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目 錄
緒論------------------------------------2
第1章 磨削加工技術(shù)概述-------------------3
第2章 磨削原理---------------------------5
第3章 超硬磨料及其磨具-------------------10
3.1 超硬磨料磨具的加工特點-----------------10
3.2 金剛石的性質(zhì)---------------------------10
3.3 超硬磨料磨具結(jié)合劑的選擇---------------11
3.4 濃度的選擇-----------------------------12
3.5 超硬磨料磨具的使用---------------------12
3.6 超硬磨料磨具的磨削用量選擇-------------13
第4章 砂輪的磨損與修整------------------14
4.1 金剛石滾輪修整方法---------------------14
4.2 金剛石滾輪切入修整機理-----------------14
4.3 金剛石滾輪修整用量---------------------14
4.4 金剛石滾輪擺式修整砂輪-----------------15
4.5 金剛石修整器的尺寸---------------------16
第5章 磨削液----------------------------18
第6章 磨削加工表面質(zhì)量------------------24
體會與感受 ------------------------------25
參考資料-------------------------------26
緒 論
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟各部門所需求的多品種，多功能，高精度，高品質(zhì)，高度自動化的技術(shù)裝備的開發(fā)和制造，促進了先進制造技術(shù)的發(fā)展。磨削加工技術(shù)是先進制造技術(shù)中的重要領(lǐng)域，是現(xiàn)代機械制造業(yè)中實現(xiàn)精密加工，超精密加工最有效，應(yīng)用最廣的基本工藝技術(shù)。
磨削加工技術(shù)主要包括了磨削原理，材料去除機理，工藝原理與工藝方法，磨料磨具，磨削液，數(shù)控磨床，磨削質(zhì)量的控制，計算機控制核技術(shù)與編程技術(shù)，ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ集成技術(shù)，計算機仿真技術(shù)與軟件技術(shù)，現(xiàn)代管理技術(shù)等。
隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，磨床在加工機床中也占有相當(dāng)大的比例。據(jù)1997年歐洲機床展覽會（ＥＭＯ）的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25％的企業(yè)認為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)。磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42％，車床占23％，銑床占22％，鉆床占14％。我國1949—1998年，開發(fā)生產(chǎn)的通用磨床有1800多種，專用磨床有幾百種，磨床的擁有量占金屬切削機床總擁有量的左右?？梢姡ゴ布夹g(shù)及磨床在機械制造業(yè)中占有極其重要的地位。
為什么磨削技術(shù)會不斷地發(fā)展？主要原因如下：
（１） 加工精密高；
（２） 加工效率高；
（３） 工程材料不斷發(fā)展；
（４） 新的磨料磨具；
（５） 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
總之，磨削技術(shù)發(fā)展很快，在機械加工中起著非常重要的作用。
第1章 磨削加工技術(shù)概論
當(dāng)今，磨削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢是向著采用超硬磨料磨具，發(fā)展高速，高效，高精度磨削新工藝，裝備CNC數(shù)控磨床的方向發(fā)展，但普通磨床及專用磨床，普通磨料磨具，傳統(tǒng)磨削工藝仍占有重要地位。資料表明磨削加工量約占機械加工總量的百分之３０至４０。在金屬切削機床的１１個大類中，磨床的品種規(guī)格是最為繁多的一類，這正是為滿足各種零件的不同材質(zhì)，不同形面，不同的加工要求而開發(fā)的繁多磨削工藝方法所需要的結(jié)果。從加工工藝方法分類講，磨削加工是一個大類。磨削是一個總稱。磨削涵蓋了固結(jié)磨具的各種工藝方法，游離磨粒加工的各種工藝方法及涂附磨具的各種工藝方法。各種工藝方法的去除機理，工藝原理及工藝裝備構(gòu)成了磨削加工技術(shù)的體系。
