖　角大致为９０。～１２０。，尖端是半径可以达到几　微米甚至几十微米的经精细修整的磨具其磨粒表　面会形成一些微小的切削刃，可以看作砂轮表面　分布着无数刀齿的多刃刀具。　２．１磨削工艺过程　在磨削工件时，接触工件的是多个刃尖，比　较凸出且锋利的磨粒可以获得较大的切削厚度，　形成切屑；不太凸出或较钝的磨粒由于切削厚度　＼ｌ　一　蟊　－１　融～　图２　力和磨削热都影响着磨削　精度。（见图４）　过小，在工件表面刻划出痕迹，是工件材料被挤向　磨粒两旁而隆起；高度根小的磨粒既不切削也不　刻划，只是与工件表露产生滑擦作用。即使是同一　凸出且锋利的磨粒，其磨削过程也可看作滑擦、刻　划、切削的连续作用。因此磨削加工的切削过程可　分３个阶段。　２．１．１滑擦阶段：磨粒开始挤入工件，滑擦而　过，工件表面产生弹性变形而无切屑。　２．１．２耕犁阶段：磨粒挤入深度加大，工件产　生塑性变形，耕犁成沟槽，磨粒两侧和前端堆高隆　起：　２．Ｉ－３切削阶段：切入深度继续增大，温度达　到或超过工件材料的临界温度，部分工件材料明　在磨削过程中，参加　磨削的磨粒逐渐变得圆钝，　其磨削能力不断下降，进而　这些磨钝的磨粒承受的磨　削力Ｆ就会随之增大。当Ｆ　超过磨粒本身强度极限时，　磨粒破碎，破碎后的磨粒会　形成若干新的锋锐棱角继　续参与磨削；当Ｆ超过磨粒　见结合剂的结合强度时，磨　钝的磨粒层便会脱离，露出　层新的锋锐棱角参与磨　削，这就是砂轮自锐性。　２．２磨削工艺特点　磨削加工具有以下特点：ａ．加工精度、表面质　量高，尺寸精度可达在ｎ７～ＩＴ６，表面粗糙度可达　Ｒａ０．８一Ｒａ０．２　ｍ；ｂ．加工材料范围广，除能加工一　般黑色金属和有色金属，还可加工其他方法难以　加工的高硬度、高脆性材料ｍ适用加工各种表　面，如内外圆、平面、螺纹、齿轮、成形面等；ｄ．砂轮　具有自锐作用，不用中途换刀，有利提高生产效　率；ｅ．有较大的径向分力和较高的磨削温度，影响　工件的加工质量和砂轮的使用。　２．３磨削工艺应用　磨削加工因此常用于各种表面精加工，如对　外圆面有外圆磨床磨削、无心磨床磨削；对孔有内　一图３　圆磨床磨削；对平面有周磨和端磨。　３磨削工艺的新技术　随着现代机械加工不断发展及各种新型材　料的不断出现，对其加工精度表面粗度要求越来　越高，加工工艺也不断发展。其中磨削加工由于磨　料、结合剂和磨削液不断的推陈出新，如：新型和　超硬磨料磨陶瓷刚玉磨料，人造金刚石，立方氮化　硼砂轮等出现，使磨削加工技术正朝着高效、高精　发展，各种高效磨削新技术不断的涌现出来。如：　重负荷荒磨、缓进给大切深磨削、高速超高速磨　削、砂带磨削等。　３．１高速磨削工艺　高速磨削即线速度大于４５ｍ／ｓ以上磨削加　一２０—　科｝技Ｊ论Ｉ坛　科　蠢　光等多重作用，再加上磨削系统振动小，磨削速度　稳定使得表面加工质量粗糙度值小，工件的粗糙　度可达Ｒａ０．４　Ｏ．１　ｍ，且表面有均匀的粗糙度；　但由于砂带不能修整，故砂带磨削加工精度比砂　轮磨削略低。ｃ．工艺灵活性大，适应性强。砂带磨　，　削可以方便地用于平面、外圆、内圆磨削、复杂的　Ｖ１　异形面加工、切削余量２０ｍｍ以下的粗加工磨削、　去毛刺和为镀层零件的预加工、抛光表面、消除板　坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接处的　凸瘤、代替钳工作业的手工劳动。ｄ．砂带有很大的　弹性，因而整个系统有较高的抗振性。ｅ．砂带尺寸　可很大，适用于大面积高效率加工，且综合成本　低，设备结构简单，投操作安全，使用维护方便，更　换砂带等生产辅助时间少，对工人技术要求不高，　图４　工作安全可靠；￡在加工过程中砂带增长，外形和　改用强力磨削只需＇ＪｔＯｌｌｌｉＩｌ，磨削时所采用的砂　尺寸达不到高精度，有占地空问大，噪声大，不能　轮线速度为３８ｍ／ｓ。　加工小直径深　Ｌ，盲　Ｌ，柱坑孔，阶梯外园和齿轮　３＿３高速强力磨削工艺　等；ｇ．砂带消耗量大。砂带的坚固性比较低，同时　高速强力磨削就是结合高速和强力磨削　在大多数情况下砂带不可能修正，所以使用期限　特点的方法。可将一般车削及磨削工序合并　短。　为一道工序。工件的余量一般在１．３—２．５ｍｍ，　结束语　表面粗糙度Ｒａ为超过６．３微分，精度不超　对四种新磨削加工技术的了解，我们能看出　上酬　十过±０．０７６ｍｍ。目前高速强力磨削已在生产中　新磨削技术适用加工各种内外圆、平面、异形面加　得到一些应用。