磨削力及磨削

§14—4 磨削力及磨削功率

14-1砂轮的特性和砂轮选择

14-2磨削加工类型和磨削运动

14-3磨削加工表面形成机理和磨削要素

14-4磨削力及磨削功率

一、磨削力的特征

二、磨削力及磨削功率

三、磨削力的测试方法

14-5磨削温度

14-6砂轮的磨损及砂轮表面形貌

14-7磨削表面质量与磨削精度

14-8几种高效和小粗糙度的磨削方法

一、磨削力的特征

尽管砂轮单个磨粒切除的材料很少，但因砂轮表层有大量的磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，因此总的磨削力仍相当大。同其他切削加工一样，总磨削力可分解为三个分力：Fc—主磨削力(切向磨削力)；Fp—切深抗力(径向磨削力)；Ff——进给抗力(轴向磨削力)。几种不同类型磨削加工的三向分力示如图14—15。

磨削力的主要特征有以下三点：

(1)单位磨削力kc值很大：由于磨粒几何形状的随机性和几何参数不合理，磨削时的单位磨削力kc值很大；根据不同的磨削用量，kc值约在7—20KN／mm2之间，而其他切削加工的单位切削力kc值均在7KN/mm2以下。

(2)三向分力中切深为Fp值最大：原因同上。在正常磨削条件下，Fp／Fc的比值约为2.0—2.5，而且工件材料的塑性越小，硬度越大时，Fp/Fc的比值越大(见表14—7)。在磨削深度(切深)很小和砂轮严重磨损致使磨粒刃区圆弧半径增大时，Fp/Fc的比值可能加大到5—10。

(3)磨削力随不同的磨削阶段而变化：由于Fp较大，使机床、工件和夹具产生弹性变形。在开始的几次进给中，实际径向进给量frac远远小于名义径向进给量frap，即frac＜frap。随着进给次数的增加，工艺系统的变形抗力也逐渐增大，这时实际的径向进给也逐渐增大，直至变形抗力增大到等于名义的径向磨削力Fpap时，实际径向进给量才会等于名义值。这一过程可用图14—16中的0A一段曲线来表示，称为初磨阶段。在初磨阶段中，frac＜frap。若机床、工件和夹具的刚度越低，则此阶段越长。此后，当frac＝frap时，即进入稳定阶段AB。当余量即将磨完时，就可停止进给进行光磨，以提高表面质量，图中BC一段称为光磨阶段。

由上述可知，要提高生产率，就必须缩短韧磨阶段及稳定阶段的时间，即在保证质量的前提下，可适当增加径向进给fr；要提高已加工表面质量，则必须保持适当的光磨进给次数。

二、磨削力及磨削功率

前已述及，磨削过程是磨粒在工件表面上进行滑擦、耕犁和切屑形成的过程。由于磨削速度很高，所以摩擦在磨削过程中所消耗的能量占的比例相当大。试验表明：干磨退火碳素钢时，材料剪切所消耗的能量占20％—30％，摩擦所消耗的能量占70％—80％。所以在磨削力的公式中应能反映出滑擦力的影响。磨削力的公式表示如下：

(14—9)

(14—l0)

式中Fc、Fp——分别为切向和径向磨削力，N；

Vw—工件速度，m／s；

Vc—砂轮速度，m／s；

fr—径向进给量，mm；

B——磨削宽度，mm；

CF—切除单位面积的切屑所需的力，N／mm2(表14—8)；

α—假设磨粒为圆锥形时的锥顶半角；

μ—工件和砂轮间摩擦系数(表14—9)。

磨削功率Pm为：

Pm=Fc?Vc/1000KW(14—11)

式中Fc—一切向磨削力，N；

Vc—砂轮线速度，m／s。

三、磨削力的测试方法

磨削过程很复杂，影响磨削力因素很多，而对磨削的机理研究向有待深入，目前的磨削力计算理论公式精确度不高，所以一般都用实验方法来测定磨削力。测定磨削力的方法很多，下面只介绍其中的一种。

图14—17所示为测定外圆磨削力的测定装置原理图。此法是把工件支持在顶尖上。由于顶尖的圆周上粘有电阻应变片，所以顶尖所受的磨削力可通过应变片的阻值变化而测出。在工作中，切向磨削力使顶尖下弯，所以用1、2、3、4应弯片来测出Fc。而径向磨削力是使顶尖前后弯曲，因此Fp可用5、6、7、8应变片测出。