磨削加工工藝系統(tǒng)是一個系統(tǒng)工程。磨削加工過程中所受的影響因素繁多，加工過程中物理化學(xué)現(xiàn)象復(fù)雜。為提高磨削加工質(zhì)量和磨削效率，滿足機械制造業(yè)的需求，機械工程學(xué)科中的科研與工程技術(shù)人員，技術(shù)工人，運用多學(xué)科的基礎(chǔ)理論和科學(xué)技術(shù)，探索和揭示磨削過程的機理和規(guī)律，研究和開發(fā)了各種磨削工藝方法及工藝裝備，形成了多學(xué)科基礎(chǔ)理論與科學(xué)技術(shù)融合與交叉的具有綜合性的磨削加工技術(shù)。
根據(jù)加工對象的工藝目的和要求不同，磨削加工已發(fā)展成為多種加工形式的加工工藝。通常按工具類型進行分類，可分為使用固定磨粒加工及使用自由磨粒加工兩大類，在此主要使用前者。
通常所說“磨削”主要是指用砂輪或砂帶進行去除材料加工的工藝方法。它是應(yīng)用廣泛的高效精密的終加工工藝方法。
砂輪磨削方式根據(jù)加工對象、表面生成方法不同為外圓磨削。對旋轉(zhuǎn)表面按工件夾緊和驅(qū)動方法為定心磨削。按砂輪進給方法相對于加工表面的關(guān)系，可為縱向進給。按砂輪工作表面類型可為周邊磨削。
磨削加工中的磨床、磨具、工件、夾具和量具等構(gòu)成磨削工藝系統(tǒng)。從系統(tǒng)工程、信息及控制論觀點出發(fā)，磨削工藝系統(tǒng)由輸入—磨削過程—輸入組成。磨削工藝系統(tǒng)主要構(gòu)成要素是信息流、物流及能量流的集成。任務(wù)是：
（１） 將毛坯轉(zhuǎn)變成具有一定尺寸、形狀、位置精度及表面質(zhì)量性能的零件。
（２） 盡可能使磨削過程在最佳條件下運行，提高加工效率和降低生產(chǎn)成本。
要實現(xiàn)磨削加工兩項根本目標(biāo)，必須認真考察系統(tǒng)的輸入信息、磨削過程規(guī)律（物理、化學(xué)、力學(xué)現(xiàn)象的規(guī)律）及磨削的輸出結(jié)果。
磨削加工是機械制造中生要的加工工藝。隨著機械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高，高硬度、高強度、高耐磨性、高功能性的新型材料的應(yīng)用增多，給磨削加工擔(dān)出了許多新問題，諸如材料的磨削加工性及表面完整性、超精密磨削、高效磨削和磨削自動化等問題亟待解決。當(dāng)前，磨削加工技術(shù)正朝著使用超硬磨料磨具，開發(fā)精密及超精密磨削，高速、高效磨削工藝及研制高精度、高風(fēng)度的自動化磨床的方向發(fā)展。
砂輪的設(shè)計，其截面形狀的優(yōu)化、粘結(jié)劑的結(jié)合強度及其選用性、砂輪基體的材料、砂輪的制造技術(shù)等都是非常重要的，仍需對一些關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)：①砂輪基體材料及制造技術(shù)的開發(fā)、設(shè)計及其優(yōu)化。②砂輪新型粘結(jié)劑（特別是選用于制造磨料磨具的粘結(jié)劑）研究。③新型磨料的制備工藝，如可使磨料容易產(chǎn)生新的切削刃。④新型砂輪的制造工藝，既要使砂輪具有足夠的容屑空間，也要有更好的凸出性。⑤適合于超精密磨削的超微粉砂輪的制備技術(shù)。
現(xiàn)在用戶不斷尋求產(chǎn)品性能的完美性與可靠性，要求產(chǎn)品具有更高的精度及更高的表面完整性；產(chǎn)品制造廠家不斷追求高的勞動生產(chǎn)率、低的生產(chǎn)成本，要求產(chǎn)品一次制造合格及嚴格的制造一致性；產(chǎn)品上為斷采用新型材料。為適應(yīng)需要，磨削新工藝技術(shù)不斷涌現(xiàn)；即使傳統(tǒng)磨削工藝技術(shù)，也在根據(jù)不同工件材料和磨削條件，進行優(yōu)化磨削工藝參數(shù)確定最佳的磨削參數(shù)，獲得最佳的磨削效果。
當(dāng)前精密磨削是指被加工零件的加工精度達1-0.1um，表面粗糙度Ra為0.2-0.01um加工技術(shù)。超精密磨削的加工精度小于0.1um，表面粗糙度Ra≦0.025um,磨床定位精度的分辨率和重復(fù)精度小于0.01um。用磨具進行磨削和用磨粒進行研磨和拋光是實現(xiàn)精密及超精密加工的主要方法。
實現(xiàn)磨削加工計算機控制與智能化，對磨削過程進行監(jiān)控是一個重要問題。解決磨削過程諸現(xiàn)象的信號識別、信號采集、信號數(shù)據(jù)處理、反饋與補償，需要高靈敏度的傳感器，還需要有專家系統(tǒng)或智能系統(tǒng)及軟件設(shè)計等技術(shù)的支撐。對砂輪的磨損與破損情況采用聲發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)。
