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磨削二十问

发表时间：2017/8/30 10:58:16

1、什么是磨削加工?试举出几种磨削加工形式。

答：是借助磨具的切削作用，除去工件表面的多余层，使工件表面质量达到预定要求的加工方法。常见的磨削加工形式通常有：外圆磨削、内圆磨削、无心磨削、螺纹磨削、工件平型表面的磨削、成形面磨削等。

2、什么是磨具？砂轮的组成是什么？其性能由哪些因素决定？

答：凡是用以进行磨削、研磨和抛光的工具统称为磨具，大部分磨具均由磨料和结合剂制成。

砂轮由磨粒、结合剂和气孔(有时没有)组成，其性能主要由磨料、粒度、结合剂、硬度和组织等因素所决定。

3、磨料的种类有哪些?试举出几种常用磨料。

答：磨料直接担负着切削工作，应具有很高的硬度、耐热性和一定的韧性，破碎时应能形成尖锐的棱角。目前生产中常用的磨料有氧化物系，碳化物系和高硬磨料系三类。常用磨料有白刚玉、镐刚玉、立方碳化硼、人造金刚石、立方氮化硼等。

4、砂轮磨损的形式有哪些?砂轮修整的含义是什么?

答：砂轮的磨损主要包括两个层面：磨粒损耗和砂轮失效。砂轮表面磨粒的损耗，可以分为三种不同的形式：磨粒的钝化、磨粒的破碎、磨粒的脱落。随着砂轮工作时间的延长，其切削能力逐渐降低，最终不能正常磨削、不能达到规定的加工精度和表面质量，这时砂轮失效。其形式有以下三种：砂轮工作表面变钝、砂轮工作表面堵塞、砂轮轮廓畸变。

当砂轮出现耗损时，要求重新修整砂轮，修整是整形和修锐的总称。整形是使砂轮具有一定精度要求的几何形状;修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度(一般磨粒尺寸的1/3左右)，形成良好的切削刃和足够的容屑空间。普通砂轮的整形和修锐一般是合二为一进行的;超硬磨料砂轮的整形和修锐一般分开。前者是为了获得理想的砂轮几何形状，后者是为了提高磨削锋利度。

5、外圆与平面磨削时，磨削运动有哪些形式?

答：外圆与平面磨削时，磨削运动包括主运动、径向进给运动、轴向进给运动和工件旋转或直线运动四种形式。

6、试简述单个磨粒的磨削过程。

答：单个磨粒的磨削过程大致分为滑擦、刻划和切削三个阶段。

(1)滑擦阶段：在磨削过程中，切削厚度由零逐渐增大。在滑擦阶段，由于磨粒切削刃与工件开始接触时的切削厚度acg极小，当磨粒顶尖角处的钝圆半径rn>acg ，磨粒仅在工件表面上滑擦而过，只产生弹性变形，不产生切屑。

(2)刻划阶段：随着磨粒挤入深度的增大，磨粒与工件表面的压力逐步加大，表面层也由弹性变形过渡到塑性变形。此时挤压摩擦剧烈，有大量热产生，当金属被加热到临界点时，法向热应力超过材料的临界屈服强度，切削刃就开始切入材料表层中。滑移使材料表层被推向磨粒的前方和两侧，使得磨粒在工件表面刻划出沟痕，沟痕的两侧则产生了隆起。这一阶段的特点是：材料表层产生塑性流动与隆起，因磨粒的切削厚度未达到形成切屑的临界值，而不能形成切屑。

(3)切削阶段：当挤入深度增大到临界值时，被切层在磨粒的挤压下明显地沿剪切面滑移，形成切屑沿前刀面流出，这称为切削阶段。

7、试用J.C.Jaeger解法对干磨削时磨削区温度进行理论分析。

答：磨削时由于切削深度较小，接触弧长也很小。所以可以将它视为带状热源在半无限体表面上移动来考虑。这就是J.C.Jaeger解法的前提。(a)磨削区面热源?(b)运动的面热源坐标系统图3.1.7磨削区面热源及坐标系统

磨削接触弧区AA￠B￠B为带状热源，其发热强度为qm;其宽度w与砂轮直径和磨削深度有关。热源AA￠B￠B可视为无数线热源dxi的综合，取某一线热源dxi进行考察，其热源强度为qmBdxi，并沿X方向以速度vw移动。

运动线热源在半无限大导热体中的温度场可用下式计算：

(1) 若令Zm=0，即工件表面的温度分布可通过对式(1)积分求出：

(2) 经过变换后，可以得出：

(3) 式中。

8、磨削烧伤的种类及其控制措施有哪些?