上述电阻应变片式测力装置要进行精确的标定

倒角时边缘磨削力和磨削温度的研究 康洪亮

单晶硅片倒角时边缘磨削力和磨削温度的研究 康洪亮张伟才陈建跃陶术鹤摘要：本文对硅片倒角过程中三个最重要的因素;磨轮转速、硅片转速和圈去除量一一进行了原理分析，并倒角机进行了试验得到了比较合理的组合方案。 关键词:硅片倒角磨轮转速硅片转速圈去除量 为了解决单晶硅片边缘的精密磨削问题，磨削力和磨削温度是研究磨削加工中两个最基本的物理因素，磨削力是影响磨削加工质量的主要因素。磨削力起源于砂轮与硅片接触后产生的弹、塑性变形以及磨粒和结合剂与硅片表面之间的摩擦。磨削温度主要是由摩擦和切屑变形能产生的。对于脆性材料而言，由于其切屑的形成机理与金属材料有很大的不同，因此反映在磨削力和磨削温度上也有很大的不同。 1 原理分析 第一阶段为滑擦阶段，内切削刃与硅片表面开始接触，硅片仅发生弹性变形。随着切削刃切过硅片表面，进一步发生变形，法向力会稳定地上升，摩擦力及切向力同时稳定增加。磨粒微刃不起切削作用，只在表面滑擦。 第二阶段为耕犁阶段，在滑擦阶段，摩擦逐渐加剧，越来越多的能量转化为热。逐步增加的法向力超过了随温度上升而下降的材料屈服力时，切削刃就被压入塑性基体中，最终导致表面的隆起，这是磨削中的耕犁作用。 第三阶段为切屑形成阶段。在滑擦和耕犁阶段，磨粒并不产生切屑。磨粒在微小时间间隔内，当切刃切入塑性区，最终导致应力的增加，一直达到硅片材料的最大剪切能为止，这样最终导致材料的局部僵化，上升到材料的临界应力，就出现再次的剪切。当切削厚度达到临界值时，被磨粒推挤的材料明显地滑移而形成切屑。 1.1磨削力分析 磨削力?可分解为相互垂直的三个分力，作用于磨削轮圆周速度方向的切向分力pz，作用于磨削深度方向径向分力py,作用于磨削轮轴线方向的轴向分力px，由于磨粒对硅片的挤压，径向力大于切向力，这是磨削加工的特征之一。一般情况下py是pz的二至三倍(pz=py /2)。在磨削过程中，轴向分力px较小，对于硅片倒角这种特殊的加工过程中，由于没有纵向进给，px为零。 硅片倒角属于精密磨削(精密磨削是使用金刚石刀具加工有色金属和非金属，可以直接磨出超光滑表面)。 径向力py可以按下式计算[3]

磨削平面

湖南省娄底技师学院 实习教学教案 教师姓名：刘联盟

一、任务引入 机器零件除了圆柱、圆锥表面外，还经常由各种平面图组成。例如V型铁的两侧面，如图1所示： 钳工加工小型工件之前，有时需要用V型块侧面作靠山来划线。该侧面必须要有一定的表面粗 糙度要求和平面度要 求，如果表面粗糙度和 平面度不符合要求，则 会影响工件已加工表 面质量和划线精度。所 以，为了加工出合格的 零件，须理解平面磨削 的形式、特点；通过实践操作要掌握平面磨削的操作步骤、工件的装夹方法、平面精度的检验以及工件的常见缺陷形式。 本次课题的任务是磨削加工矩形工件的二面，如图2 二、任务分析 图2为垫铁工件，材料45钢，经淬火硬度40—45HRC，厚度10mm，需要磨削表面的平面图度为0.015mm,表面粗糙度为Ra0.8um。平面加工的方法比较多，常见的平面图铣削加工。对于淬硬材料用铣削方式加工不合适，是由于刀具材料的硬度比加工材料的硬度低；所以常用磨削的加工方法，而且经磨削

过的工件表面质量比铣削加工质量高。 三、相关知识 1、平面磨削的形式圆周磨和端面磨 1）圆周磨：利用砂轮的圆周面进行磨削。 工件与砂轮的接触 面积小，发热少，排屑与 冷却情况好，因此加工精 度高，但生产率低，在单 件小批生产中应用较广。 2）端面磨：利用砂轮的端面进行磨削。 1）砂轮轴立式安装，刚性好，可采用较大的切削用量，而且砂轮与工件的接触面积大，故生产率高。 2）但精度较周磨差，磨削热较大，切削液进入磨削区较困难，易使工件受热变形，且砂轮磨损不均匀，影响加工精度。

平面磨削常作为刨削或铣削后的精加工，特别是用于磨削淬硬工件，以及具有平行表面的零件（如滚动轴承环、活塞环等）。 经磨削两平面间的尺寸公差等级可达IT6～IT5级，表面粗糙度R a值为 0.8～0.2μm。 2、平面磨床的磨削方法 在平面磨床上磨削平面有圆周磨削(图1—14a，c)和端面磨削(图1—14b，d)两种形式。卧轴矩台或圆台平面磨床的磨削属圆周磨削，砂轮与工件的接触面积小，生产效率低，但磨削区散热、排屑条件好，因此磨削精度高。 卧轴矩台平面磨床磨削平面的主要方法如下： 1）．横向磨削法(图1—16) 每当工作台纵向行程终了时，砂轮主轴作一次横向进给，待工件表面上第一层金属磨去后，砂轮再按预选磨削深度作一次垂直进给，以后按上述过程逐层磨削，直至切除全部磨削余量。 横向磨削法是最常用的磨削方法，适于磨削长而宽的平面，也适于相

