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1、无心磨床的磨削磨削加工一种历史悠久、应用广泛金属切削方法。国内，目前主要应用传统刀具难 以切削硬质材料以及精度、表面质量要求高零件加工。随着大量新材料出现应用以 及科学技术发展所带来对零件精度、质量新要求，磨削加工应用增长幅度远超过其 他传统加工方法。国外，磨削加工已广泛地应用毛坯直接加工，很多方面取代了传 统切削方法，磨床数量也达到机床总数 60左右。磨削加工，不仅磨粒尺寸、形状 分布对加工起着重要作用，往往加工韧性金属时，出现砂轮急剧堵塞钝化，导致砂 轮 寿命过早结束，要避免砂轮堵塞钝化由此产生不利影响，研究砂轮堵塞机理、过 程十分有必要。一、磨屑形成磨削过程一个复杂多因素、多变量共同作用
2、过程，其目通过切除 一定量工件材料获得较高表面质量精度。砂轮一个由磨料、结合剂经压坯、干燥、 烧结而成疏松体，其单个磨粒就一把微小切削刃，有很大负前角刃口钝圆半径。高 速运动磨粒经过滑擦、耕犁后切入工件。切削层材料有明显沿剪切面滑移后形成短 而薄切屑，这些磨屑磨削区内被加热到很高温度 （如碳钢材料可达到1200K以上）, 然后被氧化熔化，随后固化成微粒球体，球体面上还有某些叉枝，这种球状磨屑一 种主要磨屑形式。磨削不锈钢 Cr20Ni24Si4Ti 时，通过扫描电子显微镜，发现大量 球状磨屑，当然还伴随着带状、节状磨屑以及灰烬，这些磨屑有不少部分将会填充 到砂轮气孔，依附磨料四周 ，引起砂轮堵
3、塞，导致磨削精度下降，烧伤工件，缩短 砂轮寿命。二、砂轮堵塞类型机理砂轮堵塞类型有嵌入型、依附型、粘着型、混合型。嵌 入型堵塞磨屑嵌砂轮工作表面气孔处堵塞状态。依附型堵塞磨粒靠暂时力量依附磨 粒切削刃后刀面上一种堵塞状况。粘着型堵塞指磨削熔化后粘附磨粒凸出切削刃四周或粘结剂上。混合型堵塞以上三种类型某一微小部位集合或层集。嵌入型依附型 堵塞机理嵌入型依附型堵塞属于磨屑机械性地填充砂轮空隙产生堵塞现象。填充动 力来自两个方面，一个外来，一个内，涉及到物理、电、热等方面因素。外来因素： 磨削加工有一个很重要特点，径向磨削分力 Fy大于切向分力Fz, Fy/Fz 210,工 件材料愈硬，塑性愈小，
4、Fy/Fz 比值愈大，这样磨削区磨屑强大正压力作用下，被机 械地挤进砂轮表面空隙里。从微观上分析,磨屑沿磨粒前面滑出,磨粒前面局部区 域堆积着数层磨屑,磨粒后面,由于砂轮高速旋转作用,形成一个气流旋涡区,旋 涡区空气压力显著减小,负压作用下,使部分磨屑依附磨粒后面,形成磨粒后刀面 依附性堵塞,依附物多数灰烬微粒。静电场作用：砂轮与工件相对速度V 砂远大于 V工，普通磨床V秒=350m/s,我国高速磨床磨削速度成熟数值为 5080/s，国外 试验速度达200m/s250m/s,工件 速度1.5m/s以下。砂轮与工作相对运动时，磨 削区内,砂轮与工件表面将会因电子逸出原因出现按一定规律排布电荷。同
5、时,磨 削区内气体也会因高温作用导致被激放电,使性气体电离成正离子电子。磨削区某 些小区域内形成了由砂轮工件组成小电场,电场内,有性原子、正离子、电子、杂 质、粉尘,不仅有性原子被电离过程,还有正离子与电子复合过程。电场作用下, 部分磨屑将呈现极性,根据异性相吸原理,与砂轮极性相反磨屑就被吸附砂轮工作 表面。由于电场强度很小,所以吸附力也很弱,磨屑砂轮表面不牢靠,但借助于砂 轮与工件之间较大机械压力,使已吸附砂轮表面磨屑能稳定地嵌入砂轮表面空隙之 间。粘着型堵塞机理磨削过程绝大部分输入功率转化为磨削热,使磨削点温度高达 1200K以上，如此高温作用下，磨削首先遇空气迅速氧化，形成低熔点金属氧化
6、物， 接着这些金属氧化物磨削区高温加热呈融化状态,覆盖砂轮表面,当砂轮上这部分 表面再次参与磨削时,磨削力作用下,有被挤开,有强化,增加了与砂轮亲力附着 力,还有被挤压粘附工件表面隆起沟槽表面。通过多次随机磨削,磨粒四周将粘附 许多磨屑,使磨削力增大,温度升高,由此形成恶性循环,加剧堵塞,直至磨粒破 碎或脱落，这熔化性粘结。不同元素之间化学亲力粘结性堵塞又一重要原因。磨粒 被磨削材料高温下接触，温度因素使它们活动能力增强，亲力加剧，当具备一定条 件时，就导致化学反映，使磨粒磨屑砂轮表面生成一种丧失切削能力晶体。如刚玉 类砂轮磨削钛合金时，磨屑很快地粘附磨粒上，并有向四周蔓延长大趋势，清除磨 屑
