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1、第七章 砂轮磨损和修整,一、砂轮的磨损形式在磨削过程中，砂轮的磨损形式主要有机械磨损、化学磨损和粘附磨损三种方式。,1、机械磨损,机械磨损是由于磨削过程中的磨具表面的磨粒在参与切削时受到工件对它的反作用力而产生的变化形态，包括磨耗磨损、破碎和脱落三种形式,1）磨耗磨损砂轮表面锋利的切削刃在磨除工件的过程中，逐渐被磨损成小平面，如图61中的CC面所示。这种较慢的连续的磨损称之为磨耗磨损,图61 砂轮的磨损,磨粒磨耗磨损的特征：有明显的磨损平面，使磨粒与工件的接触面积增大，作用在磨损平面上的摩擦力增大，摩擦功也增大，由摩擦功的消耗而产生的热量大大增加，从而使磨削区形成高温。由于磨削力和磨削温度的增
2、加，不仅促使磨耗磨损在砂轮磨损中占主导地位，而且成为影响工件表面质量的主要因素,磨耗磨损的影响因素：（1）工件材料 材料中的硬质点往往是砂轮迅速磨损的原因之一。有些材料本身的硬度虽然不高，但由于材料中含有高硬度的质点，也应采用高硬度的磨粒。（2）磨削过程中产生的高温也会使磨粒有一定程度的硬度下降，磨耗磨损的速度会有加剧的趋势,2）磨粒的破碎,磨粒表面破碎一般说来对磨削过程的不利影响较小，反而能恢复砂轮的切削性能，提高砂轮的耐用度,图61 砂轮的磨损,影响磨粒破碎的主要因素有：,）内聚能密度Ec/VEc为内聚能即点阵能，就是晶体相对于它的离子无限分离的能量。材料的内聚能密度越大，其抗破碎能力越强
3、,）热传导系数在相同的受热条件下，热传导系数决定了磨粒表面到内部的温度梯度的大小。热传导系数愈小，磨粒表面到内部的温度梯度愈大，热应力愈大，磨粒就愈容易产生破碎现象。各种常用磨料的导热性能由良到差的顺序依次为：金刚石、立方氮化硼、碳化硅、刚玉,）热膨胀系数此系数用来衡量物质受热后其线性膨胀量的大小。热膨胀系数越大，则受热后材料的线性膨胀量越大，热应力愈大。物体不均匀受热时，其内部各处的膨胀量不一致，则产生很大的内部应力，导致磨粒破碎,（3）脱落 磨削中 当磨粒所受的力大于砂轮结合剂对它的把持力时，结合剂将发生断裂，使磨粒整体从砂轮中脱落下来。在普通磨削时，极少发生这种情况，只有在强力磨削和荒磨
4、等工序以及使用软砂轮时，才会产生这种现象,2、化学磨损,在磨削区中能否发生化学反应，可由热力学函数确定：G=H-ST 式中G自由能之差；H焓之差；S熵之差；T温度。,当G为负值时，表示有自发的化学反应,SiC(固)+4Fe(液)FeSi(固)+Fe3C(固)G为-12.7kcal/mol，说明有自发的化学反应，因而SiC不适于用来磨削钢材。,SiC对于玻璃具有很高的耐磨性是由于在SiC颗粒表面生成一层SiO2薄膜的缘故，其反应为SiC（固）+2O2（气）SiO2（固）+CO2（气）G为-265kcal/mol，说明反应极容易发生。,刚玉磨削玻璃时其耐磨性很低，多半是在磨削过程中反应生成了非常稳
5、定的耐火材料莫来石的缘故。其反应方程式为：3Al2O3(固)+2SiO2(固)3Al2O32SiO2(莫来石)其G为-55kcal/mol。刚玉在磨削钢材时其可能的化学反应是：Fe(固)+Al2O3(固)FeO(固)+Al(固)其G为+67.2kcal/mol，因此反应可以忽略不计。,作为化学磨损的典型例子是，硬度比SiC高的B4C，不论磨削何种材料均磨损很快，这是因为在高温下会发生下列反应：B4C（固）+4O2（气）2B2O3（固）+CO2（气）,金刚石是一种高硬度磨料，但在高温下会石墨化和氧化,立方氮化硼磨料在高温下与水起化学反应，生成硼酸和氨气,3、粘附磨损在磨削某些金属材料时，金属的切