磨削过程残余应力

1 磨削表面残余应力的形成机理 塑性凸出效应的影响 磨削时，由于磨粒切刃具有大的负前角，变形区的塑性变形非常严重，在磨粒刃尖前方区域将形成复杂的应力状态。在磨粒切刃刚走过的表面部分上，沿表面方向出现塑性收缩、而在表面的垂直方向出现拉伸塑性变形——这就是塑性凸出效应，结果磨削表面出现残余拉应力。 挤光作用的影响 在切削加工过程中，刀具和工件之间会产生作用力。垂直于被加工表面的作用力和由此产生的摩擦力一起对被加工表面产生挤光作用。当刀刃不锋利或切削条件恶劣时，挤光作用的影响更为明显，挤光作用会使零件表面产生残余压应力。 热应力的影响 磨削时，磨削表面层在磨削热的作用下产生热膨胀，而此时基体温度较低，磨削表面层的热膨胀受到基体的限制而产生压缩应力。当表面层的温度超过材料的弹性变形所允许的温度时，表面层的温度下降至与基体温度一致时，表面层产生残余拉应力。 磨削液冷却效应 磨削过程中，由于磨削液的使用，磨削表面层在冷却过程中会产生一个降温梯度，它与热应力的影响刚好相反，它可减缓由热应力造成的表面残余拉应力。 磨削过程中，除了上述影响残余应力的因素外，还有表面层的二次淬火及表层的回火现象。 2 磨削表面残余应力数学模型的建立 通过上述分析可知，影响磨削表面残余应力的主要因素可归纳为：磨削力、磨削温度和磨削液的冷却性。力和温度是磨削过程中产生的两种磨削现象，直接对残余应力产生影响；而磨削液对残余应力的影响，一方面是通过表面的降温过程直接产生的，另一方面是通过对力和温度的影响间接产生的。本文试图通过对力和温度的试验数据，以及磨削表面二维残余应力

测试数据的数学处理，给出一种反映力、温度和磨削液的冷却性能与表面残余应力关系的数学模型。数学模型中应包括上述影响磨削表面残余应力的因素，即 σRT=σF+σR+σL 式中：σRT——磨削表面残余应力 σF——磨削力的影响 σR——磨削温度的影响 σL——磨削液冷却性能的影响 1) 磨削力与残余应力关系的数学模型 首先依据图1所示的模型来分析残余应力与塑性变形之间的关系。图1a为自由状态下的两个弹簧，图1b为两个弹簧被放入刚性板之间的状态。根据平衡条件可得出 N=k1k2(l1-l2)/(k1+k2) 式中：N——两个弹簧被放入刚性板后弹簧的内力 l1、l2——两个弹簧在自由状态下的长度 k1、k2——两个弹簧的弹性系数 l1-l2可看作是本文意义上的塑性变形。从上式中可得出，内力与塑性变形呈正比，即残余应力与塑性变形呈正比。 图1 残余应力与塑性变形关系模型 图2为应力σ与应变ε关系的简化模型。从图中可知 εB=(σB-σS)/E1+εSε＇A=εB/E

平面磨床技能鉴定理论试题 含答案

一、选择题： 1.砂轮圆周转速很高，外圆磨削和平面磨削时其转速一般在（C）M/S左右。 A.10~15 B.20~25 C.30~35 D.40~45 2.砂轮静平衡时，若砂轮来回摆动不停，此时砂轮的不平衡量必在（C） A.上方 B.中间 C.下方 D.已经平衡 3.平面磨削中，当砂轮与工件有相对振动时，会出现（C）花纹。 A.直线 B.螺旋 C.菱 D.无花纹 4.平面磨削时，砂轮表面与工件之间有沙粒及脏物，最容易使工件表面（C） A.烧伤 B.成直线刮迹 C.拉毛、划伤 D.弄脏工件 5.磨削薄片工件时应采取（C）的工作台众向速度。???? ?A、较小????B、中等??????C、较大 D、均可 二、填空题： 1.平面磨床工作台的（两端或四周）应设防护栏板，以防被磨工件飞出。 2.砂轮结构的三要素是指：（磨粒）、（结合剂）、和（网状间隙）。 3. 切削液有以下四个作用：（冷却）、（润滑）、（清洗）、（防锈）。 4. 不平衡的砂轮高速旋转时会产生（离心）力，会引起机床（振动）、加速轴承（磨

损），严重的甚至造成（爆裂）。 5. 更换砂轮时，要按照安全操作规程进行。必须仔细检查砂轮的粒度和线速度是否符合要求，（表面无裂缝）、（声响要清脆）。 6. 作人员实施点检过程中依据“三好”、“四会”展开自主维护，其中“三好”指的是：（管好、用好、修好）、“四会”指的是（会使用、会保养、会检查、会排除故障） 三、判断题： 1.在平面磨削时，一般可采用提高工作台纵向进给速度的方法来改善散热条件，提高生产效率。（√） 2.平面磨削时，应采用硬度低、颗粒粗、组织疏松的砂轮。（X） 3.用横向磨削法磨削平面时，磨削宽度应等于横向进给量。（√） 4.发现有人触电，用手拉触电者，使其脱离电源。（X） 5.新砂轮可以直接上机使用。（X） 6.砂轮的硬度与磨料的硬度是一致的。（X） 7.砂轮粒度号越大，表示磨料的颗粒越大。（√） 8.磨削时，在砂轮与工件上作用的磨削力是不相等的。（X） 9.发现有人触电，用手拉触电者，使其脱离电源。（X）

