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磨削二十問

來源:磨商網  發布日期: 10:50:53  
  摘要: 是借助磨具的切削作用,除去工件表面的多余層,使工件表面質量達到預定要求的加工方法。常見的磨削加工形式通常有:外圓磨削、內圓磨削、無心磨削、螺紋磨削、工件平型表面的磨削、成形面磨削等。
 1、什么是磨削加工?試舉出幾種磨削加工形式。
  
  答:是借助磨具的切削作用,除去工件表面的多余層,使工件表面質量達到預定要求的加工方法。常見的磨削加工形式通常有:外圓磨削、內圓磨削、無心磨削、螺紋磨削、工件平型表面的磨削、成形面磨削等。
  
  2、什么是磨具?砂輪的組成是什么?其性能由哪些因素決定?
  
  答:凡是用以進行磨削、研磨和拋光的工具統稱為磨具,大部分磨具均由磨料和結合劑制成。
  
  砂輪由磨粒、結合劑和氣孔(有時沒有)組成,其性能主要由磨料、粒度、結合劑、硬度和組織等因素所決定。
  
  3、磨料的種類有哪些?試舉出幾種常用磨料。
  
  答:磨料直接擔負著切削工作,應具有很高的硬度、耐熱性和一定的韌性,破碎時應能形成尖銳的棱角。目前生產中常用的磨料有氧化物系,碳化物系和高硬磨料系三類。常用磨料有白剛玉、鎬剛玉、立方碳化硼、人造金剛石、立方氮化硼等。
  
  4、砂輪磨損的形式有哪些?砂輪修整的含義是什么?
  
  答:砂輪的磨損主要包括兩個層面:磨粒損耗和砂輪失效。砂輪表面磨粒的損耗,可以分為三種不同的形式:磨粒的鈍化、磨粒的破碎、磨粒的脫落。隨著砂輪工作時間的延長,其切削能力逐漸降低,最終不能正常磨削、不能達到規定的加工精度和表面質量,這時砂輪失效。其形式有以下三種:砂輪工作表面變鈍、砂輪工作表面堵塞、砂輪輪廓畸變。
  
  當砂輪出現耗損時,要求重新修整砂輪,修整是整形和修銳的總稱。整形是使砂輪具有一定精度要求的幾何形狀;修銳是去除磨粒間的結合劑,使磨粒突出結合劑一定高度(一般磨粒尺寸的1/3左右),形成良好的切削刃和足夠的容屑空間。普通砂輪的整形和修銳一般是合二為一進行的;超硬磨料砂輪的整形和修銳一般分開。前者是為了獲得理想的砂輪幾何形狀,后者是為了提高磨削鋒利度。
  
  5、外圓與平面磨削時,磨削運動有哪些形式?
  
  答:外圓與平面磨削時,磨削運動包括主運動、徑向進給運動、軸向進給運動和工件旋轉或直線運動四種形式。
  
  6、試簡述單個磨粒的磨削過程。
  
  答:單個磨粒的磨削過程大致分為滑擦、刻劃和切削三個階段。
  
  (1)滑擦階段:在磨削過程中,切削厚度由零逐漸增大。在滑擦階段,由于磨粒切削刃與工件開始接觸時的切削厚度acg極小,當磨粒頂尖角處的鈍圓半徑rn>acg ,磨粒僅在工件表面上滑擦而過,只產生彈性變形,不產生切屑。
  
  (2)刻劃階段:隨著磨粒擠入深度的增大,磨粒與工件表面的壓力逐步加大,表面層也由彈性變形過渡到塑性變形。此時擠壓摩擦劇烈,有大量熱產生,當金屬被加熱到臨界點時,法向熱應力超過材料的臨界屈服強度,切削刃就開始切入材料表層中?;剖共牧媳韺颖煌葡蚰チ5那胺胶蛢蓚?,使得磨粒在工件表面刻劃出溝痕,溝痕的兩側則產生了隆起。這一階段的特點是:材料表層產生塑性流動與隆起,因磨粒的切削厚度未達到形成切屑的臨界值,而不能形成切屑。
  