6、屑会粘附在磨粒的切削刃上，这些粘附物与工件接触时可能脱落或进一步粘附，并引起磨粒的破碎或脱落，使工件表面光洁度变得十分粗糙，以及出现磨削烧伤。这种金属屑片镶在磨粒表面的现象叫作粘附,粘附的形成因素，大致有下列几方面：（1）离子半径和电荷的差别金属的离子半径如果与铝接近，并且对氧有大的电位差，则此金属与氧不但有好的离子尺寸配合，而且有强的静电结合，这是产生粘附的一种可能。（2）晶体的结构和点阵参数粘附的另一种形式是金属通过它的表面氧化膜与刚玉粘附，金属表面的氧化物如果与Al2O3有相同的晶体结构和相近的点阵参数，那么就容易与刚玉结合。（3）与氧的亲和力以及形成氧化物的自由能金属氧化物与刚玉结合的
7、可能性，不仅要考虑它的晶体结构和点阵参数，而且还必须知道金属表面氧化物生成的条件。只有当金属与氧有高的亲和力和大而负的氧化自由能时，才容易在表面形成稳定的氧化物。（4）金属氧化物在刚玉中的固体溶解度,二、砂轮的寿命及其判据,砂轮在两次修整之间的实际磨削时间称为砂轮的寿命,砂轮磨损后所产生的磨削现象主要有：1.磨削过程产生自激振动、工件表面出现再生振纹；2.磨削噪音的增大；3.工件表面出现磨削烧伤；4.磨削力急剧增大或减小；5.磨削精度下降；6.磨削表面粗糙度增大,三、砂轮寿命终结的形式,硬度,粒度号,磨具状态的变化与砂轮的磨料性质、粒度、硬度、组织有关。粒度、硬度与磨削状态的关系见图63。,砂
8、轮正常的工作状态：,四、评价砂轮磨削性能的指标,1、磨削效率,（1）磨除率(Z)磨除率的定义为单位时间内磨除的工件的体积或重量，单位为“mm3/s”或“g/s”。（2）比磨除率（Z）磨削效率，也可用比磨除率即磨具的单位宽度在单位时间所磨去的工件体积来表示，符号为Z，单位为mm3/mms。比磨除率Z表示在磨具耐用度期间内，磨具的平均单位宽度的磨除率,1、磨耗磨损型,2、砂轮堵塞型,3、脱落型,砂轮在磨削一段时间后，由于磨削过程中的磨损、堵塞和脱落，切削性能大大下降和失去正确的几何形状，因而影响加工的精度和表面质量。砂轮处于这种状态为砂轮磨损,式中VWC磨除的工件体积 VSC砂轮的损耗体积,磨耗比
9、,磨削比,4.工件表面层质量工件表面层质量主要是指工件的粗糙度、表面精度及表面层的烧伤和裂纹等,2、砂轮耐用度,所谓砂轮耐用度，是指砂轮修整后从开始磨削到不能继续正常磨削而需要再次修整时为止这一段时间内所磨除的金属量,3.磨削比砂轮在磨削工件的同时，本身也有一定的损耗。磨除的工件体积(或重量)与砂轮的损耗体积(或重量)之比叫磨削比,五、砂轮磨损量的测定,1、台阶简易测量法,首先，在磨削前将砂轮修整成如图68所示的形状，并用小试片复制砂轮的这一形状，然后精确地测量复制台阶上的高差。当砂轮磨削一段时间后，再用另一试片重新复制砂轮磨损后的形状，同样精确地测量复制片的台阶高度差。那么，磨削前后砂轮台阶