磨削力及磨削

§14—4 磨削力及磨削功率 14-1砂轮的特性和砂轮选择 14-2磨削加工类型和磨削运动 14-3磨削加工表面形成机理和磨削要素 14-4磨削力及磨削功率 一、磨削力的特征 二、磨削力及磨削功率 三、磨削力的测试方法 14-5磨削温度 14-6砂轮的磨损及砂轮表面形貌 14-7磨削表面质量与磨削精度 14-8几种高效和小粗糙度的磨削方法 一、磨削力的特征 尽管砂轮单个磨粒切除的材料很少，但因砂轮表层有大量的磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，因此总的磨削力仍相当大。同其他切削加工一样，总磨削力可分解为三个分力：Fc—主磨削力(切向磨削力)；Fp—切深抗力(径向磨削力)；Ff——进给抗力(轴向磨削力)。几种不同类型磨削加工的三向分力示如图14—15。 磨削力的主要特征有以下三点： (1)单位磨削力kc值很大：由于磨粒几何形状的随机性和几何参数不合理，磨削时的单位磨削力kc值很大；根据不同的磨削用量，kc值约在7—20KN／mm2之间，而其他切削加工的单位切削力kc值均在7KN/mm2以下。 (2)三向分力中切深为Fp值最大：原因同上。在正常磨削条件下，Fp／Fc的比值约为2.0—2.5，而且工件材料的塑性越小，硬度越大时，Fp/Fc的比值越大(见表14—7)。在磨削深度(切深)很小和砂轮严重磨损致使磨粒刃区圆弧半径增大时，Fp/Fc的比值可能加大到5—10。 (3)磨削力随不同的磨削阶段而变化：由于Fp较大，使机床、工件和夹具产生弹性变形。在开始的几次进给中，实际径向进给量frac远远小于名义径向进给量frap，即frac＜frap。随着进给次数的增加，工艺系统的变形抗力也逐渐增大，这时实际的径向进给也逐渐增大，直至变形抗力增大到等于名义的径向磨削力Fpap时，实际径向进给量才会等于名义值。这一过程可用图14—16中的0A一段曲线来表示，称为初磨阶段。在初磨阶段中，frac＜frap。若机床、工件和夹具的刚度越低，则此阶段越长。此后，当frac＝frap时，即进入稳定阶段AB。当余量即将磨完时，就可停止进给进行光磨，以提高表面质量，图中BC一段称为光磨阶段。 由上述可知，要提高生产率，就必须缩短韧磨阶段及稳定阶段的时间，即在保证质量的前提下，可适当增加径向进给fr；要提高已加工表面质量，则必须保持适当的光磨进给次数。

55钢平面磨削中未变形磨屑厚度及单位磨削力的研究_王君明

55钢平面磨削中未变形 磨屑厚度及单位磨削力的研究 王君明 汤漾平 宾鸿赞 冯清秀 熊正鹏 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室,武汉,430074 摘要:从简化磨粒形状入手,用解析法对未变形磨屑平均厚度模型进行了修正;通过日本某公司生产的超景深三维显微系统V HX -600测量了磨粒间距,并根据55钢的平面磨削实验,采用非线性回归法推导出了基于未变形磨屑平均厚度的单位磨削力和切向磨削力的经验公式。 关键词:平面磨削;未变形磨屑厚度;磨粒间距;单位磨削力中图分类号:T G580.13 文章编号:1004—132X (2009)10—1176—04R esearch on U ndeformed Chip Thickness and U nit G rinding Force during Surface G rinding of 55Steel Wang J unming Tang Yangping Bin Hongzan Feng Qingxiu Xiong Zhengpeng State Key Laboratory of Digital Manufact uring Equip ment and Technology , Huazhong U niversity of Science &Technology ,Wuhan ,430074 Abstract :Simplifying t he geomet ric shape of abrasive grains ,t he paper modified t he mat hematic models of t he undeformed chip t hickness by analytic met hod.The inter -grain spacing was measured wit h Keyence V HX -600digital microscope produced in J apan.According to t he grinding experiment s of steel 55,t he experienced equatio ns of tangential grinding force and unit grinding force were built up based on undeformed chip t hickness by nonlinear regression analysis. K ey w ords :surface grinding ;undeformed chip t hickness ;inter -grain spacing ;unit grinding force 收稿日期:2008—07—07 0　引言 未变形磨屑厚度对磨削力有重要的影响,它不仅影响作用在磨粒上力的大小,同时也影响磨削比能的大小以及磨削区的温度,从而造成对砂轮的磨损以及对加工表面完整性的影响。未变形的磨屑厚度取决于连续磨削微刃间距和磨削条件等参数,是磨削状态和砂轮表面几何形状的一个非常复杂的函数。 Malkin [1]在分析磨粒路径时提出了未变形磨屑厚度的概念;Opitz 等根据磨屑体积不变的原则,采取计算未变形磨屑厚度平均断面积的办法,导出了平均未变形磨屑厚度的计算公式[2];T nshoff 等[3]在建立磨削过程模型时,研究了大量的磨屑形状,并在分析接触区中的每颗磨粒的三维和二维形态后,进一步研究了未变形磨屑厚度的模型;Hecker 等[4] 则认为磨削接触区的变形会增加与工件接触的磨削切削刃的数目,因此通过动态切削刃的分布密度并结合工件的材料性能,对未变形磨屑厚度进行了研究。 以上未变形磨屑厚度的研究分析中,仅考虑了一个磨粒的工作情况。实际上,在磨削过程中, 每一瞬时都有许多磨粒在同时工作,而每颗磨粒在任意时刻的切除位置各自不同,其未变形磨屑厚度将随时间不断的变化。考虑这一实际情况,本文对未变形磨屑厚度计算公式进行了修正,并通过对55钢的平面磨削实验数据的分析,建立了未变形磨屑厚度和单位磨削力的关系式。 1　未变形磨屑平均厚度的计算 在进行磨削分析时,为了计算方便,通常将磨粒进行简化,如Badger 等[5]将磨粒简化为棱形,Shaw [6]和G ong 等[7]将磨粒简化为球形,而更多 的则是将磨粒简化为圆锥形[8Ο10]。由于磨粒的尺寸非常小,这些简化模型的计算结果差异并不大[3]。 本文将磨粒的形状简化为具有一定顶角的圆 锥,圆锥的顶角为2 θ,并设磨粒在砂轮表面上均匀分布,磨粒间距为λg ,且磨粒的表面突出高度相同。 图1是平面磨削示意图。其中,砂轮转速为ω,工件进给速度为v w ,砂轮半径为R (砂轮直径 d s =2R ),a p 为磨削深度,相邻磨粒间的夹角 βg =2λg /d s , α为磨粒从切入到切出的转角,根据? 6711?