  (3)切削階段:當擠入深度增大到臨界值時,被切層在磨粒的擠壓下明顯地沿剪切面滑移,形成切屑沿前刀面流出,這稱為切削階段。
  
  7、試用J.C.Jaeger解法對干磨削時磨削區溫度進行理論分析。
  
  答:磨削時由于切削深度較小,接觸弧長也很小。所以可以將它視為帶狀熱源在半無限體表面上移動來考慮。這就是J.C.Jaeger解法的前提。(a)磨削區面熱源?(b)運動的面熱源坐標系統 圖3.1.7磨削區面熱源及坐標系統
  
  磨削接觸弧區AA¢B¢B為帶狀熱源,其發熱強度為qm;其寬度w與砂輪直徑和磨削深度有關。熱源AA¢B¢B可視為無數線熱源dxi的綜合,取某一線熱源dxi進行考察,其熱源強度為qmBdxi,并沿X方向以速度vw移動。
  
  運動線熱源在半無限大導熱體中的溫度場可用下式計算:
  
  (1) 若令Zm=0,即工件表面的溫度分布可通過對式(1)積分求出:
  
  (2) 經過變換后,可以得出:
  
  (3) 式中。
  
  8、磨削燒傷的種類及其控制措施有哪些?
  
  答:根據燒傷外觀的不同,有全面燒傷、斑狀燒傷、線條狀燒傷(整個零件表面有線條形燒傷)。根據表層顯微組織變化的性質區分有:回火燒傷、淬火燒傷、退火燒傷。
  
  在磨削加工中,產生燒傷的主要原因是磨削區的溫度過高,為降低磨削區溫度可從減少磨削熱的產生和加速磨削熱的傳出這兩條途徑入手。
  
  采取的控制措施常有:
  
  (1)合理選取磨削用量;
  
  (2)正確選擇砂輪;
  
  (3)合理采用冷卻方式
  
  9、什么是高速磨削?與普通磨削相比,高速磨削有哪些特點?
  
  答:高速磨削是通過提高砂輪線速度來達到提高磨削效率和磨削質量的工藝方法。它與普通磨削的區別在于很高的磨削速度和進給速度,而高速磨削的定義隨時間的不同在不斷推進,60年代以前,磨削速度在50m/s時即被稱為高速磨削,而90年代磨削速度最高已達500m/s,在實際應用中,磨削速度在100m/s以上即被稱為高速磨削。
  
  高速磨削與普通磨削相比,它有以下特點:
  
  (1)在保持其它全部參數恒定情況下,只增加砂輪速度,將導致切削厚度減小,相應也減小作用于每一磨粒上的切削力。
  
  (2)若相應于砂輪速度成正比增加工件速度,切削厚度可保持不變。在這種情況下,作用于每一磨粒上的切削力,以及磨削合力不改變。這樣最大的優點是,在磨削力不變的情況下,材料去除率成比例增加。
  
  10、試簡述高速磨削對砂輪和機床的要求。
  
  答:高速磨削砂輪必須滿足下列要求:
  
  (1)砂輪的機械強度必須能承受高速磨削時的切削力;
  
  (2)高速磨削時的安全可靠性;
  
  (3)外觀鋒利;
  
  (4)結合劑必須具有很高的耐磨性以減少砂輪的磨損。
  
  高速磨削對機床的要求:
  
  (1)高速主軸及其軸承:高速主軸的軸承一般采用角接觸滾珠軸承。為了降低主軸發熱,提高主軸的最高轉速,新一代的高速電動主軸絕大多數均采用油氣潤滑。
  
  (2)高速磨床除具有普通磨床的功能外,還需滿足以下特殊要求:高動態精度、高阻尼、高抗振性和熱穩定性;高度自動化和可靠的磨削過程。
  
  (3)砂輪速度提高以后,其動能也隨之增加,如果發生砂輪破裂,顯然會給人身和設備造成比普通磨削時更大的傷害,為此除要提高砂輪本身的強度以外,設計專門用于高速磨削的砂輪防護罩是保證安全的重要措施。
  
  11、高速磨削中砂輪精密修整技術有哪些?
  