7、后，仍有一些残留物粘附磨粒周围，他们氧、钛、铝复杂化合物，这个过程说明发生了化学反应，方程式为3Ti+2AI2O3=3TiO2+4AI，生成物以TiO2为主，一些游离铝分子，如改用碳化硅砂轮，堵塞会减轻，被磨削工件表面质量也有所提高，这因 为钛碳化硅亲力小，磨粒表面不仅零散分布着一些粘附物，这些粘附物再次进入磨 削区时，大部分摩擦、挤压作用下脱落。三、砂轮自身对堵塞影响磨料不同磨料与工件材料化学亲力不同，磨削温度不 同，磨削力不同，为了减少堵塞程度，不同工件材料，应选用不同磨料种类。用刚 玉类磨料磨削铁碳合金，碳空气与氧气生成一层很薄氧化膜，能有效地阻止工件与 磨料之间化学亲作用，但磨削钛合金
8、，堵塞则严重多了。磨料热稳定性对堵塞也有 举足轻重影响，热稳定性好磨料比热稳定性差堵塞轻多。如用立方氮化硼磨料磨削 钛合金时，磨削效率比用白玉刚磨料砂轮提高几十倍。磨料粒度组织相同前提下， 磨料愈细，砂轮单位周长内磨粒粒度数愈多，愈均匀，气孔数目也愈多，但单个气 孔体积就愈小，相同磨削参数下，细砂轮容易堵塞。半精磨精磨时，切入次数多， 切入量小，温度低，堵塞轻，常选择细砂轮。粗磨时，切入量大，磨削温度高，堵 塞孔隙磨屑、熔结物多，应选择粗砂轮。粘结剂与硬度砂轮硬度指磨粒脱落难易程 度，由粘结剂强度予以保证，它们对砂轮堵塞影响较大。 粘结剂强度愈高，砂轮硬 度愈大，磨粒磨钝量就愈多，磨粒脱落前对
9、工件划擦、挤压愈加严重，磨屑更容易 机械地填充到砂轮孔隙去，砂轮空隙磨屑加剧了砂轮对工件材料摩擦、挤压，同时 磨屑这个过程得以强化，这个过程还伴随产生更多摩擦热，摩擦热为粘结性堵塞提供熔结物。因此砂轮硬度越高，堵塞越严重。所以磨削难加工工件材料时，应选择 软一点砂轮。砂轮组织砂轮组织反映了磨料、粘结剂、气孔之间比例关系，组织愈 密，气孔比例就愈小，切削刃间隔距离也愈小，砂轮更容易堵塞。含有53%磨粒砂轮比含 49.2%磨粒平均堵塞量要高两倍，含 45%磨粒砂轮比含 49.2%磨粒平均堵塞量要 少一半。磨削难加工材料时应选 择组织号为 7-8 级砂轮。四、磨削条件影响砂轮线 速度砂轮线速度影响比
10、较复杂，当砂轮从 28.8m/s 提高到 33.6m/s 时速度只提高了 16%，而堵塞 量增加了三倍。因为砂轮线速度增加使磨粒最大切深减小，切屑截面 积减小，同 时切削次数磨削热增加，使得堵塞量增加。但当砂轮线速度高到一定程 度时(如达到 50 m/s 以上) ，砂轮堵塞量反而大大下降。因此磨削加工时选择砂轮速 度最好避开 20m/s 至 50m/s 这个速度。工件速度实验表明，工作速度提高一倍，砂 轮堵塞量增加三倍。因为工件速度愈高，磨粒负荷愈大， 磨粒切入深度就愈浅，切 屑截面积变小，当磨削厚度增大，磨粒钝化加重，加大砂轮对工件 磨削层挤压，相 当于砂轮特性变硬，因而会加剧砂轮堵塞。磨削
11、方式磨削方式上，凡增大砂轮与工件接触面积磨削均会加剧砂轮堵塞。这 因为砂轮与工件接触面积大，磨粒切削刃会同一磨痕上多次划擦，使工件上磨削层 强化加剧，冷却液 又难以进入磨削区，磨削热量多、温度高，为堵塞创造条件，易 产生化学粘着性堵塞嵌入性堵塞。如端磨比周磨易堵塞，横向切入磨削比纵向磨削 堵塞严重。 径向切入量径向切入量对砂轮堵塞影响呈驼峰趋势。当径向切入量较小 时，(ap vO.OImm)产生堵塞现 象，随着切入量增加，平均堵塞量也增加，当切入量 大到一定程度(ap=0.03mm)时，堵塞 量又呈减小趋势，之后随着切入量继续增加 (达 ap=0.04mm) 时，堵塞量又急剧上升。 磨削液不同磨削液对磨削效果影响很大，目 前通用乳化液含有大量矿物油油性添加剂，稀释后呈水包油乳白色液体，它比热容 导热系数小，剧烈摩擦过程很容易造成砂轮与工件间粘附磨损扩散磨损，使砂轮堵塞，磨削力增大，最后引起磨料过早破碎脱落，使磨削比降低。因此，选用优良磨 削液对改善磨削性能有重要作用。总之，砂轮粒度、硬度、组织、砂轮速度、工件速度、磨削方式、切削深度及 磨削液等磨削过程诸现象及磨削结果重要参数。因此，对影响砂轮堵塞等各种因素 进行分析研究，对磨削用量等参数进行单因素、多因素实验，建立优化合理磨削参 数并总结出规律，指导生产一种有效方法，也磨削加工技术应该重点研究内容之一。