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1、 模具磨床加工技术 山东龙威模具加工中心 山东聊城 252000 李建生 胡建明 王威1磨床加工 磨床加工作用: 钢材和可磨削材料, 纠正不规则, 提高平衡度和光洁度;效 率: 预留适当加工量, 提高效率, 减低成本;切削量:粗磨0.05mm, 精磨0.01mm0.02mm(合适预磨量).2 砂2.1砂的削原 研磨用的砂是由许多细小的砂紧密排而成，而每一砂就等如一把小刀，在转动时入工件，把工件表面需要削的材除去。 2.2砂的自锐过程 (1)自锐:在研磨或洗石时,砂都会停形成新的削点.这种情况称为自锐。自锐过程分为断和脱种。 (2)断: 当砂受到研磨或洗石时的冲击,砂内部会受到破坏,形成断. (
2、3)脱: 经过断后,砂会续渐变小，到最后会随砂转动而脱. 图1 砂 图2 自锐: 断, 脱 砂轮号数和形状如图3所示, 图 3砂轮号数和形状砂轮尺寸称号: D(外径)XT(厚度)XH(孔径);180 x 13 x 31.75mm;规 格: 9A 46 K 6 V注：规格表示中各组数字字母意思如下：“9A”为磨料，表示砂粒成份适合加工之工件硬度。“46”为砂号，表示砂粒粗度。“K”为硬度。“6”表示结构。“V”表示结构黏合剂。2.5 磨料 (1)常用的磨(Abrasive)如表所示.磨氏硬(Knoops)钻石(Diamond)7000-8000方氮化硼(CBN)4700-4800炭化硅(SiC)
3、2480氧化铝(Al2O3)2070一般而言, 磨的硬需要是工件硬的三倍或以上，才可进加工。(注: HRC 60及HRC 20 的钢材,其氏硬分别为750及250.) (2)磨的性质 a.氧化铝(Al2O3).应用于一钢材, 如黄牌钢、模具钢及铬钢等。特性:脆性较低, 韧性较高.b.碳化硅(SiC)应用于非铁属, 非属及高韧性材.特性: 硬高于氧化铝，脆性较强, 韧性较低, 较为锋.碳化硅色(5C):传热慢的属,非铁属; 碳化硅黑色(6C):非铁属,铸铁,灰铸铁.（3）配合钢材研磨的砂系砂颜色磨编号磨特性适磨硬(HRC)白9A纯氧化铝,高脆性40 或以下红12A含铬氧化铝,中脆性40-50蓝3
4、MSB9A+烧结砂50-55紫3PB12A+烧结砂55 或以上砂编号砂颜色晶大小60#所含晶硬(Knoops)9A白200m220703PB红0.05m64亿2300 （4）PB砂的优点：（1）增加每次洗石可磨工件；（2）减少砂及洗石笔的损耗；（3）减少修砂次及修正份；（4）底加工温,减少工件烧伤；（6）提高工件质,尺寸稳定性及光洁；（7）减少工件内应；（8）比9A锋,削快。（5）砂与钢材研磨的损耗(Grinding Ratio)(Ratio) 磨损耗=工件削体积/砂损耗体积（6）砂与钢材研磨的比钢材（60 HRc）(氧化铝)损耗:钢材被加工(10mm)CBN(氮化錋)损耗:钢材被加工(5mm
5、)M21:4.51:1030M41:2.01:180M50-1:250T151:0.81:120011:501:750A21:201:390D21:3.01:6502.6 砂号砂号砂直径(mm), d最大研磨(mm)= d/10工件最少半径(mm)= d/2光洁(Ra)46#0.5080.05080.2540.8-1.060#0.4060.04060.2030.4-0.680#0.2660.02660.1330.2-0.4100#0.1730.01730.08650.18-0.2120#0.1420.01420.0710.15-0.18150#0.1220.01220.0660.12-0.15