  答:目前應用較為成熟的砂輪修整技術有:
  
  (1)ELID在線電解修整技術;
  
  (2)電火花砂輪修整技術;
  
  (3)杯形砂輪修整技術;
  
  (4)電解—機械復合整形技術
  
  12、什么是精密磨削?試簡述普通砂輪精密磨削中砂輪的選擇原則。
  
  答:精密磨削是指在精密磨床上,選擇細粒度砂輪,并通過對砂輪的精細修整,使磨粒具有微刃性和等高性,磨削后,使被磨削表面所留下的磨削痕跡極其微細、殘留高度極小,再加上無火花磨削階段的作用,獲得加工精度為1~0.1mm和表面粗糙度Ra為0.2~0.025mm的表面磨削方法。
  
  普通砂輪精密磨削中砂輪的選擇原則:
  
  (1)砂輪磨料精密磨削時所用砂輪的磨料以易于產生和保持微刃及其等高性為原則。
  
  (2)砂輪粒度?單從幾何因素考慮,砂輪粒度越細,磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太細時,不僅砂輪易被磨屑堵塞,若導熱情況不好,反而會在加工表面產生燒傷等現象,使表面粗糙度值增大,因此,砂輪粒度常取46#~60#。
  
  (3)砂輪結合劑?砂輪結合劑有樹脂類、金屬類、陶瓷類等,以樹脂類應用為廣。對粗粒度砂輪,可用陶瓷結合劑。金屬類、陶瓷類結合劑是目前精密磨削領域中研究的重要方面。
  
  13、超硬磨料砂輪精密磨削的特點是什么?其磨削用量如何選擇?
  
  答:超硬磨料砂輪磨削的主要特點為:
  
  (1)可用來加工各種高硬度、高脆性金屬和非金屬材料。
  
  (2)磨削能力強,耐磨性好,耐用度高,可較長時間保持磨削性能,修整次數少,易于保持粒度;易于控制加工尺寸及實現加工自動化。
  
  (3)磨削力小,磨削溫度低,從而可減少內應力,無燒傷、裂紋等缺陷,加工表面質量好。金剛石砂輪磨削硬質合金時,其磨削力只有綠色碳化硅的1/4~1/5。
  
  (4)磨削效率高。在加工硬質合金及非金屬硬脆材料時,金剛石砂輪的金屬去除率優于立方氮化硼砂輪;但在加工耐熱鋼、鈦合金、模具鋼等材料時,立方氮化硼砂輪遠高于金剛石砂輪
  
  (5)加工成本低。金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪比較昂貴,但其壽命長,加工效率高,所以綜合成本低。
  
  超硬磨料砂輪磨削用量選擇:
  
  (1)磨削速度非金屬結合劑金剛石砂輪的磨削速度一般為12~30m/s。立方氮化硼砂輪的磨削速度可比金剛石砂輪高得多,可選45~60m/s,主要由于立方氮化硼磨料的熱穩定性較好。
  
  (2)磨削深度一般為0.001~0.01mm,可根據磨削方式、磨粒粒度、結合劑和冷卻狀況等具體情況選擇。
  
  (3)工件速度一般為10~20m/min。
  
  (4)縱向進給速度?一般為0.45~1.5m/min。
  
  14、什么是超精密磨削?試簡述其機理、特點及應用。
  
  答:超精密磨削是指加工精度達到0.1mm以下、表面粗糙度低于Ra0.025mm的砂輪磨削方法,是一種亞微米級的加工方法,并正向納米級發展,適宜于對鋼、鐵材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。
  
  超精密磨削機理:
  
  (1)磨??梢钥醋骶哂袕椥灾С械暮痛筘撉敖乔邢魅械膹椥泽w,彈性支承為結合劑,磨粒雖有相當硬度,本身受力變形極小,實際上仍屬于彈性體。
  
  (2)磨粒切削刃的切入深度由零開始逐漸增加,到達最大值后又逐漸減小到零。
  
  (3)整個磨粒與工件的接觸過程依次為彈性區、塑性區、切削區、塑性區和彈性區。
  
  (4)超精密磨削中,微切削作用、塑性流動、彈性破壞作用和滑擦作用依切削條件的變化而順序出現。當刀刃鋒利,且有一定磨削深度時,微切削作用較強;如果刀刃不夠鋒利,或磨削深度太淺,則會產生塑性流動、彈性破壞和滑擦。
  