對磨削加工后零件尺寸、形狀及位置精度，表面質(zhì)量進行檢測分為離線與在線檢測。對超精密磨削及游離磨粒加工后所獲得高精度與低表面粗糙度的檢測，目前采用的檢測方法有：電子顯微鏡，隧道掃描電子顯微鏡和光學(xué)式非接觸測量，如外差干涉法，條紋干涉法激光散射法等。游離磨粒彈性發(fā)射加工系統(tǒng)是通過光識別表面，光敏發(fā)光譜的方法實現(xiàn)被加工表面的自動檢測。高精度的磨削表面的在線自動檢測要比車、銑加工困難得多，關(guān)鍵在于開發(fā)高靈敏度的傳感器技術(shù)及信號采集、識別、處理技術(shù)。
第2章 磨削原理
磨削時，磨床上相應(yīng)的機構(gòu)控制著砂輪，使它與工件接觸，逐漸切除工件與砂輪相互干涉的部分，形成被磨表面。影響磨削加工過程的因素很多，使得對磨削研究比對切削機理的研究變得更加困難和復(fù)雜。為了實現(xiàn)磨削過程的最優(yōu)控制，就必須研究磨削加工中輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)之間的相互關(guān)系，也就是必須研究磨削加工過程的物理規(guī)律----磨削機理。
磨削過程的特點及切屑形成：
由于制造砂輪用的磨粒晶體的生長機理不同或制粒過程的破碎方法不同，磨粒的形狀一般是很不規(guī)則的。從宏觀上看，磨粒的開關(guān)近似于多棱錐體形狀。在磨粒切削刃的幾何特征研究中，常根據(jù)刀具切削部分的幾何參數(shù)定義，來確定磨粒切刃的幾何參數(shù)。它們影響著砂輪的鋒銳程度、切削能力和容屑能力。
砂輪表面上同時參加切削的有效磨粒數(shù)不確定 砂輪工作表面的磨粒數(shù)很多，相當(dāng)于一把密齒刀具。據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，不同粒度和硬度的砂輪，每平方厘米的磨粒數(shù)約為60—1400顆。但是，在磨削過程中，僅有一部分磨粒起切削作用。另一部分磨粒只在工作表面刻劃出溝痕，還有一部分磨粒公與工件表面滑擦。根據(jù)砂輪的特性及工作條件不同，有效磨粒約占砂輪表面總磨粒數(shù)的10％-50％。砂輪有自銳作用 在切削加工中，如果刀具磨損了，切削就無法正常地進行下去，必須重新刃磨刀具。磨削的情況剛不同，因為砂輪上的切削刃是由硬質(zhì)材料的磨粒尖端形成的，當(dāng)磨粒的微刃變鈍時，作用在磨粒上力增大，使磨料局部被壓碎形成新的微刃或整粒脫落露出新的磨粒微刃來工作。
磨削過程的三個階斷：
第一階段為滑擦階斷，該階段內(nèi)切削刃與工件表面開始接觸，工件系統(tǒng)僅僅發(fā)生彈性變形。隨著切削刃切過工件表面，進一步發(fā)生變形，因而法向力穩(wěn)定地上升，摩擦力及切向力也同時穩(wěn)定增加，即該階段內(nèi)，磨粒微刃不起切削作用，只是在工件表面滑擦。
第二階段為耕犁階段，在滑擦階段，摩擦逐漸加劇，越來越多的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。?dāng)金屬被加熱到臨界點，逐步增加的法向應(yīng)力超過了隨溫度上升而下降的材料屈服應(yīng)力時，切削刃就被壓入塑料基體中。經(jīng)塑性變形的金屬被推向磨粒的側(cè)面及前方，最終導(dǎo)致表面的隆起。這就是磨犁作用，這種耕犁作用構(gòu)成了磨削過程的第二階段。
磨削過程的第三階段即切屑形成階段。在滑擦和耕犁階段中，磨粒并不產(chǎn)生磨屑。由此可見，要產(chǎn)生磨屑及切下金屬，存在著一個臨界磨削深度。此外還可以看到，磨粒切削刃推動于金屬材料的流動，使前方隆起，兩側(cè)面形成溝壁，隨后將有磨屑沿切削刃前面滑出。
確定磨屑形成的技術(shù)
近年來，用速度急停裝置，是砂輪個工件約在5ms之內(nèi)進行分離，對于許多磨屑狀態(tài)來說，在工件表面留下比較滿意的切屑根。從切屑根的總數(shù)，可以近似地得到有效切屑刃的數(shù)目，從切屑根部所占的寬度，可以測出砂輪與工件的接觸長度，切屑根部的形態(tài)表明了切屑形成的過程。
磨屑的形態(tài)
除重負荷磨削外，磨粒一般切下的切屑非常細小，根據(jù)不同的磨削條件，磨屑的形態(tài)一般可分為三種：帶狀切屑，碎片狀切屑，和熔融的球狀切屑。也有分為五種的，即帶狀，剪切形，擠裂形，積屑瘤形及熔球形。
事實上，在復(fù)雜的、無規(guī)律的、多刃性的砂輪條件下，確定磨屑形態(tài)是相當(dāng)困難的。為了探索這方面的問題，只能用單顆磨粒來做近似的模擬。
單顆粒磨削的試驗方法是，將磨粒用電鍍鎳或樹脂粘結(jié)的方法固定在小桿上。然后裝在金屬盤上作為模擬砂輪?？紤]到磨料在砂輪上的彈性安裝問題，因此用一小塊砂輪來代替單顆磨粒，注意在這一小塊砂輪上選定一顆磨粒，把它周圍的磨粒用細金剛石油石修低，但不能損傷被選定磨粒周圍的結(jié)合劑。
實驗表明，在磨屑形成過程中，磨粒傾角對一定的金屬存在一定的臨界值。若傾角為正時，則得到帶狀切屑；若傾角為負時，僅得到一些斷裂的碎切屑。這同單刃刀具的正負前角所產(chǎn)生的效果一致。一定金屬的磨粒傾角臨界值，隨著金屬的發(fā)熱量和切削液的使用不同而改變。
表征磨削過程的磨削要素