6、220#0.0660.00660.0330.1-0.12320#0.0320.00320.0160.08-0.1800#0.0070.00070.00350.05-0.082.7 硬A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U,V,W,Y,Z软硬砂粘辅较弱砂粘辅较强砂损耗较快砂损耗较慢容由砂脱由砂脱2.8 结构0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12, 13,14砂排较紧密砂排较疏削点较多砂之间的空隙较多研磨较大砂与工件接触较少砂之间的空隙较小研磨液渗入砂容“烧砂避免“烧砂情况.2.9 粘合剂: 粘合剂的主要作用-将砂粘在一起.粘合剂的特性
7、-影响砂自锐,断及脱的过程.V(Vitrified) 陶瓷较硬,脆弱,可作敲击测试.B(Resinoid) 树脂较陶瓷软,有一定弹性.R(Rubber) 橡胶最软,弹性强, 3怎样选择合适的砂 选择砂轮须注意三点：(1)型号:按照机床规格,使用合适的砂形。(2)尺寸:选择砂时,应先按照机床规格去决定砂的直径,厚及内径. (D x T x H).(3)规格:砂的规格会以编号系统表达其特性。一般而言,从编号系统可得知制成砂的磨,砂号,硬,结构及粘合剂。 实1: 材: NAK 80 (HRC 40)；建议：型号: 1#；尺寸: 7 x 1/2 x 1-1/4；规则: 9A 46 K 6 VFM；每次
8、进刀: 0.05mm；磨削层：0.15 / 0.05 = 3次。实2: 材: S136H (HRC 52)；建议:型号: 1#；尺寸: x 1/2 x 1-1/4 ；规则: 3PB 46 1-H12VC2；每次进刀: 0.05mm；磨削层：0.15 / 0.05 = 3次。 实例钢材 4洗石笔应用金刚石洗石笔采用粉未冶金技术，经过高温烧结、热压成型等工序,将天然金刚石粘结镶嵌于硬质合金基体中,具有相当高的硬度和抗弯强度。金刚石洗石笔用于修整砂轮，提高砂轮磨削率，提高砂轮加工零件的精度，使被加工零配件的表面更加光洁，广泛装配于各种数控磨床。洗石目的: 锋利砂轮, 成型, 同蕊. 重新磨锐已钝化的
9、砂及除去藏在砂的削碎,砂上的削点重新回锋。当砂的外形及同心出现规则，洗石可修正砂的型和同心,以减少震动及确保工件的精确.洗刀笔的摆放位置:在洗石的过程中, 洗刀笔的摆放位置尤其重要. 摆放位置正确但能增加修锐及成形的效,也可延长洗石笔和砂的寿命。洗石笔角度应是斜向10-15, 洗石笔要常转动, 务求笔咀成尖型, 能使砂轮锋利. 洗砂轮时, 洗石笔应在砂轮中心偏左约12mm, 作用是洗石时平台约移动而不损害火石笔和产生危险. 每次洗石落刀应0.2mm0.3mm, 来回23 次. 洗石笔移动速度应为300mm/min 石笔不应过长, 而收笔孔要顺配不可过松. 洗石笔应放在平台左面中心. 这是尽可能
