內圓磨削加工www.tool-tool.com

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本文摘自：美國 American Machinist 雜志 作者：Charles Bates

內圓磨削与外圓和表面磨削是完全不同的。由于孔內加工的砂輪的外形，加工車間必須特別注意砂輪和工件的接触面積，更要注意砂輪与工件之間的關系——砂輪速度，工件速度，砂輪軸的剛性和其他操作因素。
大多數的車間都以為對一個特定的工件來說，選擇正确的內圓磨削砂輪只与要磨削的材料有關。然而在很多情況下，這是錯誤的，Saint-Gobain Abrasives（www.saint-gobain.com）的一位應用工程師Bill Bednarski說。

試想一家車間使用32A氧化鋁砂輪（一种非常鋒利的單晶体磨粒）來磨削硬質工具鋼，然后用同樣規格的砂輪來進行內部磨削操作。就會看到震顫和磨削過熱的現象。另外為了保証砂輪正常的工作，操作員在加工一個零件時就必須對砂輪做好几次修整。另一方面，如果車間使用25A砂輪（更加易碎的磨粒等級J級，軟兩級）來進行內圓磨削就會消除震顫和磨削過熱，砂輪修整次數也減少到一個零件一次。
但Bednarski說在為內圓磨削選擇磨粒和等級時，除了要磨削材料及其硬度外，還有其他几項因素是車間必須考慮的，磨削去除量，磨削精度和表面光洁度，接触面積，砂輪尺寸，工件速度，砂輪速度和操作因素以及磨削系統的剛性。
工件的材料
工件材料的硬度等級和應力裂紋主要影響了磨粒的選擇，尺寸和砂輪的等級。硬質材料會抵抗磨粒的滲入而使砂輪很快變鈍。因此，更加堅硬的工件材料，更多的操作者會選擇更軟等級的易碎磨粒砂輪。軟等級砂輪的磨料磨粒邊鈍后會掉下來，暴露出新的磨削顆粒。
下面是几种給定材料的磨料選擇
◆ 氧化鋁或CBN磨料砂輪用于高抗拉強度材料，例如碳鋼，合金鋼和高速鋼。
◆ 碳化硅或金剛石磨料砂輪用于低抗拉強度的材料，例如鑄鐵，軟青銅和鋁，以及硬質合金。
◆ 金剛石砂輪用于非金屬材料，例如高密度陶瓷，碳化硼，碳化鈣和硼硅酸玻璃。
按照斷裂特性可以分為三种碳化鋁磨料：
◆ 深色、耐用氧化鋁（57A）和單晶体氧化鋁（32A）用于鋼制零件的一般內部磨削。
◆ 白色、易碎氧化鋁（38A）非常适合特硬鋼的干磨削或輕磨削，因為它的冷卻和自修整作用。（當磨削壓力增大后易碎磨料會斷裂，暴露出鋒利的切邊）
◆ 粉色氧化鋁（25A）磨削特性与38A很相似并且顯示出很好的外形保持特性。
另外，53A是黑色氧化鋁和白色氧化鋁的混合，其特性界于57A 和38A之間。
磨削量，磨削精度和表面光洁度
按常規，粗糙的磨粒用于高磨削率，因為這樣的砂輪通常允許大的磨削量。但是，如果工件材料是硬制鋼或一些其他很難滲入的合金，則應該使用略微精細的磨料，由于与工件有更多的磨削點，砂輪會更加快速的進行磨削。
為保持尺寸精度，非磨削砂輪是很重要的。非磨削砂輪有相當小的壓力，并且在精密加工時是非常重要的影響因素。例如，一個內圓需要0.005英寸到 0.008英寸的圓角半徑，砂輪磨料尺寸應當為100到150。在光洁度操作中，通常是更好的光洁度需要更加精細的磨料尺寸和冷卻磨削砂輪。冷卻磨削可以使磨削熱產生的變形減小到最少，并且可以快速和一致的生產精密零件。
接触面積
与外圓磨削相比，內圓磨削具有更加大的接触面積。尤其在小孔磨削時，因此需要使用比孔略小的砂輪。与工件的接触面大必須使用相對軟等級的砂輪，并具有開式結构以提供充足的磨屑清理空間。
關于砂輪的尺寸，過大的砂輪會有低壓力和變鈍的問題。過大尺寸的砂輪還會阻止冷卻液，導致磨削區域非常低的磨屑去除。相反，一個砂輪如果太小就不能有效率的工作，因為沒有足夠大的磨削面積，并且由于工作在過大壓力下會過度磨損。通常，當砂輪的尺寸磨損至原有尺寸的70%時就需要更換他們了。
工件和砂輪的轉速以及操作因素
工件相對砂輪旋轉越快，更大的力會加在砂輪上，兩者中軟的一者會起作用。相反，當砂輪尺寸增加時，施加在砂輪的力會減小，相對硬的砂輪的起作用。對 Bednarski來說，典型的砂輪速度大約在 8,500 sfpm,但可分布于4,500 到 12,500 sfpm。
砂輪轉速因素
◆ 如果可以的話，保持正确的圓周速度并使用不變的表面速度。
◆ sfpm = 砂輪 rpm ×砂輪×0.2618
◆ 小的砂輪轉速會起到“軟作用”，而快的砂輪速度會起到“硬作用”
工件速度的經驗法則
◆ 工件速度与砂輪速度的比率應當在25:1和65:1之間。
◆ 對于材料硬度為Rc50或者更小：sfpmwheel = sfpmwork ÷ 30。
◆ 對于材料硬度為Rc51或者更大：sfpmwheel = sfpmwork ÷ 55。
操作因素
◆ 對硬度為Rc50或更軟的材料來說，橫進給率起點為：粗切率使用0.00015 英寸到0.00010英寸的每工件砂輪旋轉的去除率。光洁切除率采用0.00005 英寸到0.00003英寸。