砂輪與工件的接觸弧長：砂輪與工件磨削時的接觸弧長度，是磨削過程中的極其重要的基本參數(shù)之一，它幾乎與所有的磨削參數(shù)有關(guān)系。尤其是它對磨削區(qū)的磨削溫度、磨削力、砂輪與工件接觸時的彈塑性變形以及被磨工件的表面完整性均有重要影響。關(guān)于砂輪與工件的接觸弧長度是按幾何接觸長度、運動接觸長度及真實接觸長度來定義的。
磨削時的未變形磨屑形狀可看作是曲邊三角形魚狀體。磨粒擦過了工件表面時，在工件表面上劃出了形狀尺寸各不相同或相互錯開或相互重疊的許多細小刻痕，由于刻痕深度不一，所以未變形磨屑的厚度和大小不同。未變形磨屑厚度對磨削過程有較大的影響，它不僅影響到作用在磨粒上力的大小，同時也影響到磨削比能的大小以及磨削區(qū)的溫度從而造成對砂輪的磨損以及對加工表面完整性的影響。
磨削力起源于工件與砂輪接觸后引起的彈性變形、塑性變形、切屑形成以及磨粒和結(jié)合劑與工件表面之間的摩擦作用。研究磨削力的目的，在于搞清楚磨削過程的一些基本情況，它不僅是磨床設(shè)計的基礎(chǔ)，也是磨削研究中的主要問題，磨削力幾乎與所有的磨削有關(guān)系。為便于分析問題，磨削力可為相互垂直的三個分力，即沿砂輪切向的切向磨削力，沿砂輪徑向的法向磨削力以及沿砂輪軸向的軸向磨削力。磨削力與砂輪耐用度、磨削表面粗糙度、磨削比能等腰三角形均有直接關(guān)系。實踐中，由于磨削力比較容易測量與控制，因此常用磨削力來診斷磨削狀態(tài)，將此作為適應(yīng)控制的評定參數(shù)之一。
磨削力的諸在實際工作中很重要，不論是機床設(shè)計和工藝改進都需要知道磨削力。一般是用磨削力的計算公式來估算，或者用實驗的方法來測定。用實驗的方法來測定，工作量較大，成本高。因此多年來的研究者一直試想通過建立理論模型找出準(zhǔn)確通用的計算公式來解決工程中的問題?，F(xiàn)有磨削力計算公式大體上可分為三類，一類是根據(jù)因次解析法建立的磨削力計算公式；一類是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)建立的磨削力計算公式；另一類是根據(jù)因次解析用實驗研究相結(jié)合的方法建立的通用磨削力計算公式。
磨削力的尺寸效應(yīng)
所謂磨削過程中的尺寸效應(yīng)是指隨磨粒切學(xué)及平均磨削面積的減小，單位磨削力或磨削比能愈大。也就是說，隨著切深的減小 ，切除單位體積材料需要更多的能量。目前，解釋尺寸效應(yīng)生成的理論有三種：其一是從工件的加工感化理論解釋尺寸效應(yīng)；另一種是從金屬物理學(xué)觀點分析材料中裂紋與尺寸效應(yīng)的關(guān)系。其三是用斷裂力學(xué)原理對尺寸效應(yīng)解釋的觀點。
磨削時被磨削層比切削時變形大得多，其主要原因是磨削時磨粒的鈍圓半徑與磨削層厚度比值較切削加工時大得多的緣故。另外，磨粒切刃有較大的負前角及磨削時擠壓變形后才被切離。能過觀察磨屑和磨削后工件表面的變質(zhì)層，并能過測量磨削力的大小與計算出的磨削比能的情況可知，磨削時，磨削比能比車削時大得多。
磨削力的理論公式對磨削過程做定性分析研究和大致估算時具有很大作用；但是由于磨削加工情況的復(fù)雜性，建立于一定加工條件和假設(shè)條件之上的理論公式，在條件改變后就導(dǎo)致使用受到極大限制。迄今為止，不沒有一種可適用于名種磨削條件下的嚴密磨削力理論公式。對于磨削過程的詳細研究，目前仍然需依靠實驗測試及在該實驗條件下的經(jīng)驗公式來進行。磨削力的實驗確定需借助測力儀進行，目前，用得較多的是在彈性組件上粘貼應(yīng)變片的電阻式測力儀，也可利用壓電晶體的壓電效應(yīng)原理以及各種傳感配置計算機進行測量。
在實際的工程計算中，當(dāng)前仍以采用經(jīng)驗公式為主，多年來，各國學(xué)者都做出了許多研究，發(fā)表了大量的數(shù)控，并且詳細討論了各種磨削條件對磨削力的影響，提出了各種各樣的磨削力實驗公式。
金屬切削時所作的功幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱能，這些熱傳散在切屑、刀具和工件上。對于車削和銑削等加工方式，大約70％-90％的熱量聚集在切屑上流走，傳入工件的約占10％-20％，刀具的則是不到5％。但是磨削加工與切削加工不同，由于被切削的金屬層比較薄，大約60-95的熱量被傳入工件，僅有不到10的熱量被磨屑帶走。這些傳入工件的熱量在磨削過程中常來不及傳入工件，僅有不到10的熱量被磨屑帶走。這些傳入工件的熱量在磨削過程中常來不及傳入工件深處，而聚集在表面層里形成局部高溫。工件表面溫度?？筛哌_1000以上。在表面層形成極大的溫度梯度。所以磨削的熱效應(yīng)對工件表面質(zhì)量和使用性能影響極大。特別是當(dāng)溫度在界面上超過某一臨界值時，就會引起表面的熱損傷，其結(jié)果將會導(dǎo)致零件的抗磨損性能降低，應(yīng)力銹蝕的靈敏性增加、抗疲勞性變差，從而降低了零件的使用壽命和工作可靠性。此外，磨削周期中工件的累積溫升，也常導(dǎo)致工件產(chǎn)生尺寸精度和形狀精度誤差。
另一方面，磨削區(qū)的磨削熱，不僅影響到工件，也影響到砂輪的使用壽命。因此，研究磨削區(qū)的溫度在工件的頒布狀況，研究磨削時砂輪在磨削區(qū)的有效磨粒的溫度，研究磨削燒傷前后磨削溫度的分布特征等腰三角形，是研究磨削機理和提高被磨零件的表面完整性的重要問題。