砂轮磨削力计算

磨削力、磨削功率及磨削温度 一、磨削力和磨削功率 （一）磨削力的主要特征及计算 砂轮上单个磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同时对被磨金属层进行挤压、刻划和滑擦，加之磨粒的工作角度又很不合理，因此总的磨削力很大。为便于测量和计算，将总磨削力分解为三个相互垂直的分力 F x (轴向磨削力)、F y (径向磨削力)、F z (切向磨削力)，如图4-4所示，和切削力相比，磨削力有如下特征： 1.径向磨削力 F y 最大。这是因为磨粒的刃棱大都以负前角工作，而且刃棱钝化后，形成小的棱面增大了与工件的实际接触面积，从而使 F y 增大。通常 F y =（1.6～3.2）F z 。 2.轴向磨削力 F x 很小，一般可以不必考虑。 3.磨削力随不同的磨削阶段而变化。在初磨阶段，磨削力由小至大变化较大；进入稳定阶段，工艺系统的弹性变形达到一定程度，此时磨削力较为稳定；光磨阶段实际磨削深度近趋于零，此时磨削力渐小。 磨削力的计算公式如下： （4-5） （4-6）

式中 F z ， F y ——分别为切向和径向磨削力（N ）； v w ，v ——分别为工件和砂轮的速度（m/s ）； f r ——径向进给量（mm ）； B ——磨削宽度（mm ）； α ——假设磨粒为圆锥时的锥顶半角； C F ——切除单位体积的切屑所需的能（KJ/mm 2 ）； μ ——工件和砂轮间的摩擦系数。 磨削过程很复杂，影响磨削力的因素也很多，上述理论公式的精确度不高。目前一般采用实验方法来测定磨削力的大小。 （二）磨削功率的计算 磨削时，由于砂轮速度很高，功率消耗很大。主运动所消耗的功率定义为磨削功率。其计算公式如下：(kW) （4-7 ） 式中 F z ——砂轮的切向力（N ）； v——砂轮的线速度（mm/s ）。 二、磨削温度 由于磨削的线速度很高，功率消耗较大，所以磨削温度很高。这样高的温度会直接影响工件的精度及表面质量。因此，控制磨削温度是提高工件表面质量和保证加工精度的重要途径。 （二）磨削温度对工件表面质量的影响 磨削工件的表面质量主要表现在表面粗糙度、表面烧伤、表面残余应力和裂纹几个方面，这里重点讨论磨削烧伤问题。 1 ．磨削烧伤的产生和实质磨削加工时，磨粒的切削、刻划和滑擦作用，大多数磨粒的副前角切削以及高的磨削速度，使得工件表面层有很高的温度。因此对已淬火的钢件往往会使表面层的金相组织产生变化，从而使表面层的硬度下降，严重的影响了零件的使用性能，同时表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为磨削烧伤。所以磨削烧伤的实质是材料表面层的金相组织发生变化。图4-6 所示为淬火高速钢磨削后表面层硬度的变化情况。由此可以看出，磨削烧伤会破坏工件表面层组织，严重的会出现裂纹，从而影响工件的耐磨性和使用寿命。

