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磨削加工的基础

目前正在使用的砂轮状态如何?

磨削中的砂轮状态可分为“正常磨损”、“磨粒脱落”、“切屑堵塞”、“磨粒钝化”等四种形态。观察目前正在使用的砂轮状态,将砂轮调整为更为适合的状态是改善磨削工序的第一步。

[1]正常磨损

正常形

进行磨削加工时,磨粒切削刃一旦钝化,会增加磨削阻力,导致磨粒裂开,适度地出现新的切削刃,从而再次恢复到原先的切削锋利度。这种通过切削刃的适度更替保持磨削有效性的状态被称为正常磨损。
在正常磨损状态下磨粒的切削刃之间可以保持适当的间隔,切屑不会焊着。此外,砂轮的磨损远远少于磨粒脱落状态,加工面良好,可实现高加工精度。
磨削阻力比磨粒脱落形态大,但比切屑堵塞及磨粒钝化形态小。

[2]磨粒脱落

磨粒脱落

该现象在设定的磨削条件下,使用的砂轮的硬度变软时发生。固定磨粒的结合桥由于承受不住施加在磨粒上的磨削阻力而折损,磨粒以与原粒相近的大小脱落的状态被称为磨粒脱落。
在这种情况下,磨粒切削刃之间的间隔大,可一直使用锋利的切削刃进行磨削,切削锋利度良好。另一方面,砂轮磨损大幅增加,砂轮表面变粗糙,砂轮形状破坏,从而导致加工精度和加工面粗糙度明显变差。

[3]切屑堵塞

切屑堵塞

砂轮的气孔堵塞,没有可让切屑排出的缝隙的状态被称为切屑堵塞。气孔堵塞有两种情况:一种是对铝、铜、不锈钢等软粘材料进行磨削加工时,切屑卡住并附着在磨粒切削刃顶端;另一种是对铸件或石材等进行干式磨削时,切屑难以排出从而堵塞在气孔中。无论是哪一种情况,磨削阻力都会变大,易于产生振动,且加工面上常常会产生“微小缺损”和“振纹”。

[4]磨粒钝化

磨粒钝化

磨粒的切削刃磨损而变得平滑,切削锋利度低下的状态被称为磨粒钝化。在磨削条件下,在硬度过硬、磨粒硬度过低,或砂轮使用时的线速过快的情况下发生。在磨粒钝化状态下,进行磨削加工的同时磨粒的切削刃钝化,切削锋利度极低。
因此,磨削阻力和磨削热度增大,从而产生振纹和磨削烧伤。

切屑的状态也是重要的信息

磨削加工时产生的切屑能够反映目前正在使用的砂轮状态。磨削加工产生的切屑与使用车刀或铣刀的切削加工相比要细腻的多,根据其形状可分为“流线型”、“剪断型”、“撕裂型”、“构成刃口型”、“熔融型”等五种形态。

[1]流线型切屑

流线型切屑

切屑呈丝带状。在钢铁材料的磨削过程中,砂轮的切削锋利度良好时产生。

[2]剪断型切屑

剪断型切屑

切屑呈粉末状。在铸铁等脆性材料的磨削过程中,砂轮的切削锋利度良好时产生。

[3]撕裂型切屑

撕裂型切屑

切屑呈粉末状。在钢材的磨削过程中,砂轮的切削锋利度不佳时产生。

[4]构成刃口型

砂轮的切削锋利度差,从砂轮表面脱落的焊着堆积的切屑(构成刃口)。

[5]熔融型切屑

砂轮的切削锋利度差,切屑由于磨削热而熔融,形成球状或半球状。在使用已出现切屑堵塞或磨粒钝化的砂轮进行磨削时产生。

着眼于一粒磨料……

多个切削刃连续作业的磨削加工也是一粒磨料的操作的集成产物。
通过观察一粒磨料,可以判断出各种情况。
磨削时的砂轮和工件的关系如下图所示。

着眼于一粒磨料……

D:磨削砂轮的直径(mm)
d:工件的直径(mm)
V:磨削砂轮的线速(m/min)
v:工件的线速(m/min)
f:磨削砂轮的进给速度(mm/min)
t:磨削砂轮的切入口(mm)
g:磨粒的切入口深度(mm)
l:接触弧长(mm)
a:磨粒切削刃的间隔(mm)

[1]磨粒的切入口深度(g)

▼ 磨粒的切入口深度g如下列公式所示。

外圆磨削 円筒研削
内面磨削 内面研削
平面磨削 平面研削

磨粒的切入口深度g变大,磨粒所承受的负荷也随之变大,磨粒就会脱落。另一方面,g变小,磨粒所承受的负荷也会减少,磨粒就会产生损耗。由以上公式可以看出磨削条件和砂轮作用硬度的关系。

磨削条件 砂轮线速(m/min)*
工件线速(m/min)*
*如果v/V保持不变,即使v、V变化作用硬度也不会改变。
磨粒切削刃的间隔(mm)
砂轮直径(mm)
工件直径(mm)**
砂轮切入口(mm)
砂轮切入口深度(g)
砂轮作用硬度 软作用硬作用

**进行内面磨削时大、小相反。

[2] 接触弧长( I )

▼ 接触弧长l如下列公式所示。

接触弧長さ( I )

接触弧长l变大,磨粒切入口深度g就会变小,砂轮作用力增强。相反,接触弧长变小,砂轮作用力减缓。
接触弧长不仅由“磨削砂轮的直径”、“工件的直径”、“砂轮的切入口”决定,还受磨削方式的影响,按照以下的顺序逐渐增大。
“外圆磨削<横轴平面磨削<内面磨削<立轴平面磨削、两头平面磨削”
因此,进行横轴平面磨削时用的砂轮,应当比用于外圆磨削的砂轮更加柔软。而进行立轴平面磨削时,不仅应选择更加柔软的砂轮,还需要减小接触面积。