在機械制造中，為了解決磨削燒傷問題，提出了許多新的磨削方法和措施，其中鑲塊砂輪和開槽砂輪是方法之一。大量的實驗證明，開槽砂輪和鑲塊砂輪由于其間斷磨削的特性，它可以在相同的磨削用量下比使用普通砂輪大幅度地降低磨削溫度，有效地減輕和避免工件表層的熱損傷，在相同的溫度下可以大大提高磨削用量，獲得更高的生產(chǎn)效率。因此近年來，斷續(xù)磨削一直在磨削領(lǐng)域中倍受重視。
緩進給強力磨削本身具有具大的潛力，但是由于緩磨機理的研究尚無法圓滿解決生產(chǎn)中提出的涉及加工質(zhì)量和效率的若干根本性問題，因而其潛力難以得到充分發(fā)揮，其中最明顯的是關(guān)于緩進給磨削工件表面燒傷問題，由于這種燒傷往往可以在看似正常的緩磨過程中突然發(fā)生，因而是生產(chǎn)現(xiàn)場最感棘手的問題之一，深入研究緩進給磨削中的工件表面溫度特性，對于燒傷的控制，是十分必要的。
（１） 平均溫度分布曲線光滑連續(xù)，峰點位置靠近弧區(qū)高端且峰點附近曲線變化平穩(wěn)，故可以認為緩進給磨削時熱流密度沿弧長的頒布也是連續(xù)的，且更接近三角形分布的熱源模型。
（２） 弧區(qū)工件表面平均溫度數(shù)值很低，弧區(qū)低端溫度更低，這說明正常緩進給磨削時已加工表面的實際生成的溫度是很低的，這也正是緩進給磨削容易實現(xiàn)無應(yīng)力加工的原因所在。
（３） 相對于平均溫度而言，磨粒磨削點上的溫度雖然高一些，但高的并不多，這似乎也提示了正常緩進給磨削時磨削熱中的大部分確實沒進入工件。在一定范圍內(nèi)改變磨削用量條件重復(fù)上述試驗表明，所沒得的平均溫度低這一點是可確認無疑的，有些文獻中認為緩進深磨削時溫度肯定高于普通往復(fù)磨削實質(zhì)上是一種誤解。
在同樣的的磨削用量下，不使用磨削液時，弧區(qū)工件表面溫度一開始便陡增至1000℃上下。該現(xiàn)象足以說明緩進給磨削時磨削液在弧區(qū)換熱中的所起的主導(dǎo)作用，它也證實了以往文獻中所提出的磨削液換熱理論的正確性。值得指出的是實驗是在使用剛玉砂輪及常壓磨削液的條件下進行的，這就說明緩進給磨削低溫并不只是大氣孔超軟砂輪與高壓噴注磨削液綜合作用的結(jié)果，而是緩進給磨削本身特具有的現(xiàn)象。
為了解釋在正常緩磨溫度很低情況下常產(chǎn)生的突發(fā)燒傷現(xiàn)象，以往的研究曾認為是由于磨削液在弧區(qū)成膜沸騰導(dǎo)致工件瞬間產(chǎn)生燒傷，亦即認為當(dāng)緩磨條件決定的熱流密度不超過磨削液的臨界熱流密度時，弧區(qū)工件表面可穩(wěn)定維持正常低溫；但只要磨削熱流密度超過臨界值，則由于弧區(qū)磨削液出現(xiàn)成膜沸騰引起二相流換熱曲線上熱平衡點的溫度，從而導(dǎo)致工件突發(fā)燒傷。近年來的研究認為：上述磨削液成膜沸騰導(dǎo)致了瞬間突發(fā)燒傷的思想，明顯地忽略了緩進給磨削燒傷無法控制的假想。
研究磨削區(qū)的溫度分布，除了采用分析法外，采用實驗方法能得到更加準(zhǔn)確的結(jié)論，迄今為止，磨削溫度的測量已出現(xiàn)了許多方法，新方法的不斷產(chǎn)生，為磨削溫度研究提供了有效的手段，但是在所有實驗測量方法中，最基本的方法是熱電偶直接測量法。
熱電偶絲端頭與孔底接觸之處就是半自然熱憶偶的結(jié)點。磨削過程中，孔與頂面的距離在改變因而每次磨削所輸出的熱電勢是反映磨削表面下不同處的溫度。磨削后孔與頂面的距離可根據(jù)試件本體高度h的改變量來確定的。理論上講，當(dāng)孔底剛好磨穿時的熱電勢反映的溫度剛是磨削表面的溫度。
第3章 超硬磨料及其磨具
3．1 超硬磨料磨具的加工特點
超硬磨料系指金剛石和立方氮化硼以及這兩種磨料為主的復(fù)合材料。
金剛石和立方氮化硼均屬立方晶系。與剛玉和炭化硅相比，具有硬度高、強度好、顆粒形狀好、良好的導(dǎo)熱性和低的熱膨脹系數(shù)等特點。磨削能力強及優(yōu)良的磨削性能。是非常優(yōu)異的磨削材料。
由超硬磨料制成的磨具，其磨削性能突出。
1.極高的磨料硬度是超硬磨料磨具的主要特征
超硬磨料極高的硬度，可加工各種高硬度材料，特別是加工普通磨料所難以加工的材料。
2.超硬磨料磨具耐磨損性能好
超硬磨料磨具耐磨損性能好，使用中磨損少、砂輪使用周期長、磨削比高。在合理的使用條件下，可獲得良好的經(jīng)濟效益，特別對難加工材料的磨削加工，經(jīng)濟效益更佳。
3.超硬磨料磨具的形狀和尺寸保持性好
超硬磨料磨具在磨削加工中磨具的形狀和尺寸變化極為緩慢，有利于磨削操作，加工工件的形狀精度、尺寸精度保持性好。加工中無需經(jīng)常更換磨具，大為節(jié)約工時，特別適宜于自動生產(chǎn)線上加工高精度零件。超硬磨料磨具在使用中很少修整或不需修整，極大地改善了勞動條件和節(jié)省工時。
4.超硬磨料磨具能長時間保持磨粒微刃的鋒銳性
磨料微刃切削鋒利，切削性能好，磨削力下降，有利于提高工件的加工精度和降低表面粗糙度，減少機床動力消耗。
5.超硬磨料磨具的磨削溫度低