例如：磨削汽车齿轮轴、转向　工上，而且适用材料范围非常广，特别是难加工材　节、万向节及耐热合金透平叶片根部榫齿轮　料更显示出其独特的优势；磨削加工技术在效率　等。　和加工精度得到了很大的提高。但由于磨削加工　工。高速磨削与普通磨削相比，可以提高生效率　高速强力磨削也存在一些问题，当磨削　技术其发展历史还很短暂，涉及到的相关技术还　ｌ一３倍；砂轮耐用度提高０．７—１倍；由于磨削速度　速提高，功率增大，会出现振动加剧，热量增加等　较多，存在的难题也较多。作为一项新兴的加工工　的提高，工件表面在磨粒犁耕后所形成的隆起高　问题。常可采用下列措施来解决。　艺，相信在广大科技人员的不断探讨、研究之下，　度减小，因而工件表面粗糙度降低５０％；磨削力下　３．３．１砂轮力一面主要是提高强度。ａ．采用细　磨削加工高效率、高精度的新兴机械加工工艺会　降４Ｏ％左右，加工的精度相应也提高。　粒度磨料；ｂ．采用结合性能强的结合剂　采用中　日益完善，必将广泛地应用于生产实践中。　高速磨削采用较多的是轴承行业磨削轴承　心孔局部增强砂轮或改变砂轮结构。　参考文献　环内外沟，在发动机行业高速磨削也得到广泛应　３．３．２机床力一面主要是加强刚性。采用静压　『１１孔德音．机械加工工艺基础ｆＭ１．北京：机械工业　用。高速磨削对于多数牌号的钢材是适用的，但对　轴承、静压导轨、改进主轴和床身刚性，采用砂轮　出版社．１９９６．　磨削时易产生裂纹的材料，如钦合金，耐热合金则　平衡和自动平衡装置。　『２１韩荣第，王扬，张文生．现代机械加工新技术［Ｍ］．　不适用。对于某些材料，如，不锈钢，当砂轮线速度　３．３．３冷却力一面。为了粉碎气流采用特殊冷　北京：电子＿ｒ－，＿ｌｋ出版社，２００３．　高于４５ｍ／ｓ时，磨削效率反而下降。　却喷咀，使气流产生偏析；采用高压冷却，增加冷　『３１杨俊海．磨削加工与先进工艺ｆＭ１．北京：北京航　由于高速磨削对机床、砂轮、冷却和安全技　却液流量和容量。研究新成份油剂冷却或在水剂　空航天大学．２００４．　术力一面都有特殊要求，这将增加机床成本。因　中加入添加剂以提高冷却效果。　此，目前高速磨削还只是在少数工件上使用。　３．３．４安全防护力一面普遍是加厚砂轮罩壳　３．２强力磨削工艺　厚度，采用半封闭或全封闭罩壳，罩壳内填充塑　强力度磨削指以大的磨削深度，进行磨削加　料，橡胶衬垫，采用自动关闭砂轮罩壳等。　工如缓进行磨削。强力磨削深度可达１－３０ｍｍ为　４砂带磨削工艺　普通磨削１００—１０ｆｔ）倍，工件进给缓慢５－３００ｒａｍ／　砂带磨削是以高速运动的，砂带套在传动轮、　分钟，可以代替一部分车削、铣削和刨削等；强力　接触轮的外表面上，并使砂带张紧和高速运动，根　磨削一次或数次行程中将工件加工至尺寸，粗精　据工件形状和加工要求，以相应接触方式和适当　加工工序一次完成，直接使毛坯磨成成品，减少加　磨削参数对工件进行磨削或抛光。　工设备，节省由于不同加工工序所需要的装卸调　砂带由基体，结合剂和磨粒组成，常用牛皮纸　整等辅助时间，加工效率可提高４—５倍；而且不　布，尼龙纤维和纸布组合体，砂带上仅有一层经过　受工件表面条件（如锈、硬点、断续表面等）以及材　精选的粒度均匀的磨粒，通过静电植砂，确定磨粒　料硬度，韧性的限制，适合于韧材料（如镍合金和　之间的位置，结合剂常用树脂，切削刃具有良好的　淬火硬材料）并特别适合于，成型面和沟槽，难加　等高性。（见图５）　工材料的磨削加工。强力磨削在兵器工业中也得　砂带与易损坏的工具如用于单刃车削、铣削、　到了广泛的应用。例如：美国华特弗里特兵工厂加　砂轮磨削等工具相比，具有下列特点：ａ．砂带磨削　工１０５ｍｍ坦克加农炮的炮门握柄采用强力磨削，　切除率高，生产效率高，比常规车、铣生产率高，是　毛坯是４３４０炮钢（即４０（；ＮｉＭｏＡ），硬度ＨＫＣ４２，以　普通切削ｌＯ倍，普通磨削５倍。ｂ．砂带磨削时接　前采用普通车削、切檀和磨削加工，需要分五次加　触面小摩擦发热少，且磨粒散热时间间隔长，磨削　工，时间为７５ｍｉｎ，现在用强力磨削一次加工完　热、小工件冷硬度与残余应力为砂轮磨削的十分　成，时间只需７－１０ｒｎｉｎ；１７５ｍｍ野战炮的紧塞轴用　之一，即使干磨也不易烧伤工件而且无微裂纹或　力磨削加工，毛坯为４３４０钢锻体，一般加工力一　金相组织的改变具有冷态磨削的美称。另外，砂带　法需车直径、车檀和倒角，时间为３小时巧分钟，　在磨削时是柔性接触，具有较好地磨削、研磨和抛　一２１—