单颗金刚石磨粒磨削玻璃的磨削力研究

单颗金刚石磨粒磨削玻璃的磨削力研究 黄　辉　林思煌　徐西鹏 华侨大学,厦门,361021 摘要:选取三种典型形状的金刚石磨粒对玻璃进行了单颗磨粒磨削实验,测量了磨削力,分析了磨 削参数及磨粒切入锥角对磨削力的影响。结果表明:磨削力曲线不沿磨痕呈对称分布,法向力出现明显波动;顺磨与逆磨对磨削力没有明显影响。磨削力随着磨削深度的增大而增大,随磨削速度的减小而增大;随着磨粒切入锥角的增大,磨削力明显增大。相同切削速度下,磨削力与相应磨粒的侧面耕犁面积呈良好的线性关系。不同磨粒的法向力与切向力有着良好的线性关系。 关键词:单颗磨粒;磨削;玻璃;磨削力中图分类号:T G506 文章编号:1004—132X (2010)11—1278—05 Study on G rinding Forces for G lass G rinding with Single Diamond G rit Huang Hui Lin Sihuang Xu Xipeng Huaqiao University ,Xiamen ,Fujian ,361021 Abstract :The grinding forces were measured in brittle grinding of glass wit h t hree typical shape diamond grit s.The influences of grinding parameters and cutting angle of grit s on t he grinding forces were discussed.The experiment result s show t hat t he force signal curves are not symmet ric dist ribu 2tion wit h scratching p rofile.There are o bvious o scillatio ns on t he curves of normal force signals.The value and curve shape of grinding forces of t he down -grinding are as same as t ho se of t he up -grind 2ing.Grinding forces increase wit h grinding dept h ,but decrease wit h t he grinding velocity.The grind 2ing forces obviously increase wit h t he cutting angle of grit s.Wit h t same cutting velocity ,t he grinding forces have good linear relationship wit h plowed surface area.There is a very good linear re 2lationship between t he normal forces and tangential forces for different grit s. K ey w ords :single -grit ;grinding ;glass ;grinding force 收稿日期:2009—09—22 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50825505,50975099);福建省自然科学基金资助项目(E0810020);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET -08-0610);福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划资助项目(07FJ RC04) 0　引言 磨削加工是利用磨料去除材料的一种加工方法。随着工程陶瓷、光学玻璃、光电晶体等硬脆性材料的出现及广泛应用,这种用磨粒去除材料的加工方法得到了越来越广泛的应用。但是与其广泛应用相比,加工过程中磨粒与脆性材料之间的相互作用以及由此导致的力、热、能量、摩擦等机制都还没有被全部解释清楚[1Ο2]。 普通磨削利用大量随机磨粒去除工件材料,从而获得所需要的表面,其本质是磨粒与工件材料之间的相互作用。相对于普通磨削实验而言,单颗磨粒磨削可以在相似的磨削过程中不受其他磨粒及切屑的影响,因此,利用单颗磨粒磨削来认识复杂的磨削过程是一种很重要的手段。事实上,单颗磨粒磨削方法在金属材料的磨削机理研究中已经得到了广泛的应用,并取得了许多有意义的结果[3Ο4]。一些学者们利用单颗磨粒磨削的方法进行了脆性材料加工机理的研究,但他们的 研究重点大多集中于磨粒以微量切深去除脆性材料时,脆性材料产生的塑性变形及其相关机理[5Ο7]。对于磨粒以脆性方式去除脆性材料的研究,则并不多见[8]。 本文利用钎焊金刚石磨粒对玻璃进行了单颗磨粒脆性磨削实验,测量了磨削时的法向力和切向力,分析了磨粒形状、磨削参数对磨削力的影响规律,磨削力与耕犁面积以及磨削力比值的变化规律。 1　实验条件及方法 为了模拟真实的磨削加工,实验在精密平面磨床MSG -250HMD 上进行,实验装置见图1。实验时,基体以一定的速度旋转实现单颗磨粒的磨削,工作台带动工件做纵向运动。通过调整工件台的进给速度,保证工件表面所留下的每道磨痕不产生相互干涉。利用Hirox 视频系统对所得到的磨痕进行观察,测量磨痕的长度l c 。 所选用的金刚石磨粒为ISD1650,粒度为30/35,粒径为0150～0159mm ,利用真空钎焊将 金刚石磨粒固接在夹具表面,夹具高度为10mm 。钎焊后的磨粒被固定在直径为100mm 的铝盘基 体上(图1)。保证焊接后磨粒的出刃高度超过粒 ? 8721?

第一章 磨削加工的基本知识

第一章磨削加工的基本知识 培训学习目标 1.磨削用量包括那几个基本参数？如何计算砂轮圆周速度、工件圆周速度？ 2.试述切削液的作用、种类及特点。 3.砂轮由哪三要素构成？ 4.如何选择砂轮硬度？ 5.如何选择砂轮粒度？ 6.引起砂轮不平衡的原因是什么？试述平衡砂轮的目的和方法。 一、磨床的基本知识 1.磨床工作在制造业中的地位 磨削是一种比较精密的金属加工方法，经过磨削的零件有很高的精度和很小的表面粗糙度值。目前用高精度外圆磨床磨削的外圆表面，其圆度公差可达到0.001mm左右，相当于一个人头发丝粗细的1/70或更小；其表面粗糙度值达到Ra0.025um，表面光滑似镜。 在现代制造业中，磨削技术占有重要的地位。一个国家的磨削水平，在一定程度上反映了该国的机械制造工艺水平。随着机械产品质量的不断提高，磨削工艺也不断发展和完善。 2. 普通磨床简介 以常用的万能外圆磨床为例，磨床主要由床身、工作台、头架、尾座、砂轮架和内圆磨具等部件组成。见图1。磨床还包括液压系统。