10、洗石的火石沙不会打花平台. 洗砂轮示意图洗石笔角度洗石笔座摆放位置如下图所示,A处位置最好，因为在(A) 位置修正砂时,火花及碎石,会直接弹磁盘上,磁盘如果给打花，会影响磁盘的平面和精确。洗石笔接触点亦即是工件接触点. 洗石笔座摆放位置洗石笔的种： 洗石笔的种类 5磨削液磨削时, 除了选择正确砂轮, 磨削条件和修整条件外, 磨削液及其供给方法的选择, 对于磨削效果也有相当大的影响.（1）润滑作用: 减少工作表面与磨粒之间的磨擦, 使磨削力下降, 同时使磨粒的磨损降低,延长砂轮使用寿命, 保证工件表面粗糙度的要求.（2）冷却作用: 带走热量, 防止工件有烧伤, 裂纹, 变形等现象, 使工件尺寸稳
11、定.（3）清洗作用: 清洗砂轮表面, 防止磨屑堵塞砂轮气孔和磨削附在砂轮表面上, 保证工件表面粗糙度要求和延长砂轮使用寿命.6砂轮的使用注意问题 6.1砂轮的安装（1）砂轮在安装前应进行仔细的外观检查. 用胶锤轻力敲砂轮, 观察有无裂纹和损伤, 未经检验或检验后发现有破裂声等, 应严禁使用.（2）紧固砂轮时, 螺钉不能拧得过紧. 在拧紧螺钉时, 要对称进行, 拧紧力要逐次加大.（3）新砂轮第一次安装在磨床上后, 必须在有防护罩的情况下, 空运转5 分钟, 此时操作者应站在砂轮旋转方向的侧边, 以防意外. 6.2砂操作的安全守则 （1）每次操作磨床前,要先检视一下砂有没有纹.（2）在使用陶瓷砂前
12、,除检视砂外,也可作敲击测试.（3）操作前,应注意砂转速应超出砂可抵受转速。（4）必需使用纸片夹稳砂。6.3敲击测试（1）轻敲砂四边.（2）如果砂正常,声音应较清脆.（3）如敲声低沉,代表砂有内情况,请要使用。6.4进刀方向与研磨角度 （1）顺磨。 砂会由外至内研磨工件；而砂所承受研磨阻由大至少；被加工钢由厚至薄；被加工钢产生的应较少；适合研磨较深的情况下使用。（2）逆磨。砂会由内至外研磨工件；而砂所承受研磨阻由少至大；被加工钢由薄至厚；被加工钢产生的应较大；减少工件烧伤；适合研磨较少的情况下使用。 敲击测试 顺磨 逆磨（3）研磨角工件 工件 每一刀的削都是一致削由少至多,再由多至少.开始接触
13、工件时，主轴负荷已经很大，所以产生的震动较多。开始及结束接触工件时，主轴负荷较小，所以产生的震动较少。7 影响磨床加工质量的要素7.1工件材料 工件材料的硬度等级和应力裂纹主要影响了磨粒的选择，尺寸和砂轮的等级。硬质材料会抵抗磨粒的渗入而使砂轮很快变钝。因此，更加坚硬的工件材料，更多的操作者会选择更软等级的易碎磨粒砂轮。软等级砂轮的磨料磨粒边钝后会掉下来，暴露出新的磨削颗粒。下面是几种给定材料的磨料选择：(1)氧化铝或CBN磨料砂轮用于高抗拉强度材料，例如碳钢，合金钢和高速钢。(2)碳化硅或金刚石磨料砂轮用于低抗拉强度的材料，例如铸铁，软青铜和铝，以及硬质合金。(3)金刚石砂轮用于非金属材料，
14、例如高密度陶瓷，碳化硼，碳化钙和硼硅酸玻璃。按照断裂特性可以分为三种碳化铝磨料：(1)深色、耐用氧化铝(57A)和单晶体氧化铝(32A)用于钢制零件的一般内部磨削。(2)白色、易碎氧化铝(38A)非常适合特硬钢的干磨削或轻磨削，因为它的冷却和自修整作用。(当磨削压力增大后易碎磨料会断裂，暴露出锋利的切边)(3)粉色氧化铝(25A)磨削特性与38A很相似并且显示出很好的外形保持特性。另外，53A是黑色氧化铝和白色氧化铝的混合，其特性界于57A 和38A之间7.2操作因素 (1)对硬度为Rc50或更软的材料来说，横进给率起点为：粗切率使用0.00015英寸到0.00010英寸的每工件砂轮旋转的去除