◆ 對硬度為Rc51或更高的材料來說，橫進給率起點為：粗切率使用0.00010 英寸到0.00005英寸的每工件砂輪旋轉的去除率。光洁切除率采用0.00005 英寸到0.00003英寸。
◆ 震蕩率通常為75ipm到125ipm。起點，使用0.2×砂輪寬度× rpmwork
磨削系統剛性
成功的磨削系統需要剛性，選擇合适的砂輪軸或主軸是非常必要的。要确定正确的砂輪軸，加工車間必須考慮砂輪磨損。在允許砂輪磨削工件和被修整的前提下選擇最短的。
關于砂輪軸的長度与砂輪軸直徑的比率，使用盡可能最短的砂輪軸長度和最大的砂輪軸直徑。
◆ 比率小于3:1會產生可靠的性能和最短的加工時間。
◆ 比率界于3:1 到 6:1通常作為邊界選擇。
◆ 比率大于6:1會導致諸如饒度、錐度、震顫和長的加工時間。
There are several other factors, besides the material to be ground and its hardness, that shops must consider when choosing the grain and grade for a grinding wheel for "inside" work. These factors include the amount of stock that is to be removed, grinding accuracy and surface finish, area of contact, wheel size, workpiece speed, wheel speed and operating factors and grinding system rigidity.

The workpiece material degree of hardness and its susceptibility to cracking principally influences the choice of an abrasive grain, grain size, and the wheel grade. Hard materials resist the penetration of abrasive grains and cause them to dull quickly. Therefore, the harder the workpiece material, the more operators should use wheels with friable grains in softer grades. These softer grades permit abrasive grains to break away as they dull, exposing new, sharp cutting grains to the workpiece.

As a rule, coarser grain sizes make for higher stock-removal rates because these wheels ordinarily permit heavier cuts. However, if the workpiece material is hardened steel or some other difficult-to-penetrate alloy, then a slightly finer, rather than coarser, grain wheel may cut faster because of the greater number of cutting points it presents to the workpiece.
The contact area is much larger for internal or I.D. grinding compared with cylindrical or surface grinding. It is especially large in some small bore grinding, where it is necessary to use wheels just slightly smaller in diameter than the hole itself. A large area of contact with the workpiece necessitates using relatively soft-grade wheels with open structures to provide sufficient chip clearance.

表格：根据孔的尺寸推荐內圓磨床的砂輪尺寸
孔的直徑 (英寸)砂輪直徑(孔的尺寸的百分比計算% )

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