（1）床身：磨床的支承。 （2）头架：安装与夹持工件，带动工件旋转，可在水平面内逆时针转90°； （3）内圆磨具：支承磨内孔的砂轮主轴。 （4）砂轮架：支承并传动砂轮主轴旋转，可在水平面±30°范围内转动； （5）尾坐：与头架一起支承工件； （6）滑鞍与横进给机构：通过进给机构带动滑鞍上的砂轮架实现横向进给； （7）横向进给手轮 （8）工作台：a.上工作台：上面装有头架与尾坐；b.下工作台：上工作台可绕下工作台在水平面转±10°角度。 3.磨床的型号 磨床的种类很多，按GB/T15375-1994磨床的类、组、系划分表，将我国的磨床品种分为三个分类。一般磨床为第一类，用字母M表示，读作“磨”。超精加工机床、抛光机床、砂带抛光机为第二类，用2M表示。轴承套圈、滚球、叶片磨床为第三类，用3M表示。齿轮

磨削机理

问题：有摩擦力，磨粒顶端有磨损平面的磨削力解析公式 为了便于分析计算磨削力可以分为三个互相垂直的分力，即沿砂轮切向的切向摩擦力F t 、沿砂轮径向的法向摩擦力F n 、以及沿砂轮轴向的轴向摩擦力F a ，设磨粒的切削深度为α切入工 件表面。 切削力x dF 垂直作用于磨粒锥面上，其分布范围如图1c 中虚 线范围所示，由图1a 可以看出，x dF 分解为法向推力nx dF 和侧向推力tx dF 。两侧的椎力tx dF 相互抵消，而法向推力则叠加起来使整 个磨粒所受的法向力明显增大。 根据图1，作用在x x -截面内作 用磨粒上的切削力x dF 可按下式求得： Ψd F dF s p x cos cos γ= （1-1） 式中 p F ——单位磨削力（N/mm 2 ）； s d ——砂轮直径（mm ） ； γ——磨粒半顶锥角 ； ψ——切削力方向与x 方向的夹角 设图中磨粒为具有一定锥角的圆锥，中心 线指向砂轮的半径，且圆锥母线长度为ρ，则接触面积： ψ=d d A γρsin 2 12 （1-2） 把式（1-2）带入式（1-1）得： ψψ= d F x dF p cos cos sin 212γγρ （1-3） 图1：磨粒上的作用力 因为： ψ=cos cos γx t dF dF （1-4）

γsin x n dF dF = （1-5） 将式（1-3）分别带入式（1-4）和式（1-5）得： ψψ=d dF t cos cos sin 2 122γγρ （1-6） ψψ=d F dF p n cos cos sin 2 122γγρ （1-7） 对其进行积分求得磨削力的近似公式为： γπαsin 4 2 h F F p t = (1-8) γγπαtan sin 42 h F F p n = (1-9) 又因为： 2m h h =α （1-10） 切削力σs p Bl F ≈=B s ad σ （1-11） 把式（1-10）和式（1-11）带入式（1-9）即可得切削力的近似公式为： γσπsin 162 m s t h ad B F = γγσπtan sin 1622 m s n h ad B F =

硬脆材料精密磨削的磨削力及表面质量测试与分析实验

硬脆材料精密磨削的磨削力及表面质量测 试与分析实验 一、实验目的 了解硬脆材料精密磨削加工方法以及磨削过程中磨削力的变化特点； 了解磨削后表面质量测试分析方法； 了解相关测试分析仪器（Kistler、SEM、AFM、Leica）的工作原理、功能及使用方法。 二、磨削力测试 磨削(Grinding)是一种精密加工方法，能获得很高的加工精度和表面粗糙度。对于当今的高温结构陶瓷、钛合金、高温合金、超高强度钢等难加工材料而言，磨削是一种非常有效的加工方法。 高温结构陶瓷属于一种典型的硬脆材料，其性能主要有：硬度比金属高一倍多，具有好的耐磨性；高温结构陶瓷的脆性高，受到外力作用下容易发生断裂；在1200~1500℃的高温下能保持较高的强度，具有良好的抗热冲击性；高温结构陶瓷的导热性较差，热膨胀系数小；高温结构陶瓷的密度仅为普通钢材的二分之一至三分之一；高温结构陶瓷的弹性模量比金属高的多，受力后弹性变形小。 由于高温结构陶瓷的脆硬性，通常用超硬磨料磨具进行精密与超精密加工。其磨削过程中磨削力比较大、磨削比小、砂轮磨耗量大、表面质量不易控制导致生产率低。 1、实验原理及设备 磨削力是研究磨削现象的一个重要参数，磨削力测量和采集是磨削实验中重要内容，需要使用测力仪和采集软件。测量磨削力的设备使用瑞士生产的KISTLER9257BA三坐标测力仪，采集磨削力的软件采用DYSLAB软件。 KISTLER9257BA三坐标测力设备原理： 利用压电陶瓷原理，将微弱的由力产生的变形信号转换为电信号，根据事先标定的值得到力值。测力仪在上面板和底板之间有四个三向力传感器，它们都不接地。隔热层保护传感器不受外界温度影响。将测力仪用管接头和控制单元设备5233A1连接构成了测力系统(图1) 。 2、检测软件 DASYLab是一个集数据采集、过程控制及数据分析于一体的软件系统。 在DASYLab中，通过选择和任意摆放模块元素，并且把鼠标把这些模块元素连接起来，能够直接在屏幕上对测量、过程控制或者仿真任务进行设置。 使用黑箱模块组合实验当中需要重复使用的工作页元素，并且把它们整合到黑箱模块