15、率。光洁切除率采用0.00005英寸到0.00003英寸。(2)对硬度为Rc51或更高的材料来说，横进给率起点为：粗切率使用0.00010英寸到0.00005英寸的每工件砂轮旋转的去除率。光洁切除率采用0.00005英寸到0.00003英寸。7.3 磨削量，磨削精度和表面光洁度 按常规，粗糙的磨粒用于高磨削率，因为这样的砂轮通常允许大的磨削量。但是，如果工件材料是硬制钢或一些其它很难渗入的合金，则应该使用略微精细的磨料，由于与工件有更多的磨削点，砂轮会更加快速的进行磨削。 为保持尺寸精度，非磨削砂轮是很重要的。非磨削砂轮有相当小的压力，并且在精密加工时是非常重要的影响因素。在光洁度操作，通常是
16、更好的光洁度需要更加精细的磨料尺寸和冷却磨削砂轮。冷却磨削可以使磨削热产生的变形减小到最少，并且可以快速和一致的生产精密零件。7.4接触面积 与工件的接触面大必须使用相对软等级的砂轮，并具有开式结构以提供充足的磨屑清理空间。 关于砂轮的尺寸，过大的砂轮会有低压力和变钝的问题。过大尺寸的砂轮还会阻止冷却液，导致磨削区域非常低的磨屑去除。相反，一个砂轮如果太小就不能有效率的工作，因为没有足够大的磨削面积，并且由于工作在过大压力下会过度磨损。通常，当砂轮的尺寸磨损至原有尺寸的70%时就需要更换他们了。 7.5工件和砂轮的转速以及操作因素 工件相对砂轮旋转越快，更大的力会加在砂轮上，两者软的一者会起作
17、用。相反，当砂轮尺寸增加时，施加在砂轮的力会减小，相对硬的砂轮的起作用。 7.6磨削系统刚性成功的磨削系统需要刚性，选择合适的砂轮轴或主轴是非常必要的。要确定正确的砂轮轴，加工车间必须考虑砂轮磨损。在允许砂轮磨削工件和被修整的前提下选择最短的。关于砂轮轴的长度与砂轮轴直径的比率，使用尽可能最短的砂轮轴长度和最大的砂轮轴直径。(1)比率小于3:1会产生可靠的性能和最短的加工时间。(2)比率界于3:1到6:1通常作为边界选择。(3)比率大于6:1会导致诸如饶度、锥度、震颤和长的加工时间。8研磨颤纹与短波纹解决方法 研磨的不理想结果有两种：一为工作物的面粗度，另一为尺寸，这些缺点的原因可能只是不适当
18、的操作，或机械的 单纯影响，或复发性的作用；因而，可能有数种原因联合造成一个缺点，所以有时需要一种程序消除可能的原因。但是，有时工作物面粗度的缺点若靠测量，则嫌太慢，甚至鉴定不当；颤纹即其一例；所以本节要先叙述各缺点的特色， 然后列出可能的原因与对策：在此先讨论面粗度的缺点，然后谈到尺寸的问题。8.1颤纹工作物上的所有平行线未必就是颤纹，颤纹及是工作物相对于砂轮由振动而发生的结果，所以颤纹的特色是以锐线终 止，发生锐线的原因是工作物相对于砂轮而振动，工作物与砂轮在研磨中失去接触或成间歇性接触。原因如下 :(1) 研磨进刀量太大颤纹的发生原因之一是进刀量太大：特别是工作物细长时，此可能性容易查出
19、，也容易解决;可试较小的进刀量，并要检讨是否用稳定扶架，若已用，则确认是否调整适当。(2)砂轮太硬此时有很多可行的对策，最明显的是改用较软的砂轮，但因故不便立即更换砂轮时，可用以下对策 ：a.增加工作物速度，维持同样的进给率。b.利用较粗的削整。c.可能时，减低砂轮速度。d.增加研磨液混合物，促进润滑性。 (3)未以稳定扶架支持细长工作物 细长的工作物，有很多直进研磨作业时，为了保证品质，务必使用稳定扶架。工作物可能相对于砂轮而振动时，要用一个或更多的扶架，当然，细长的工作物的振动倾向大于粗短的工作物。(4)传给磨床的振动检查是否有外来的振动传到磨床时，最简速的方法是停止运转，在砂轮心轴外壳放