  超精密磨削的特點:
  
  (1)超精密磨削是一個系統工程。
  
  (2)超硬磨料砂輪是超精密磨削的主要工具。
  
  (3)超精密磨削是一種超微量切除加工。
  
  超精密磨削的應用:
  
  (1)磨削鋼鐵及其合金等金屬材料特別是經過淬火等處理的淬硬鋼。
  
  (2)可用于磨削非金屬的硬脆材料?例如陶瓷、玻璃、石英、半導體材料、石材等。
  
  (3)目前主要有外圓磨床、平面磨床、內圓磨床、坐標磨床等超精密磨床,用于超精磨削外圓、平面、孔和孔系。
  
  (4)超精密磨削和超精密游離磨料加工是相輔相成的。
  
  15、試簡述ELID鏡面磨削的原理及特點。
  
  答:ELID鏡面磨削的原理:在磨削過程中在砂輪和工具電極之間澆注電解磨削液并加以直流脈沖電流,使作為陽極的砂輪金屬結合劑產生陽極溶解效應而被逐漸去除,使不受電解影響的磨粒突出砂輪表面,隨著電解過程的進行,逐漸在砂輪表面形成一層具有絕緣性質的氧化膜,阻止電解過程的繼續進行,當砂輪的磨粒磨損后,鈍化膜被工件刮擦去除,電解過程繼續進行,周而復始,利用在線電解作用連續修整砂輪來獲得恒定的磨粒突出高度。
  
  ELID磨削的特點:
  
  (1)磨削過程具有良好的穩定性;
  
  (2)該修整法使金剛石砂輪不會過快的磨耗,提高了貴重磨料的利用率;
  
  (3)ELID修整法使磨削過程具有良好的可控性;
  
  (4)采用ELID磨削法,容易實現鏡面磨削,并可大幅度減少超硬材料被磨零件的殘留裂紋。
  
  16、什么是緩進給磨削?試用沸騰換熱理論解釋正常緩磨溫度很低卻又易突然燒傷的現象。
  
  答:緩進給磨削(Creep Feed Grinding)以往國內有很多種叫法,譬如強力磨削、重負荷磨削、蠕動磨削、銑磨等等,目前確切的名稱應該是緩進給深切磨削,通常簡稱緩磨。該項工藝的顯著特點是進給速度低,約是普通磨削的10-3~10-2倍,譬如在平面磨削時工件速度可以低到0.2mm/s,所以成為“緩”磨。但另一方面,其一次切深大,約是普通磨削的100~1000倍,譬如平磨時極限切深可以達到20~30mm。
  
  根據熱工領域有關沸騰換熱的理論,對正常緩磨溫度很低卻又常易突發燒傷的科學解釋。緩磨時弧區工件表面與浸沒于池內的被加熱鎳絲表面的受熱情況在本質上是一致的,弧區磨削液也同樣存在一可發生成膜沸騰的臨界熱流密度qlim,所謂正常緩磨即指磨削熱流密度q < qlim的情況。按照前面的分析,這是由于磨削液處于泡核沸騰狀態,它可以通過吸收汽化潛熱將絕大部分磨削熱帶出弧區,因而工件表面溫度可以被有效控制在磨削液的臨界成膜溫度qlim約120~130℃以下。也就是說,緩磨時無論切深多大,無論是1mm、10mm還是20mm、30mm,只要滿足正常緩磨條件弧區工件表面溫度都不會超過120~130℃,這也正是緩磨工藝不同于普通磨削的優勢所在。但是緩磨的這一突出的工藝優勢實際上也很容易因熱流密度的失控而喪失殆盡。磨削熱流密度q除與材料性質、切除用量等諸多因素有關外,很大程度上還取決于砂輪表面的鋒利程度,因此在原來是正常的緩磨過程中,熱流密度也很容易隨砂輪鈍化增加而突破臨界值,事實上正常與否有時也可能僅是一線之隔,只要一旦滿足了條件q ≥ qlim,弧區工件表面就會因磨削液進入成膜沸騰狀態而導致突發燒傷。
  
  17、緩進給磨削中如何進行連續修整?連續修整的優點有哪些?
  