实验—平面磨削温度的测定

实验3-1 平面磨削温度的测定 ● 实验目的 通过实验加深理解磨削过程中的热效应，并初步掌握平面磨削过程中磨削区温度的测定。 ● 实验装置 1．设备与工具 平面磨床、砂轮（GB60 KV6P 300×30×75） 2．量具 人工热电偶 3．仪器 函数记录仪或光线记录示波器、加热器、测温计 ● 实验原理 （1）基本概念 对于磨削温度有三个不同的概念，磨削点温度、磨削区温度、磨削表面温度。 1）磨削点温度是指单个磨粒切刃与被磨金属相干涉点的温度，一般达1000℃~1600℃范围内。 2）磨削区温度是指砂轮与被磨工件之间的接触区域内的平均温度，一般在200~800℃范围内。 3）工件表面温度是指工件内部温度场靠近磨削区部位的温度，一般在几十度左右。

详细内容见3.6节“磨削温度”部分。本实验只测定平面磨削过程中磨削区温度。 （2）热电偶测量法 利用热电偶原理测量磨削温度的试件有夹式和顶式两种。本实验采用夹式的镍铬-镍铝双面槽人工热电偶测温试件，如图3E1-2所示。两试件本体间开双面槽，一槽夹入套有玻璃管的镍铬丝，另一槽夹入套有玻璃管的镍铝丝，保证热电偶丝与本体间有可靠绝缘，开合联结方式均采用环氧树脂粘结。测温试件在切削过程中，由于切削过程中的塑性变形及高的切削温度的作用，试件本体与热电偶丝在顶部相互搭接或焊在一起形成热电偶接点，形成人工热电偶。 （3）人工热电偶的标定 温度标定指的是确定人工热电偶的热特性。温度标定的方法如图3E1-3所示，将开关1断开、开关2闭合，则此时不进行实际磨削，而是通过加热器加热来模拟磨削时所产生的热电势；在加热器开始加热后，用测温仪测温，由函数记录仪或光线记录示波器记录其幅值h，得到温度T℃与记录仪幅值h之间关系。 （4）磨削温度测量的人工热电偶法 测量原理如图3E1-1所示。把由试件与镍铬-镍铝人工热电偶组成的测温传感器装在夹具上，一起吸在平面磨床的吸盘工作台上；电偶丝由导线连通函数记录仪或示波器等显示记录装置。在磨削过程中靠磨削力及高的磨削热将镍铬丝、镍铝丝压焊在试件上形成人工热电偶。其产生的热电势信号通过导线传给函数记录仪或示波器记录下来。 （1）对人工热电偶进行标定 温度标定指的是确定人工热电偶的热特性。温度标定的方法如图3E1-3所示，具体步骤如下：

平面磨床液压统设计说明书

1 引言 磨床工作台的运动是一种连续往复直线运动，它对调速、运动平稳性、换向精度、换向频率都有较高的要求，因广泛采用液压传动。磨床是一种精密加工机床，对液压系统有着较高的要求。磨床中的平面磨床为精加工机床，磨削力及变化量不大，工作台往复速度较高，调速范围较广，要求换向灵敏迅速，冲击小，但对换向精度要求不高。 液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的10%~20%左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。 液压传动设备一般由四大元件组成，即动力元件——液压泵；执行元件——液压缸和液压马达；控制元件——各种液压阀；辅助元件——油箱、蓄能器等。 液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。 1.1 液压系统的发展历史 液压传动理论和液压技术发展的历史可追溯17世纪，当时的荷兰人史蒂文斯（Strvinus）研究指出，液体静压力随液体的深度变化，与容器的形状无关。之后托里塞勒(Torricelli)也对流体的运动进行研究。17世纪末，牛顿对液体的粘度以及浸入运动流动体中的物体所受的阻力进行了研究。18世纪中叶，伯努利提出的流束传递能量理论及帕斯卡提出的静压传递原理，使液压理论有了关键性的进展。1795年英国伦敦的约瑟夫.布拉默(Joseph Bramah 1749~1814)创造了世界上第一台水压机——棉花、羊毛液压打包机。1905年，詹尼（Janney）设计了一台带轴向柱塞泵的油压传动与控制装置，并于1906年成功地应用在弗吉尼亚号战舰的炮塔俯仰、转动机构中。1936年，哈里.威克斯（Harry Vikers）提出了包括先