由于超硬磨料微刃切削鋒利。加工中摩擦減少，磨削溫度較普通磨料低，產(chǎn)生的磨削熱少，減少了磨削加工中的表面燒傷、裂紋及組織變化，降低了加工表面的應(yīng)力狀態(tài)，可大大改善表面加工質(zhì)量，提高被加工零件的使用壽命，使綜合經(jīng)濟指標(biāo)得以改善。
3．2 金剛石的性質(zhì)
1.金剛石的晶體形態(tài)
金剛石分類天然金剛石和人造金剛石。在天然金剛石研究中金剛石屬于立方晶系，是具有格子構(gòu)造的晶體。有的金剛石是生長很完整的單晶體，有的是結(jié)晶顆粒和許多連生晶體的聚集----集合體。根據(jù)金剛石出現(xiàn)的晶體外形和內(nèi)部構(gòu)造，可將金剛石晶體分為單晶體和連生體。天然金剛石晶體形態(tài)常見的結(jié)晶形狀為八面體。
2．金剛石的化學(xué)組成
在各類金剛石晶體中間和粗晶中間，碳的同位素是相近的。在金剛石研究發(fā)現(xiàn)，雜質(zhì)常沿晶體的對稱軸排列，它們的形成從晶體生長點開始向晶體頂端散布開去的射線或線、雜質(zhì)除線狀分散外，還有薄片狀、桿狀、扁盤狀或較大的不規(guī)則顆粒狀雜質(zhì)。
3．金剛石的化學(xué)性質(zhì)
人造金剛石在大氣條件下，氧化溫度在740-838℃之間，金剛石氧化主要取決于晶體的完整程度。結(jié)晶完整的人造金剛石晶體氧化溫度高，非完整的晶體氧化溫度低。金剛石與各類酸作用時，均沒有任何化學(xué)反應(yīng)，具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性，只是在與鎢、鉭、鈦、鋯等腰三角形碳化物形成劑，在高溫下，它們將與金剛石起化學(xué)反應(yīng)，以形成它們各自的碳化物。另外在熔融狀態(tài)下，鐵、鈷、錳、鎳、鉻等金屬是碳的真正溶劑。
4．金剛石的電磁性能
理想的金剛石晶體，具有高的比電阻。但雜質(zhì)大大降低了比電阻。天然金剛石沒有磁性，人造金剛石具有磁性。但人造金剛石屬于絕緣體。
5．金剛石的熱性能
金剛石具有很高的熱導(dǎo)率。在不同溫度下，金剛石的熱導(dǎo)率是不同的。
6．金剛石的力學(xué)性能
在結(jié)晶學(xué)上，把原子聯(lián)結(jié)成的那些晶面叫做面網(wǎng)，在單位面網(wǎng)內(nèi)的原子數(shù)叫做它的密度。由于晶體面間距不同，在外力作用下，最容易沿著面網(wǎng)間距最大的結(jié)晶面間劈開。最常見的金剛石晶體是八面體，其次是斜十二面體，而立方體少見。人造金剛石的密度，隨著所用的觸媒類型不同而異，就是同一種觸媒合成出來的金剛石，由于壓力-溫度-時間等熱力學(xué)條件的改變，同樣具有不同的色澤和不同的密度。金剛石是最硬的物質(zhì)，也是比較脆并易劈開的物質(zhì)。具有裂縫和其它缺陷的晶體在低得多的壓力下就劈開了。金剛石的彈性模量，在所有物質(zhì)中最高。但由于金剛石晶體結(jié)構(gòu)不同，在不同應(yīng)力方向上彈性性質(zhì)是不同的。
3．3 超硬磨料磨具結(jié)合劑的選擇
金剛石磨具的結(jié)合劑有樹脂結(jié)合劑，陶瓷結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑和電鍍金屬結(jié)合劑四類。金屬結(jié)合劑有青銅結(jié)合劑、鑄鐵結(jié)合劑及鑄鐵短纖維結(jié)合劑。其性能與應(yīng)用范圍有否不同。金屬結(jié)合劑包括青銅、鑄鐵基、電鍍金屬結(jié)合劑。青銅結(jié)合劑強度較高、耐磨性好、磨損少磨具壽命長、保持形狀好、磨削成體低，能承受較大的負荷。但自銳性較差，易堵塞，發(fā)熱，修整較困難。青銅結(jié)合劑金剛石磨具主要用于玻璃、石材等非金屬硬脆材料的粗、精磨和切割工序。
3．4濃度的選擇
濃度是超硬磨料磨具的重要特性之一，它對磨削效率加工成本有很大的影響。濃度低，磨削效率不高，滿足不了生產(chǎn)的要求；濃度過高，很多磨粒過早的脫落，造成浪費。從工件的加工要求和加工工序狀況方面考慮。對粗磨工序，主要要求磨具的磨削能力強，磨削效率低，一般選擇磨料粒度要粗，濃度要較高的磨具。濃度高，磨具工作面上單位面積內(nèi)磨粒數(shù)多，有利于滿足粗磨時提高磨削效率的要求。對于半精磨、精磨工序，要滿足表面粗糙度及磨削能力方面的要求，一般采用中等程度的濃度較好。對于拋光和低表面粗糙度值的磨削，常先用細粒度樹脂結(jié)合劑磨具，一般采用低濃度為佳，個別甚至可選用低達25％的濃度，有利于降低表面粗糙度值。
3．5超硬磨料磨具的使用
人造金剛石的應(yīng)用較為廣泛，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎滲透到各部門。硬質(zhì)合金制品及一些特殊刀具材料已普遍采用金剛石磨具加工。使用超硬磨料磨具磨削時，選用適當(dāng)?shù)哪ハ饕嚎蓽p少磨具的磨損，改善加工質(zhì)量，降低表面粗糙度值，防止磨具表面被堵塞，延長磨具使用壽命。由于超硬磨料導(dǎo)熱系數(shù)高，傳入磨具中的熱量比普通磨具多，使磨具溫度升高，不利于磨削過程正常進行。當(dāng)用樹脂結(jié)合劑磨具進行磨削時，采用磨削液能降低磨削溫度減少磨粒附近的結(jié)合劑熱分解，從而減少磨具的磨損，提高磨削工序的生產(chǎn)率及經(jīng)濟效益。用超硬磨料磨具進行磨削加工，在有條件的情況下，應(yīng)盡量選用合適的磨削液。