20、一杯水，磨床附近的装置继续运转，则由水面可知是否有振动传到磨床;在旋径大的磨床中，工作物和砂轮高悬于支持面上时，若无特殊地基，很容易受外来的振动影响。(5)磨床本身的振动标出磨床本身的可疑振动域，每次只运转其中一机构;运转砂轮心轴单元、主轴台、泵、工作台(横行研磨时)，这样即可找出毛病所在，然后检查转动零件的状况及作业不当的机构。8.2短波纹原因如下：(1)来自皮带的振动。皮带厚度不均均时，可能引起短波纹，假使皮带均匀，则只需调整(太松或太紧)，若用V形皮带，可检查配合状态，有时用较小断面的V形皮带即可解决，也要确认槽轮的排列，槽轮的形状要适合所用的皮带。(2)来自其它机械的振动。停止磨床，在
21、某一部份置一指示器，或在砂轮心轴外壳置一杯水，确认是否有来自其它机械的振动;若用细粒度、软结合度的砂轮进行辊筒研磨时，可将砂轮速度降成百分之六十到七十。(3)油压系统的振动。油压系统中泵或放阀的错误作用，也会发生振动而造成短波纹;将放阀调整成很低压时，表示该单元已故障，假使各单元的错误作用已很明显，应可对症下药；也不妨检查联结器的排列或冷却泵的作用。(4)来自马达的振动。检查所有马达的振动，假使发现某一马达振动，先确认是否锁定于底座;切记滑轮也要平衡；也要校正马达轴的偏转。(5)来自链条和链辅的振动。工作物驱动机构利用链条或链轮时，由于链轮为多形，所以驱动件愈大愈好;驱动件的齿数愈多，链条适应
22、其度的准确要求性愈不严格，所以这些条件不适合时，可能发生短波纹；维持链条的适正张力，将有助于工作物的均匀旋转，不过，振动若源自严重摩耗的链条或链轮，则应换新。(6)主轴台的密封太紧。假使主轴台用毡或其它密封材：特别是心轴，确认密封不过紧；皮带松弛时，用手可轻易转动面板(face plate)，假使密封材太紧，则有制动作用；板皮带会紧张，使面板呈现跳跃性运动，但皮带松弛时，将会减速或停止；每转1次时，此作用反复数次，造成不规则或间歇性转动，在工作物上呈现短波纹。(7)不完全的齿轮作用。不完全的齿轮作用会使工作物的转动持续变动而在工作物上留下痕迹；更显着时，此作用会使砂轮滞留接触工作物某点的时间长
23、于次一点，造成短波纹；此情形若因新齿轮而发生，有时混有软磨料的油进行抹磨，可改善良多，但务必小心，免得齿形失真；若齿轮已摩耗，则需换新。9 密研磨加工的问题分析（1）加工-密研磨加工表面出現震紋的問題分析如下图所示， 加工-密研磨加工表面出現震紋的問題分析（2）加工-密研磨加工表面燒傷及紋的問題分析如下图所示： 加工-密研磨加工表面出現震紋的問題分析（3）工件表面光潔足。 砂方面: 重平衡（需調較砂平器）；砂號太粗（需使用較幼的砂）；密太低（需使用較高密的砂）；硬太低（需使用較高硬的砂）。冼石正確（需換鋒的洗石筆減慢洗石筆洗石速）。安裝穩（需檢查及重新安裝）。卻液清潔（需檢查卻液過瀘情況）。機
24、床方面: 主軸軸承損耗（檢查及維修主軸）。 （4）砂容阻或變得平 砂方面: 砂號太幼（使用較粗的砂）。密太高（使用較低密的砂）。硬太高（使用較低硬的砂）。 工序方面: 工作臺移動太慢進給太少（加快工作臺移動速增加進刀）。冼石正確（換鋒的洗石筆加快洗石筆洗石速）。 卻液方面: 清潔（檢查卻液過瀘情況）。使用型號適當（換卻液）。足（加大到適合位置）。参考文献： 1 李伯民，赵波 主编，现代磨削技术M 北京：机械工业出版社 2004年 2 唐益萍，顾霞琴 编著， 图解磨工入门M 中国电力出版社 2008年邮箱：jiangsheng1979 李建生 地址：山东省聊城市东昌府区振兴东路亚大怡景花园26#楼362号
