砂輪的磨損與檢測解析PPT課件

1、 磨削加工中，不僅磨粒的尺寸、形狀和分布對加工過程有影響，而且砂輪的氣孔狀況也起著重要的作用，往往在加工韌性金屬時,出現(xiàn)砂輪壽命過早結(jié)束。要避免砂輪的堵塞和由此產(chǎn)生的不利因素，對產(chǎn)生堵塞的機理、過程及采取的工藝措施進行討論是十分必要的。 影響砂輪堵塞的因素影響砂輪堵塞的因素 砂輪的堵塞是磨削加工中的普遍現(xiàn)象，不論加工條件選擇得如何合理，要完全防止堵塞是不可能的，其差別只是程度上的不同。影響堵塞的因素如圖4-1所示。第1頁/共137頁 圖中所列出的諸因素其影響程度是不同的。砂輪種類砂輪種類和加工條加工條件件對砂輪堵塞有較大影響，但最主要的則是被加工材料的物理、力加工材料的物理、力學性能學性能以及

2、有無磨削液有無磨削液。 第2頁/共137頁砂輪堵塞的類型砂輪堵塞的類型 砂輪堵塞的種類很多，不同的工件材料和加工條件所產(chǎn)生的堵塞狀態(tài)各異，分類方法也不同，見圖4-2所示 磨屑嵌塞在砂輪工作面空隙處的堵塞狀態(tài)，稱嵌入型堵塞；磨屑熔結(jié)在磨粒及結(jié)合劑上的堵塞狀態(tài)，稱為粘著型堵塞；砂輪工作面及空隙處，既有嵌入型堵塞又有粘著型堵塞時，這種堵塞狀態(tài)稱為混合型堵塞。 第3頁/共137頁砂輪堵塞的形貌砂輪堵塞的形貌 通常用同一砂輪磨削不同的材料時，砂輪的磨削性能和壽命是不一樣的。其原因是工件材料的力學、物理性能不同，促使磨料切刃鈍化速度不同，切屑的形態(tài)也不一樣。由于不同材料的磨削性能和切屑形狀的差異，砂輪堵塞

3、量和堵塞形態(tài)也不一樣。見表4-1。 第4頁/共137頁 由表4-1可見，用不同砂輪磨削同一工件材料，其堵塞用不同砂輪磨削同一工件材料，其堵塞程度不同；用同一砂輪磨不同工件材料，其堵塞程度更不同程度不同；用同一砂輪磨不同工件材料，其堵塞程度更不同。因此砂輪的堵塞形態(tài)，如果以砂輪種類分以砂輪種類分：白剛玉砂輪磨削軸承鋼和鑄鐵，主要是嵌入型堵塞；磨削不銹鋼和黃銅時則為混合型堵塞。用綠色碳化硅砂輪磨削軸承鋼和鑄鐵，主要是嵌入型堵塞；磨削鋁材是粘著性堵塞，磨黃銅則屬于混合型堵塞。如果以工件材料來分以工件材料來分：碳素鋼、合金鋼易發(fā)生嵌入型堵塞；高速鋼、不銹鋼、高溫合金易發(fā)生混合型堵塞；鋁和鈦合金主要產(chǎn)生

4、粘著型堵塞。 第5頁/共137頁 嵌入型堵塞嵌入型堵塞主要是磨屑機械地侵嵌在砂輪空隙里，其中磨屑與磨粒之間并無化學粘著作用發(fā)生。嵌入型堵塞嵌入型堵塞的形成機理的形成機理 在磨削碳鋼時，當磨粒在金屬表面上摩擦或磨削時，磨粒的磨損就開始了，即磨粒的鋒利邊沿開始被磨去，這就在磨粒上形成一個平面。該平面變得越來越大，以致于作用在磨粒上的摩擦力大得足以引起砂輪表面砂粒脫落或斷裂，從而露出新的磨削刃。這時砂輪的堵塞是磨屑嵌塞在空隙處而形成嵌入型堵塞嵌入型堵塞。第6頁/共137頁 粘著型堵塞粘著型堵塞的形成過程是，首先在磨屑和磨粒之間產(chǎn)生化學粘合，然后磨屑之間在機械粘力和壓力作用下相互熔焊，形成了粘屑型堵塞