答：根据烧伤外观的不同，有全面烧伤、斑状烧伤、线条状烧伤(整个零件表面有线条形烧伤)。根据表层显微组织变化的性质区分有：回火烧伤、淬火烧伤、退火烧伤。

在磨削加工中，产生烧伤的主要原因是磨削区的温度过高，为降低磨削区温度可从减少磨削热的产生和加速磨削热的传出这两条途径入手。

采取的控制措施常有：

(1)合理选取磨削用量;

(2)正确选择砂轮;

(3)合理采用冷却方式

9、什么是高速磨削?与普通磨削相比，高速磨削有哪些特点?

答：高速磨削是通过提高砂轮线速度来达到提高磨削效率和磨削质量的工艺方法。它与普通磨削的区别在于很高的磨削速度和进给速度，而高速磨削的定义随时间的不同在不断推进，60年代以前，磨削速度在50m/s时即被称为高速磨削，而90年代磨削速度最高已达500m/s，在实际应用中，磨削速度在100m/s以上即被称为高速磨削。

高速磨削与普通磨削相比，它有以下特点：

(1)在保持其它全部参数恒定情况下，只增加砂轮速度，将导致切削厚度减小，相应也减小作用于每一磨粒上的切削力。

(2)若相应于砂轮速度成正比增加工件速度，切削厚度可保持不变。在这种情况下，作用于每一磨粒上的切削力，以及磨削合力不改变。这样最大的优点是，在磨削力不变的情况下，材料去除率成比例增加。

10、试简述高速磨削对砂轮和机床的要求。

答：高速磨削砂轮必须满足下列要求：

(1)砂轮的机械强度必须能承受高速磨削时的切削力;

(2)高速磨削时的安全可靠性;

(3)外观锋利;

(4)结合剂必须具有很高的耐磨性以减少砂轮的磨损。

高速磨削对机床的要求：

(1)高速主轴及其轴承：高速主轴的轴承一般采用角接触滚珠轴承。为了降低主轴发热，提高主轴的最高转速，新一代的高速电动主轴绝大多数均采用油气润滑。

(2)高速磨床除具有普通磨床的功能外，还需满足以下特殊要求：高动态精度、高阻尼、高抗振性和热稳定性;高度自动化和可靠的磨削过程。

(3)砂轮速度提高以后，其动能也随之增加，如果发生砂轮破裂，显然会给人身和设备造成比普通磨削时更大的伤害，为此除要提高砂轮本身的强度以外，设计专门用于高速磨削的砂轮防护罩是保证安全的重要措施。

11、高速磨削中砂轮精密修整技术有哪些?

答：目前应用较为成熟的砂轮修整技术有：

(1)ELID在线电解修整技术;

(2)电火花砂轮修整技术;

(3)杯形砂轮修整技术;

(4)电解—机械复合整形技术

12、什么是精密磨削?试简述普通砂轮精密磨削中砂轮的选择原则。

答：精密磨削是指在精密磨床上，选择细粒度砂轮，并通过对砂轮的精细修整，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迹极其微细、残留高度极小，再加上无火花磨削阶段的作用，获得加工精度为1～0.1mm和表面粗糙度Ra为0.2～0.025mm的表面磨削方法。

普通砂轮精密磨削中砂轮的选择原则：

(1)砂轮磨料精密磨削时所用砂轮的磨料以易于产生和保持微刃及其等高性为原则。

(2)砂轮粒度?单从几何因素考虑，砂轮粒度越细，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，不仅砂轮易被磨屑堵塞，若导热情况不好，反而会在加工表面产生烧伤等现象，使表面粗糙度值增大，因此，砂轮粒度常取46#～60#。

(3)砂轮结合剂?砂轮结合剂有树脂类、金属类、陶瓷类等，以树脂类应用为广。对粗粒度砂轮，可用陶瓷结合剂。金属类、陶瓷类结合剂是目前精密磨削领域中研究的重要方面。

13、超硬磨料砂轮精密磨削的特点是什么?其磨削用量如何选择?