所選用的磨削液應(yīng)無腐蝕、無公害、無污染；良好的潤滑性、冷卻性及洗滌性。對于超硬磨料磨具來說，因其組織細密，氣孔極少或無氣孔，在磨削過程中易被磨屑堵塞。為了保證磨削過程正常進行，應(yīng)及時沖掉粘在磨具工作表面上的磨屑，帶走磨削過程中所產(chǎn)生的熱量，所選用的磨削液還應(yīng)具粘度小及良好的浸潤性、清洗性。
用金剛石磨具加工合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金，應(yīng)選用有輕質(zhì)礦物油的煤油，低號全損耗系統(tǒng)用油，汽油，輕柴油，煤油的混合油等磨削液。也可選用蘇打水等混合水溶液。
為減少超硬磨料磨具的修整消耗，每片磨具應(yīng)配備專用法蘭，法蘭自磨具開始使用至用完不再拆下。每加工一批工件，僅需將磨具連同法蘭裝上機床并稍作修整即可進行磨削，節(jié)約了裝拆磨具的時間，節(jié)約砂輪非磨削消耗，提高磨具使用的經(jīng)濟性。超硬磨料磨具裝上法蘭時，應(yīng)盡可能地對中，一般使砂輪徑向跳動小于0．03ｍｍ以下，可減少修整消耗。超硬磨料磨具的平衡十分重要，磨具在出廠前及使用時均應(yīng)進行靜平衡或動平衡；以保證磨具在加工中運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。樹脂結(jié)合劑超硬磨料磨具存在老化問題，因此，保存時間不宜太長。
3．６超硬磨料磨具的磨削用量選擇
金剛石砂輪磨削用量選擇
人造金剛石砂輪一般采用較低磨削速度。砂輪速度的提高，可獲得較低的表面粗糙度值，但磨削溫度也隨之提高，促使砂輪磨損加劇。砂輪速度太低，單顆磨粒的切屑厚度過大，既影響表面粗糙度增加，也加劇砂輪磨損。磨削深度增大 ，磨削力和磨削熱均增大。
磨削加工中，不僅磨粒的尺寸、形狀和分布對加工過程有影響，而且砂輪的氣孔狀況也起著重要的作用，往往在加工韌性金屬時，出現(xiàn)砂輪的急劇堵塞，導(dǎo)致砂輪壽命過早結(jié)束。要避免砂輪的堵塞和由此產(chǎn)生的不利因素，對產(chǎn)生堵塞的機理、過程及應(yīng)采取的工藝措施進行討論是十分重要的。所要需要修整。
第4章 砂輪的磨損與修整
4.1金剛石滾輪修整方法
金剛石滾輪是一種新發(fā)展起來的修整工具，它是用燒結(jié)或電鍍的方法把金剛石固結(jié)在滾輪的金屬基體的圓周表面上制成。金剛石滾輪修整砂輪的方法與單粒金剛石筆方法修整相比較，其修整時間要短得多（僅在幾秒鐘內(nèi)即可完成），而且很容易地修整出各種復(fù)雜的成形表面。這僅需將金剛石滾輪相應(yīng)地制成與工件一致的各種復(fù)雜成形面，與鋼滾輪修整砂輪方法相比，其修整力小，不易造成砂輪表面崩潰，且本身不易磨損，從而使型面精度保持性好。因此，自金剛石滾輪修整方法出現(xiàn)以來，在生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
金剛石滾輪修整砂輪有兩種方法，切入式滾輪修整和擺式滾輪修整（也有根據(jù)修整進給運動的方式將其分為徑向切入式修整和縱磨式修整，切向進給式修整和擺式修整）。在切入式滾輪修整中，如同外圓切入磨削工件一樣，滾輪的旋轉(zhuǎn)由電動機驅(qū)動，滾輪相對砂輪做切入運動，從而進行砂輪修整，在擺式滾輪修整中，金剛石滾輪裝在擺臂的一端，它由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，擺臂的旋轉(zhuǎn)運動由液壓系統(tǒng)驅(qū)動，通過這兩種運動對砂輪進行修整。
4.2金剛石滾輪切入修整機理
金剛石修整砂輪時有兩個運動，一是徑向切入修整，一是自身的旋轉(zhuǎn)運動。由于滾輪的這兩個運動以及砂輪的旋轉(zhuǎn)，修整時滾輪上的金剛石顆粒對砂輪上磨料的作用也有兩個，其一是由徑向切入運動產(chǎn)生的對磨粒的擠壓作用；其二是由滾輪和砂輪切向相對運動引起的對磨粒的修磨作用。金剛石滾輪修整過程就是這兩種作用的交互作用過程。擠壓作用和修磨作用的大小決定了砂輪表面形貌，進而也就決定了砂輪磨削性能。在滾輪修整過程中，若擠壓作用占主導(dǎo)地位，則磨粒以破碎為主，而磨粒的破碎會形成尖刃，故這時磨碎刃頂端銳利，這樣修出的砂輪磨削能力也就強；若修整過程中修磨作用占主導(dǎo)地位，磨粒則以“削平”為主，幫這時磨刃頂端平整。這樣修出砂輪磨削表面粗糙度值就小。在滾輪修整中，提高修整進給量，則擠壓作用增大，減小修整速比或提高光修轉(zhuǎn)數(shù)，則修磨作用增強。因此，合理控制金剛石滾輪修整時的參數(shù)是獲得良好修整效果的關(guān)鍵。
4.3金剛石滾輪修整用量
用金剛石滾輪修整砂輪時，通過改變修整條件可獲得適于粗磨和精磨的砂輪表面狀態(tài)。粗磨時可采用順向修整法，修整速比可取+0.5以上；精磨時，為了獲得良好的磨削表面粗糙度，可采用逆向修整。另外，用于粗磨的砂輪可采用粗粒度、低濃度的金剛石滾輪修整，用于精磨砂輪可用細粒度、高濃度的金剛石滾輪修整。