5、。粘著型堵塞粘著型堵塞的形成機理的形成機理l 磨削鈦合金時砂輪堵塞的機理主要有以下幾點：l 鈦合金在磨削過程中，由于磨削溫度的作用，易生成TiO2和Ti2O3，這種氧化物硬度與剛玉砂輪Al2O3基本相當，這種硬度一致的材料在高溫、高壓下易產(chǎn)生粘合現(xiàn)象。 l 氧化物Ti2O3和剛玉Al2O3晶體結(jié)構相同，點陣參數(shù)相近，所以Al2O3和Ti203之間有很好的親和力。 第7頁/共137頁l Ti 元素化學活性大，易和碳、氮、氧生成化合物，這種化合物又易與Al2O3形成一種鈦酸鋁的固溶體Al2O3Ti2O3，使鈦與剛玉有了較強的結(jié)合，形成了新的化合物。l 鈦的氧化物和剛玉的熱膨脹率很接近，更提高了對剛

6、玉粘附的可靠性。 由于以上原因，使鈦合金在磨削時，砂輪與磨屑之間極易產(chǎn)生化學粘合現(xiàn)象，造成砂輪堵塞。當磨粒刃口被第一層化學粘附層包住后，大大減少了磨削能力。以后的磨削是在粘附的磨屑與待加工表面間的滑動和擠壓過程中進行的，磨削力和摩擦熱都劇增。這種高溫、高壓、高摩擦力的狀態(tài)，促成了切屑與切屑之間的壓焊過程，這種多個單元切屑多次的相互壓焊，形成了砂輪的堵塞。這就是粘著型堵塞的形成機理。 第8頁/共137頁5.1.3 5.1.3 影響砂輪堵塞的因素分析影響砂輪堵塞的因素分析 影響砂輪堵塞的因素主要有以下幾種：磨料種類磨料種類 不同的砂輪其堵塞程度差別很大，從減少堵塞程度，改善磨削效果來看，不同的工件

7、材料，應該選用不同的磨料種類。如果所選用的磨料不能適應工件材料的磨削性能，就易產(chǎn)生急劇堵塞，使加工無法正常進行。 磨料粒度磨料粒度 磨料粒度對砂輪堵塞有一定影響。一般來說細粒度比粗粒度容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。用WA46ZR1的砂輪與WA60K1的砂輪比較，在同樣條件下，后者堵塞量大。但是用WA20M和WA60M的砂輪比較，到一定的切入次數(shù)(125次)后，前者的堵塞量反而減少。因為細粒度砂輪的孔隙容積和磨屑截面積都小，細粒度砂輪的切刃數(shù)增加，切屑也多，再加上磨削溫度升高等原因，因此在切入次數(shù)較第9頁/共137頁 小的范圍內(nèi)，細粒度砂輪在孔隙內(nèi)，磨粒和結(jié)合劑上的切屑以及切屑熔結(jié)物大小的數(shù)量就大。隨著切入

8、次數(shù)增多，粗粒度砂輪與細粒度砂輪相比，切入深度要大,磨粒切刃磨損量就大，且磨削溫度上升，在孔隙里的切屑熔結(jié)物就增多。到一定次數(shù)后，粗粒度砂輪的堵塞量反而要超過細粒度砂輪的堵塞量。砂輪的硬度砂輪的硬度 砂輪的硬度對堵塞量影響較大，一般來說，砂輪越硬，堵塞量越大。一般情況下，砂輪硬度選用KL，在一些難加工材料中，也常采用GT的硬度。砂輪組織砂輪組織 砂輪組織越密，工作的磨粒數(shù)越多，切削刃間距離變短，越容易堵塞。含有45%磨粒的砂輪比含49.2%磨粒的平均堵塞量要少一半；含有53%磨粒的砂輪比含49.2%磨粒的平均堵塞量要高兩倍。在磨削易產(chǎn)生堵塞的難加工材料時，一般選用78級組織，大氣孔砂輪磨削效果

