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砂轮的特性和选择丨磨削原理是什么?

--磨削原理

供稿:中国工控网 2016/8/10 13:21:03

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  • 关键词: 砂轮 磨削原理
  • 摘要:磨削时砂轮表面上有许多磨粒参与磨削工作,每个磨粒都可以看做是一把微小的刀具。

一、砂轮的特性和选择

1.普通砂轮的特性和选择

普通砂轮是用结合剂把磨粒粘结起来,经压坯、干燥、焙烧及车整制成,它的特性决定于磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等。

1)磨料

磨料是砂轮的主要成分,普通砂轮常用的磨料有氧化物系和碳化物系两类。

2)粒度

粒度表示磨料颗粒的尺寸大小。当磨粒尺寸较大时,用筛选法分级,以其能通过的筛网上每英寸长度上的孔数来表示粒度号,如F60表示磨粒刚能通过每英寸60个孔眼的筛网;粒度号越大,磨粒越细。直径小于63?m的磨粒称为微粉,用光电沉降仪法分级;微粉的粒度号为F230~F1200F后的数字越大,微粉越细。

粗磨加工选用颗粒较粗的砂轮,以提高生产效率;精磨加工选用颗粒较细的砂轮,以减小加工表面粗糙度。砂轮与工件接触面积较大时,选用颗粒较粗的砂轮,防止烧伤工件。

3)结合剂

结合剂的作用是将磨粒粘结在一起,形成具有一定形状和强度的砂轮。常用的结合剂种类有陶瓷结合剂、树脂结合剂和橡胶结合剂。

4)硬度

砂轮的硬度是指磨粒在磨削力作用下,从砂轮表面上脱落的难易程度,砂轮硬度越高,磨粒越不容易脱落。砂轮的硬度分七个等级。

磨削时,如砂轮硬度过高,则磨钝了的磨粒不能及时脱落,会使磨削温度升高而造成工件烧伤;若砂轮太软,则磨粒脱落过快,不能充分发挥磨粒的磨削效能,也不易保持砂轮的外形。

工件材料硬度较高时应选用较软的砂轮;工件材料硬度较低时,应选用较硬的砂轮;砂轮与工件接触面较大时,应选用较软砂轮;磨薄壁件及导热性差的工件时应选用较软的砂轮;精磨和成形磨时,应选用较硬的砂轮;砂轮粒度号大时,应选用较软的砂轮。

5)组织

砂轮的组织是指磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮体积中所占的比例越大,则组织越紧密。

6)砂轮形状

在砂轮的端面上一般都印有标志,用以标示砂轮的特性。

2. 超硬砂轮的特性和选择

超硬砂轮采用人造金刚石或立方氮化硼为磨料,除使用树脂结合剂和陶瓷结合剂外,还使用青铜和铸铁纤维等金属结合剂。

超硬砂轮用浓度来表示砂轮内含有磨粒的疏密程度;浓度的高低用百分比表示。加工石材、玻璃时选较低浓度的金刚石砂轮,加工超硬合金、金属陶瓷等难加工材料时选高浓度金刚石砂轮。立方氮化硼砂轮只用于加工金属材料,应选用较高浓度的砂轮。成型磨削和镜面磨削选用高浓度砂轮。

二、磨削过程

磨削时砂轮表面上有许多磨粒参与磨削工作,每个磨粒都可以看做是一把微小的刀具。磨粒的形状很不规则,其尖点的顶锥角大多为90°~120°。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。由于磨粒以较大的负前角和钝圆半径对工件进行切削(如图2-44所示),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。

1)滑擦阶段 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, 砂轮和工件接触面上只有弹性变形和由摩擦产生的热量。

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,磨粒逐渐切入工件表层材料中。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。此阶段磨粒对工件的挤压摩擦剧烈,产生的热量大大增加。

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形成切屑。

磨削过程中产生的沟痕两侧隆起现象对磨削表面粗糙度影响较大。隆起量与磨削速度的关系,随着磨削速度的增加,隆起减小,这是因为在较高磨削速度条件下,工件材料塑性变形的传播速度远小于磨削速度,磨粒侧面的材料来不及变形。由图知,增加磨削速度对减小隆起量是有利的。

三、磨削力

磨削力可以分解为三个分力:主磨削力(切向磨削力),背向力 ,进给力

与切削力相比,磨削力具有以下特征:

1)单位磨削力

2)三向磨削分力中

四、磨削温度

1.磨削温度

由于磨削时单位磨削力 比车削时大得多,切除金属体积相同时,磨削所消耗的能量远远大于车削所消耗的能量。这些能量在磨削中将迅速转变为热能,磨粒磨削点温度高达1000~1400℃,砂轮磨削区温度也有几百度。磨削温度对加工表面质量影响很大,须设法控制。

2.影响磨削温度的因素

1)砂轮速度

提高砂轮速度,单位时间通过工件表面的磨粒数增多,单颗磨粒切削厚度减小,挤压和摩擦作用加剧,单位时间内产生的热量增加,使磨削温度升高。

2)工件速度

增大工件速度,单位时间内进入磨削区的工件材料增加,单颗磨粒的切削厚度加大,磨削力及能耗增加,磨削温度上升;但从热量传递的观点分析,提高工件速度 ,工件表面与砂轮的接触时间缩短,工件上受热影响区的深度较浅,可以有效防止工件表面层产生磨削烧伤和磨削裂纹,在生产实践中常采用提高 的方法来减少工件表面烧伤和裂纹。

3)径向进给量

径向进给量增大,单颗磨粒的切削厚度增大,产生的热量增多,使磨削温度升高。

4)工件材料 磨削韧性大、强度高、导热性差的材料,因为消耗于金属变形和摩擦的能量大,发热多,而散热性能又差,故磨削温度较高;磨削脆性大、强度低、导热性好的材料,磨削温度相对较低。

5)砂轮特性 选用低硬度砂轮磨削时,砂轮自锐性好,磨粒切削刃锋利,磨削力和磨削温度都比较低。选用粗粒度砂轮磨削时,容屑空间大,磨屑不易堵塞砂轮,磨削温度比选用细粒度砂轮磨削时低。

审核编辑(王雪)
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