  答:所謂連續修整系指邊磨削邊將砂輪再成形和修銳的方法。采用連續修整方法時,金剛石修整滾輪始終與砂輪接觸。為了實現磨削過程中的連續修整砂輪與連續補償的動態過程,必須采用專門的連續修整磨床。連續修整的動態過程如圖2所示,初始的砂輪直徑為ds1, 工件直徑為dw1,金剛石修整滾輪直徑為dr,磨削時,若工件半徑以vfr的速度變小,由于連續修整的緣故,砂輪就應以v2 = vfr + vfrd的速度切入磨削工件,修整滾輪則應以v1 = 2vfrd+ vfr的速度切入修整砂輪,這樣就使修整滾輪與砂輪的位置發生了變化。因此,連續修整砂輪的磨床必須可以對這些幾何參數進行相關調整。
  
  連續修整的優點很多,例如:
  
  1)減去了剛好等于修整時間的磨削時間,提高了磨削效率;
  
  2)最長磨削長度不再取決于砂輪的磨損,而取決于磨床可利用的磨削長度;
  
  3)比磨削能降低,磨削力及磨削熱均降低,而且在磨削過程是穩定的。
  
  18、什么是砂帶磨削?試簡述砂帶的構成及特點。
  
  答:砂帶磨削是根據工件形狀以相應的接觸方式使運動著的砂帶與工件接觸而進行磨削的一種工藝方法。
  
  砂帶主要是由基體、結合劑和磨料三部分組成?;w是磨粒的支持體,可以由紙、棉布和化學纖維制成。常用的結合劑有動物膠、合成樹脂和兩者混合的結合劑。常用的結合劑有動物膠、合成樹脂和兩者混合的結合劑。動物膠耐熱性很低,粘結強度也低,且不耐磨削液的侵蝕,只能用于干磨;合成樹脂粘結劑具有粘結強度高,耐磨性高,適合于制造高速重負荷的砂帶。制造砂帶的磨料有標準電剛玉、白色的和含鉻的電剛玉、單晶電剛玉、氧化鋁、二氧化鋯、綠色的和黑色的碳化硅等。
  
  19、砂帶磨削有哪幾種分類方法?砂帶磨削中易出現哪些問題?
  
  答:砂帶磨削按磨削方式,可分為閉式砂帶磨削和開式砂帶磨削。砂帶磨削按砂帶與工件接觸形式,可分為接觸輪式、支承板式、自由接觸式和自由浮動接觸式。
  
  砂帶磨削中易出現的問題:堵塞、粘蓋、磨鈍。另外,砂帶在使用過程中還經常出現頻繁斷裂,磨痕等現象。
  
  20、什么是超聲波振動磨削?試簡述超聲波振動磨削的機理及特點。
  
  答:超聲波磨削是在磨削過程中利用砂輪(或工件)的強迫振動進行磨削的一種工藝方法。
  
  超聲波振動磨削的機理:當啟動超聲波發生器磁化電源時,供給鎳磁致伸縮式換能器一定的超聲頻電流及磁化用直流電流,在換能器線圈內產生交變的超聲頻磁場和恒定的極化磁場,使換能器產生同頻的縱向機械振動能,同時傳遞給變幅桿,并將振幅放大到預定值,推動諧振刀桿進行振動切削。換能器、變幅桿、刀桿均與發生器輸出的超聲波頻率處于諧振狀態,形成一個諧振系統,其固定點都應在位移節點上。
  
  特點:超聲波磨削加工中能保持磨粒鋒利,防止容屑堵塞,一般比普通磨削降低切削力30%~60%,降低切削溫度,提高加工效率1~4倍。此外,超聲振動磨削還具有結構緊湊、成本低、易推廣應用等優點。

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