9、較好。第10頁/共137頁砂輪線速度砂輪線速度 砂輪線速度的影響比較復雜，當砂輪從28.8m/s提高到33.6m/s時，速度提高了16%，而堵塞量增加了三倍。因為砂輪線速度的增加使磨粒的最大切深減小，切屑截面積減小，同時切削次數(shù)和磨削熱增加，這兩個因數(shù)均能使堵塞量增加，但是當砂輪線速度高達一定程度時(如達50m/s以上)砂輪的堵塞量反而大大下降。 生產(chǎn)實踐表明：在磨削不銹鋼、高溫合金時，55m/s的砂輪速度比30m/s砂輪的堵塞量減少 30%100%。因此，在磨削難磨材料時，要么采用低于 20m/s 的速度，要么采用高于50m/s的速度，選在其之間的磨削速度對砂輪的堵塞是很不利的。當然，對于各

10、種工件材料來說，各有一定的其堵塞量最小的臨界砂輪速度值。第11頁/共137頁徑向切入量徑向切入量 徑向切入量對砂輪堵塞的影響呈現(xiàn)駝峰趨勢，當徑向切入量較小時,( ap 0.01mm )產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，隨著切入量的增加，平均堵塞量也增加，當切入量增大到一定程度 ( ap = 0.03mm ) 時,堵塞量又呈減少趨勢，之后隨著切入量的繼續(xù)增加(達ap = 0.04mm)時，堵塞量又急劇上升。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可第12頁/共137頁 工作臺速度工作臺速度 工作臺速度從 1.2m/min 降低至0.5m/min時，砂輪堵塞量增大5倍。在0.5m/min條件下，產(chǎn)生細小切屑，大部分侵嵌在孔隙里； 當速度為

11、 1.2m/min時，產(chǎn)生長屑，只嵌壓在大氣孔內(nèi)。因此，在同樣的總磨量下，工作臺速度越慢，磨粒磨削工件的次數(shù)就越多，從而被磨表面的溫度就越高，堵塞量增加。 砂輪修整速度砂輪修整速度 當砂輪修整速度低時，砂輪工作面平坦，單位面積內(nèi)有效磨刃數(shù)增加，使切屑的截面積變小，切屑數(shù)量增多，故易產(chǎn)生堵塞。當砂輪修整速度高時，砂輪工作面變粗，有效磨粒數(shù)減少，在砂輪表面出現(xiàn)凹部，起到孔隙作用，切屑易被沖走，熔結(jié)物容易脫落。因此各種砂輪修整時均有一最佳的速度范圍。 工件速度工件速度 工件速度對砂輪堵塞程度的影響，與切削條件中其他因素有密切關系。在所給的實驗條件下，工件線速度提高一倍，砂輪堵塞量增加三倍。這是因為工

12、件速度越高，磨粒切入深度就越淺，切屑截面積變小，相當于砂輪特性變硬，故容易引起砂輪堵塞。第13頁/共137頁磨削液磨削液 不同的磨削液對磨削效果影響很大，目前通用的乳化液，含有大量礦物油和油性添加劑，稀釋后呈水包油乳白色液體，它的比熱容和導熱系數(shù)小，在劇烈摩擦過程中很容易造成砂輪與工件之間的粘附磨損和擴散性磨損，使砂輪堵塞，磨削力增加，最后引起磨粒過早破碎和脫落，使磨削比降低。因此，選用優(yōu)良的磨削液對改善磨削性能有重要作用。近些年來，針對不同的磨削材料研究出了一些新的磨削液(見第 6章)。即使如此，優(yōu)良磨削液對今后的磨削研究來說仍是一個主要的研究方向。第14頁/共137頁磨削方式磨削方式 一般