答：超硬磨料砂轮磨削的主要特点为：

(1)可用来加工各种高硬度、高脆性金属和非金属材料。

(2)磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，可较长时间保持磨削性能，修整次数少，易于保持粒度;易于控制加工尺寸及实现加工自动化。

(3)磨削力小，磨削温度低，从而可减少内应力，无烧伤、裂纹等缺陷，加工表面质量好。金刚石砂轮磨削硬质合金时，其磨削力只有绿色碳化硅的1/4～1/5。

(4)磨削效率高。在加工硬质合金及非金属硬脆材料时，金刚石砂轮的金属去除率优于立方氮化硼砂轮;但在加工耐热钢、钛合金、模具钢等材料时，立方氮化硼砂轮远高于金刚石砂轮

(5)加工成本低。金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮比较昂贵，但其寿命长，加工效率高，所以综合成本低。

超硬磨料砂轮磨削用量选择：

(1)磨削速度非金属结合剂金刚石砂轮的磨削速度一般为12～30m/s。立方氮化硼砂轮的磨削速度可比金刚石砂轮高得多，可选45～60m/s，主要由于立方氮化硼磨料的热稳定性较好。

(2)磨削深度一般为0.001～0.01mm，可根据磨削方式、磨粒粒度、结合剂和冷却状况等具体情况选择。

(3)工件速度一般为10～20m/min。

(4)纵向进给速度?一般为0.45～1.5m/min。

14、什么是超精密磨削?试简述其机理、特点及应用。

答：超精密磨削是指加工精度达到0.1mm以下、表面粗糙度低于Ra0.025mm的砂轮磨削方法，是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展，适宜于对钢、铁材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。

超精密磨削机理：

(1)磨粒可以看作具有弹性支承的和大负前角切削刃的弹性体，弹性支承为结合剂，磨粒虽有相当硬度，本身受力变形极小，实际上仍属于弹性体。

(2)磨粒切削刃的切入深度由零开始逐渐增加，到达最大值后又逐渐减小到零。

(3)整个磨粒与工件的接触过程依次为弹性区、塑性区、切削区、塑性区和弹性区。

(4)超精密磨削中，微切削作用、塑性流动、弹性破坏作用和滑擦作用依切削条件的变化而顺序出现。当刀刃锋利，且有一定磨削深度时，微切削作用较强;如果刀刃不够锋利，或磨削深度太浅，则会产生塑性流动、弹性破坏和滑擦。

超精密磨削的特点：

(1)超精密磨削是一个系统工程。

(2)超硬磨料砂轮是超精密磨削的主要工具。

(3)超精密磨削是一种超微量切除加工。

超精密磨削的应用：

(1)磨削钢铁及其合金等金属材料特别是经过淬火等处理的淬硬钢。

(2)可用于磨削非金属的硬脆材料?例如陶瓷、玻璃、石英、半导体材料、石材等。

(3)目前主要有外圆磨床、平面磨床、内圆磨床、坐标磨床等超精密磨床，用于超精磨削外圆、平面、孔和孔系。

(4)超精密磨削和超精密游离磨料加工是相辅相成的。

15、试简述ELID镜面磨削的原理及特点。

答：ELID镜面磨削的原理：在磨削过程中在砂轮和工具电极之间浇注电解磨削液并加以直流脉冲电流，使作为阳极的砂轮金属结合剂产生阳极溶解效应而被逐渐去除，使不受电解影响的磨粒突出砂轮表面，随着电解过程的进行，逐渐在砂轮表面形成一层具有绝缘性质的氧化膜，阻止电解过程的继续进行，当砂轮的磨粒磨损后，钝化膜被工件刮擦去除，电解过程继续进行，周而复始，利用在线电解作用连续修整砂轮来获得恒定的磨粒突出高度。

ELID磨削的特点：

(1)磨削过程具有良好的稳定性;

(2)该修整法使金刚石砂轮不会过快的磨耗，提高了贵重磨料的利用率;

(3)ELID修整法使磨削过程具有良好的可控性;

(4)采用ELID磨削法，容易实现镜面磨削，并可大幅度减少超硬材料被磨零件的残留裂纹。

16、什么是缓进给磨削?试用沸腾换热理论解释正常缓磨温度很低却又易突然烧伤的现象。

答：缓进给磨削(Creep Feed Grinding)以往国内有很多种叫法，譬如强力磨削、重负荷磨削、蠕动磨削、铣磨等等，目前确切的名称应该是缓进给深切磨削，通常简称缓磨。该项工艺的显著特点是进给速度低，约是普通磨削的10-3～10-2倍，譬如在平面磨削时工件速度可以低到0.2mm/s，所以成为“缓”磨。但另一方面，其一次切深大，约是普通磨削的100～1000倍，譬如平磨时极限切深可以达到20～30mm。