若采用順向修整，應(yīng)根據(jù)加工目的首先選取修整速比，然后再選取修整進給量和光修轉(zhuǎn)數(shù)。若采用逆向修整，則應(yīng)首先選取修整進給量，然后選修整速比和光修轉(zhuǎn)數(shù)。在一般情況下，采用順向修整。
若希望砂輪磨削能力強，可選用0.8左右的修整速比，再在修整裝置剛度允許的條件下，選用較大的進給量和光修轉(zhuǎn)數(shù)；若希望磨削表面粗糙度值?。ü鉂嵍雀撸蛇x用0.2-0.8左右的修整速比，再選用較小的修整進給量和50r /min左右的光修轉(zhuǎn)數(shù)。當(dāng)希望砂輪耐用度高，則應(yīng)采用順向修整，這時可選用較小的修整速比和較大的修整進給量，或較大的修整速比及較小的修整進給量的搭配。
4.4金剛石滾輪擺式修整砂輪
表征被修砂輪表面形貌的參數(shù)有：砂輪表面單位長度磨刃數(shù)砂輪表面容屑比以及砂輪表面容屑比以及砂輪表面的粗糙度。
最大修整擺動角 修整器的擺臂與擺動中心同砂輪中心連線的夾角稱為擺動角。當(dāng)滾輪與砂輪接觸角稱為修整擺動角。
由于砂輪磨粒是脆性材料，在修整過程中，被修磨粒一般會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象，一是磨粒被削平；二是磨粒破碎或結(jié)合劑斷裂。修整過程中視修整條件的不同，上述兩種現(xiàn)象交織出現(xiàn)。一般認為，滾輪相對砂輪的徑向切入運動的主要作用是對磨粒產(chǎn)生擠壓，其結(jié)果表現(xiàn)為磨粒破碎和結(jié)合劑斷裂；而滾動相對砂輪的切向運動的主要作用是對磨粒產(chǎn)生修磨，其結(jié)果是把磨粒削平。
通過對兩種修整方法的比較可知：擺式修整砂輪時不僅修整參數(shù)對砂輪表面形貌與切入式修整規(guī)律一致，且修整參數(shù)對磨削性能的影響規(guī)律也幾乎相同；只是在擺式修整中，修整進給速度是變化的，而切入修整進給速度保持不變。此外在一次修整中，擺式修整除修整進給作用外，還在最后階段有光修作用，而切入修整其磨削性能的改善是通過適當(dāng)增加光修次數(shù)來實現(xiàn)。這樣切入式修整，為了改善磨削性能，就需要在修整過程中增加一道環(huán)節(jié)，因此其修整效率比擺式修整要低。但是擺式修整的修整進給運動是靠擺臂的擺動來實現(xiàn)的，因而修整器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。相對來說，由于切入式修整器結(jié)構(gòu)簡單，故在實際生產(chǎn)中應(yīng)用的較多一些。
超硬磨料砂輪的整形法：所用的整形砂輪為綠色碳化硅或白色氧化鋁陶瓷結(jié)合劑砂輪，其粒度應(yīng)根據(jù)超硬磨料砂輪的粒度選擇，若超硬磨料砂輪粒度細，則應(yīng)選較細的修整輪。滾壓修整法的修整機理與金剛筆修整工具的修整機理不同，前者主要靠壓力使磨粒破碎與脫落，而后者主要靠剪切力。由于滾壓整形修整時需要較大的滾壓力，因此磨床的剛性要求要好，否則修整出的砂輪輪廓度較低。
磨削修整法 這種方法同時也可以用于修銳，是常用的一種修整方法?？捎锰蓟琛傆裼褪拚采拜?，也可用動力驅(qū)動金剛石、碳化硅或則玉砂輪來修整超硬砂輪。修整金剛石砂輪時，修整輪的特性較硬。
用普通磨粒砂輪作為修整輪時，整形精度稍差，但被修整砂輪磨削性能好，適用于型面精度要求不高或?qū)δハ髂芰τ幸蟮纳拜喰拚?。用金剛石砂輪作為修整輪時，整形精度好，但被修砂輪磨削能力差，因此僅用于型面精度要求較高的砂輪修整。為提高磨削能力，可二者兼用，即用金剛石砂輪整形后再用普通磨料砂輪加以修整。
修整砂輪的硬度和粒度對修整效率、修整效果和磨削性能影響很大。修整輪硬度提高，修整率提高，但被修砂輪的磨削性能卻相應(yīng)降低，砂輪表面比較光滑，磨削比降低。修整砂輪的粒度對修整率及砂輪的磨削性能影響不大。當(dāng)修整輪粒度接近被修砂輪粒度時，磨削性能較好。
利用軟鋼磨削整形，同時也可以修銳。由于整形對磨粒脫落多，因此不宜用此法來修整型面精度要求較高的砂輪。軟鋼磨削法有單滾輪和雙滾輪法。在被修整砂輪切線方向上有兩個大小相等方向相反的修整力。這樣就使就修砂輪不會產(chǎn)生附加干擾力矩，能保證整形過程平穩(wěn)，提高整形質(zhì)量。
4.5金剛石修整器的尺寸
為了加工零件的需要和工作所需，選用的電動機的功率為110W，轉(zhuǎn)速為1500r/min.
帶輪設(shè)計
計算功率 pd 單位kw pd=ka*p p-傳動功率ka-、
工作情況系數(shù)0.18kw
pd=0.18*1=0.18 ;
帶行 pj；
傳動比 1；
小帶輪直徑 de1=80;
大帶輪直徑 de2=80;
帶速 v 單位m/s
v=(pi*dp1*n1)/600*1000 v=5.86m/s ;
初定中心距 a0
0.7(de1+de2)
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