13、來說，切入磨削比縱向磨削堵塞嚴重。由于切入磨削時，砂輪與工件間接觸面積大，磨粒切削刃在同一條磨痕上要擦過幾次，加上冷卻液進入磨削區(qū)困難，故磨削時熱量高，易造成堵塞的條件?？v磨時，首先接觸工件材料的是砂輪一側(cè)緣，接觸面積小，冷卻液容易進入磨削區(qū)，磨粒磨損只是發(fā)生在最先接觸的一側(cè)緣。當磨損面增大到一定程度時，在磨削力作用下磨粒破碎、斷裂，實現(xiàn)自銳。大多數(shù)磨粒能處于鋒利狀態(tài)下工作，使磨削力和磨削熱相對來說較低。同時，受磨削力和磨削熱影響區(qū)的相當一部分可以順縱磨方向排除到工件之外， 故降低了化學粘附的可能性。上述因素的綜合影響使縱磨比切入磨的砂輪堵塞程度低一些。 第15頁/共137頁 砂輪的磨損比切削

14、刀具的磨損來說要復雜得多，這是因為磨粒在砂輪表面上的分布是隨機的，且在磨削過程中會產(chǎn)生破碎使磨粒切削刃自銳。此外砂輪結(jié)合劑的破碎，也使磨粒產(chǎn)生脫落。況且，在磨削過程中的磨粒破碎和脫落是連續(xù)不斷進行又是隨機的，因此砂輪磨損問題的研究,是一個十分復雜的問題。 第16頁/共137頁4.2.1 4.2.1 砂輪磨損形態(tài)與原因砂輪磨損形態(tài)與原因第17頁/共137頁 1. 砂輪磨損的形態(tài) 砂輪磨粒的磨損可分為磨耗磨損和破碎磨損兩種形式。圖5-4繪出了砂輪磨削中的磨損形式。圖中A代表了磨耗磨損。所謂磨耗磨損是指磨粒的尖端在磨削中逐漸磨鈍，最后形成磨損小平面。這種小平面垂直于砂輪半徑，由于它出現(xiàn)在磨粒后面(相

15、當于車刀的后面)，故有的也稱之為后面磨損。 破碎磨損是指當磨粒切刃處的內(nèi)應力超過它的斷裂強度時，就會產(chǎn)生磨粒的局部破碎。隨著磨粒切刃所受負載 (熱負第18頁/共137頁第19頁/共137頁 荷和壓力) 大小和磨粒切刃處晶體結(jié)構的不同，有時在磨粒切刃附近發(fā)生微破碎(mincrochipping)，形成新的鋒刃；有時則在磨粒深部發(fā)生破裂 (splitting)形成較大的破碎。圖5-4中B和C代表了破碎磨損的情況。 磨粒的脫落是指當作用于磨粒上的法向力大于磨粒結(jié)合橋所能承受的極限時所產(chǎn)生的整顆磨粒的脫落。所謂結(jié)合橋是指磨粒與結(jié)合劑的連接帶。 第20頁/共137頁 A如圖5-4中D所示。( 第21頁/

16、共137頁)( 華中理工大學學報_陶瓷磨削中金剛石砂輪磨損形式及其生成原因) 2.砂輪磨損的原因 砂輪磨損的原因主要有如下幾種： (1) 磨耗磨損 在工件材料中，往往含有多種高硬度的質(zhì)點，在磨粒與工件相對擦滑過程中，會使磨料發(fā)生機械磨損。某些難磨材料(如高碳鋼、高釩鋼和高速鋼等)在磨削時，這種磨料磨損的現(xiàn)象第22頁/共137頁 非常嚴重。因此有人稱之為反磨削，即工件中的硬質(zhì)點把砂輪上的磨粒磨去。 比較常見的例子是用剛玉砂輪磨削的某些鑄鐵的情況。鑄鐵固化時，會沉積出奧氏體-滲碳體。低硅鑄鐵中，滲碳體與硅獨立存在。如果含硅量增加, SiC 會逐漸取代FesC形成共溶體。而 SiC的硬度高于剛玉，因