10、高差之差即为砂轮半径的磨损量,2、气动式测量法,如果喷嘴与砂轮表面之间的距离为h，那么，阀1的平衡关系为：P2A=W+P1 A式中 P1、P2进入汽缸上、下腔的压力。A阀芯活塞的面积。W阀芯的重量。在磨削过程中，当砂轮磨损后，喷嘴与砂轮的表面距离增大，使阀芯失去平衡而下降。在移动过程中引起阀芯上端差动变压器的电量变化。将这一变化输入、放大并标定便可测出砂轮的磨损值,3、光截法,测量时，光源6中的光线，经过透镜及光栅，以矩形光束照射于砂轮表面上，与圆柱砂轮相截，形成宽0.02mm，长0.3mm的矩形测定带，测定带的长轴与砂轮轴线平行（如图c所示）。但观察用的显微镜2与砂轮圆周相切（如图b所示），
11、这样就能观察和拍摄磨粒切刃的形态。磨粒切刃的轴向位置与长度尺寸可通过显微镜2中的刻度目镜进行测量,4、光自动测量法,从显微镜光源射出的光，照射到具有一定转速的砂轮工作面上，只有被磨损的磨粒表面才产生强的反射光，该反射光通过窄缝传到光电倍增管上，于是，磨粒上被磨平部分的扩大像Cj穿过窗口（a）后，便通过光电倍增管得到对应的光电输出波形。然后将各次检测的矩形波加以比较，就可以获得磨粒磨损、钝化、破碎、脱落以及新磨粒出现等变动情况，从而实现对砂轮工作面或磨粒的跟踪检测。,第二节 修整砂轮的方法,一、普通磨料磨具的修整方法和修整器,1 车削法,车削法所采用的修整工具分为以下几种：,大颗粒天然金刚石,天
12、然金刚石片状修整器,金刚石笔,金刚石笔,层状分布 链状分布 粉末状分布,2 滚压法,(a)切入滚压法(b)纵向滚压法,这种方法修整后，砂轮表面的磨粒比较锋利，但由于磨粒和结合剂的碎屑不容易排除，容易堵塞砂轮表面，影响砂轮的磨削能力,3 磨削法,(a)金刚石滚轮切入法修整(b)磨粒圆盘纵向磨削法修 整,修整后砂轮表面的磨粒比较平钝，适合精密磨削,二、超硬磨料磨具的修整,超硬磨料砂轮的修整，通常分为整形和修锐两个工序。整形是对砂轮进行微量切削，使砂轮达到所要求的几何形状精度，并使磨料尖端细微破碎，形成锋利的磨削刃。修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有一定的容屑空间，并使磨刃突出于结合剂之外，形成切
13、削刃。对于结合剂疏松型超硬磨料砂轮（如陶瓷结合剂金刚石或立方氮化硼砂轮），整形和修锐可在一个工序中同时进行；对于结合剂密实型超硬磨料砂轮（如树脂或金属结合剂金刚石砂轮），整形和修锐则应分别进行,1、超硬磨料砂轮的整形方法,（1）金刚石笔整形法 用于修整树脂结合剂超硬磨料砂轮，修整时砂轮应低速旋转，否则修整效果不好，且金刚石笔很快磨损，用这种方法修整的砂轮表面较光滑，磨削性能差，形状及尺寸精度较低。故该方法只在没有其他修整条件下使用。,（2）滚压整形法 所用的整形砂轮为绿色碳化硅或白刚玉陶瓷结合剂砂轮，其粒度应根据超硬磨料砂轮的粒度选择。若超硬磨料砂轮粒度细，则应选用较细粒度的修整轮。滚压修整法的修整机理与金刚石笔修整工具的修整机理不同。滚压修整法主要靠压力使磨粒破碎与脱落，而金刚石笔修整工具主要靠剪切力。由于滚压整形时需较大的滚压力，因此磨床的刚性要好，否则修整出的砂轮廓形精度较低,（3）磨削整形法 这种修整方法也可用于修锐，是一种常用的修整方法。可用碳化硅、刚玉油石修整超硬磨料砂轮，也可用动力驱动金刚石、碳化硅或刚玉砂轮来修整超硬砂轮,(4)软钢磨削整形法 利用软钢磨削整形，同时也可以修锐。由于整形时磨粒脱落较多，因此不宜用此法来修整型面精度要求较高的砂轮。软钢磨削法有单滚轮法和双滚轮法,2、超硬磨料砂轮的修锐法,
