2-08磨削与砂轮

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1、一、磨削过程磨削加工是靠砂轮表面随机排列的大量磨粒完成。每个磨粒都可以看做是一把微小的切刀。磨料磨粒的形状是很不规则的多面体，不同粒度号磨粒的顶锥角大多为90o～120o。磨粒上刃尖的钝圆半径大约在几微米至几十微米之间，磨粒磨损后值还将增大。第八节磨削与砂轮由于磨粒以较大的负前角(-40o～-60o)和钝圆半径对工件进行切削(见图2—38)，磨粒接触工件的初期不会切下切屑，只有在磨粒的切削厚度增大到某一临界值后才开始切下切屑。磨削过程中磨粒对工件的作用包括滑擦、耕犁和形成切屑三个阶段(见图2—39)。图2一38图2一391．滑擦

2、阶段磨粒刚开始与工件接触时，由于切削厚度非常小，磨粒只是在工件上滑擦，工件仅产生弹性变形。这种滑擦现象会产生很高的温度，是引起被磨表面产生烧伤、裂纹等缺陷的主要原因之一。2．耕犁阶段随着切削厚度逐渐加大，被磨工件表面开始产生塑性变形，磨粒逐渐切人工件表层材料中。表层材料被挤向磨粒的前方和两侧，工件表面出现沟痕，沟痕两侧产生隆起，如图2—39中N一N截形图所示。此阶段磨粒对工件的挤压摩擦剧烈，热应力增加。3．形成切屑当磨粒的切削厚度增加到某一临界值时，磨粒前面的金属产生明显的剪切滑移而形成切屑。可见磨削过程是包括滑擦、耕犁和形成切

3、屑三个阶段的综合复杂过程。磨削过程中产生的隆起残留量增大了磨削表面粗糙度，但实验证明，隆起残留量与磨削速度有着密切关系，随着磨削速度的提高而成正比下降。因此，高速磨削能减小表面粗糙度。二、磨削力与磨削温度1．磨削力同其他切削加工一样，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如图2—40所示。磨削力与切削力相比有以下主要特征：1)单位磨削力大，根据不同磨削情况，单位磨削力在70～200GPa之间，而其他切削时，单位切削力都在

4、7GPa以下。2)三个分力中，磨削最大分力为径向力Fp，一般情况下，Fp／Fc=1.6～3.2，塑性愈小，硬度愈大其比值愈大。大的径向力因影响系统振动而使磨削质量下降。图2一402．磨削温度磨削时，由于磨削速度很高，切削厚度很小，切削刃很钝，所以切除单位体积切所消耗的功率为车、铣等切削方法的10～20倍。磨削所消耗能量的大部分转变为热能，使磨削区形成高温。磨削温度常用磨粒磨削点温度和磨削区温度来表示。磨削点温度是指磨削时磨粒切削刃与工件、磨屑接触点温度。磨削点温度非常高(可达1000～1400oC)，它不但影响表面加工质量，而且

5、对磨粒磨损以及切屑熔着现象也有很大的影响。砂轮磨削区温度就是通常所说的磨削温度，是指砂轮与工件接触面上的平均温度，约在400～1000oC之间，它是产生磨削表面烧伤、残余应力和表面裂纹的原因。三、磨削加工的特点1、磨具的运转速度高。普通磨削可达30-50m/s，高速磨削可达45-60m/s甚至更高，其速度还有日益提高的趋势。2、磨具的非均质结构。磨具是由磨料，结合剂和气孔三要素组成的复合结构，其结构强度大大低于由单一均匀才智组成的一半金属切削刀具。3、磨削的高热现象。磨具的高速运动、磨削加工的多刃性和微量切削，都会产生大量的磨削

6、热，不仅可能烧伤工件表面，而且高温时磨具本身发生物理、化学变化、产生热反应力、降低磨具的强度。4、磨具的自砺现象。在磨削力度作用下，磨钝的磨粒自身脆裂或脱落的现象，称为磨具的自砺性。磨削过程中的磨具自砺作用以及修正磨具的作业，都会产生大量磨削粉尘。四、砂轮的特性与选择砂轮是由磨料加结合剂用制造陶瓷的工艺方法制成的。制造砂轮时，用不同的配方和不同的投料密度来控制砂轮的硬度和组织。砂轮的特性由下列五个因素来决定：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。1．磨料常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三类。氧化物系磨料的主要成分是A12O3

7、，由于它的纯度不同和加入金属元素不同，而分为不同的品种。碳化物系磨料主要以碳化硅、碳化硼等为基体，也是因材料的纯度不同而分为不同品种，高硬磨料系中主要有人造金刚石和立方氮化硼。各种磨料的特性及适用范围见表2—5。其中立方氮化硼是近年发展起来的新型磨料，虽然它的硬度比金刚石略低，但其耐热性(1400oC)比金刚石(800oC)高出许多，而且对铁元素的化学惰性高，所以特别适合于磨削既硬又韧的钢材。在加工高速钢、模具钢、耐热钢时，立方氮化硼的工作能力超过金刚石5—10倍。同时，立方氮化硼的磨粒切削刃锋利，在磨削时可减小加工表面材料的塑

8、性变形。因此，磨出的表面粗糙度比用一般砂轮小。在相同切削条件下，立方氮化硼砂轮加工所得的表面层为残余压应力，而氧化铝砂轮加工的表面层为残余张应力，所以用立方氮化硼砂轮所加工出的零件，其使用寿命要高些。由此可见，立方氮化硼是一种很有前途的磨料。2．粒度粒度表示磨粒