根据热工领域有关沸腾换热的理论，对正常缓磨温度很低却又常易突发烧伤的科学解释。缓磨时弧区工件表面与浸没于池内的被加热镍丝表面的受热情况在本质上是一致的，弧区磨削液也同样存在一可发生成膜沸腾的临界热流密度qlim，所谓正常缓磨即指磨削热流密度q < qlim的情况。按照前面的分析，这是由于磨削液处于泡核沸腾状态，它可以通过吸收汽化潜热将绝大部分磨削热带出弧区，因而工件表面温度可以被有效控制在磨削液的临界成膜温度qlim约120~130℃以下。也就是说，缓磨时无论切深多大，无论是1mm、10mm还是20mm、30mm，只要满足正常缓磨条件弧区工件表面温度都不会超过120～130℃，这也正是缓磨工艺不同于普通磨削的优势所在。但是缓磨的这一突出的工艺优势实际上也很容易因热流密度的失控而丧失殆尽。磨削热流密度q除与材料性质、切除用量等诸多因素有关外，很大程度上还取决于砂轮表面的锋利程度，因此在原来是正常的缓磨过程中，热流密度也很容易随砂轮钝化增加而突破临界值，事实上正常与否有时也可能仅是一线之隔，只要一旦满足了条件q ≥ qlim，弧区工件表面就会因磨削液进入成膜沸腾状态而导致突发烧伤。

17、缓进给磨削中如何进行连续修整?连续修整的优点有哪些?

答：所谓连续修整系指边磨削边将砂轮再成形和修锐的方法。采用连续修整方法时，金刚石修整滚轮始终与砂轮接触。为了实现磨削过程中的连续修整砂轮与连续补偿的动态过程，必须采用专门的连续修整磨床。连续修整的动态过程如图2所示，初始的砂轮直径为ds1，工件直径为dw1，金刚石修整滚轮直径为dr，磨削时，若工件半径以vfr的速度变小，由于连续修整的缘故，砂轮就应以v2 = vfr + vfrd的速度切入磨削工件，修整滚轮则应以v1 = 2vfrd+ vfr的速度切入修整砂轮，这样就使修整滚轮与砂轮的位置发生了变化。因此，连续修整砂轮的磨床必须可以对这些几何参数进行相关调整。

连续修整的优点很多，例如：

1)减去了刚好等于修整时间的磨削时间，提高了磨削效率;

2)最长磨削长度不再取决于砂轮的磨损，而取决于磨床可利用的磨削长度;

3)比磨削能降低，磨削力及磨削热均降低，而且在磨削过程是稳定的。

18、什么是砂带磨削?试简述砂带的构成及特点。

答：砂带磨削是根据工件形状以相应的接触方式使运动着的砂带与工件接触而进行磨削的一种工艺方法。

砂带主要是由基体、结合剂和磨料三部分组成。基体是磨粒的支持体，可以由纸、棉布和化学纤维制成。常用的结合剂有动物胶、合成树脂和两者混合的结合剂。常用的结合剂有动物胶、合成树脂和两者混合的结合剂。动物胶耐热性很低，粘结强度也低，且不耐磨削液的侵蚀，只能用于干磨;合成树脂粘结剂具有粘结强度高，耐磨性高，适合于制造高速重负荷的砂带。制造砂带的磨料有标准电刚玉、白色的和含铬的电刚玉、单晶电刚玉、氧化铝、二氧化锆、绿色的和黑色的碳化硅等。

19、砂带磨削有哪几种分类方法?砂带磨削中易出现哪些问题?

答：砂带磨削按磨削方式，可分为闭式砂带磨削和开式砂带磨削。砂带磨削按砂带与工件接触形式，可分为接触轮式、支承板式、自由接触式和自由浮动接触式。

砂带磨削中易出现的问题：堵塞、粘盖、磨钝。另外，砂带在使用过程中还经常出现频繁断裂，磨痕等现象。

20、什么是超声波振动磨削?试简述超声波振动磨削的机理及特点。

答：超声波磨削是在磨削过程中利用砂轮(或工件)的强迫振动进行磨削的一种工艺方法。

超声波振动磨削的机理：当启动超声波发生器磁化电源时，供给镍磁致伸缩式换能器一定的超声频电流及磁化用直流电流，在换能器线圈内产生交变的超声频磁场和恒定的极化磁场，使换能器产生同频的纵向机械振动能，同时传递给变幅杆，并将振幅放大到预定值，推动谐振刀杆进行振动切削。换能器、变幅杆、刀杆均与发生器输出的超声波频率处于谐振状态，形成一个谐振系统，其固定点都应在位移节点上。

特点：超声波磨削加工中能保持磨粒锋利，防止容屑堵塞，一般比普通磨削降低切削力30%～60%，降低切削温度，提高加工效率1～4倍。此外，超声振动磨削还具有结构紧凑、成本低、易推广应用等优点。

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