17、此用剛玉砂輪磨這種鑄鐵時，就會很快鈍化而使磨粒喪失切削性能.尢其是在徑向進給量很小的精磨時，這種現(xiàn)象格外明顯。 第23頁/共137頁 各種合金鋼中，最常見的硬質(zhì)點是合金元素碳化物。各種合金元素與碳的親合力按照形成碳化物的難易程度，由易到難排列如下：鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鎢、鉬、鉻、錳、鐵、鈷。各種碳化物的晶體結(jié)構及其特性見表5-1。 碳化物的尺寸可達 15m，數(shù)量最多的為36m 的質(zhì)點。 除碳化物外，工件材料中還可能含有各種硼化物和氮化物。常見的一些化合物 第24頁/共137頁第25頁/共137頁 及其硬度見表5-2，表5-2中許多化合物的硬度超過了剛玉和碳化硅。含有大量這類化合物的材料，就需采

18、用超硬磨料來加工。此外，在鋼中除固有的成分外，還可能在熔煉和澆注過程中混入各種外來的夾雜物。往往是耐火材料的組成物混入在液態(tài)鋼中，也包括出鋼和澆注時形成的多種氧化物等。 有些金屬磨削時，表面形成的氧化物硬度很高，影響其磨削性能.例如鈦合金 第26頁/共137頁第27頁/共137頁 干磨削，表面形成的TiO2，其硬度與剛玉相當，這也是鈦難磨的原因之一。 在磨耗磨損的研究中，往往有一種錯誤的概念，認為磨損率應該與摩擦偶件中各自的硬度成比例，應該看到，通常使用的各種硬度計的測試方法，只能表明材料對表面應變阻力的相對值，而不能說明其耐磨性。事實上，各種磨粒的相對磨損率，應該與磨粒晶體的內(nèi)聚能密度(Ec

19、/V)成比例。其中Ec為內(nèi)聚能(或稱點陣能)，就是晶體相對它的離子無限分離第28頁/共137頁 的能，V為克分子體積。 表5-3中列出一些常用磨料的Ec/V 值。為了便于比較，表中還相應列出硬度值?？梢钥闯龈鞣N磨料的Ec/V值的比例關系，如果以剛玉為1，則碳化硅為2.23；立方氮化硼為3.38，金剛石為9.20.這個比值比努氏硬度的比值大得多，比較符合各種磨料的實際磨損的比例情況。 (2) 氧化磨損 空氣中的氧化對磨削起促進 第29頁/共137頁第30頁/共137頁 作用。據(jù)以往的研究報道,在10-110-5pa的真空腔中所作的磨削實驗。發(fā)現(xiàn)剛玉砂輪磨削低碳鋼時比在空氣中困難得多。這是由于空氣

20、的對流使磨削溫度降低，且空氣中的氧使工件的新生成的表面迅速氧化，形成一種氧化膜。氧化膜的存在減少了磨屑粘著的可能性。對于某些磨料，其表面會在高溫下發(fā)生氧化作用，使其逐漸消耗，這種情況為氧化磨損。第31頁/共137頁 常用磨料有氧化物(Al203、 Cr2O2、ZrO2 、VO2 、TiO2），碳化物(金剛石、SiC 、B4C等)和氮化物(CBN)。氧化物在空氣中穩(wěn)定。其余磨料則按其熱不穩(wěn)定性的不同，均可能在一定溫度下氧化。下面介紹一些磨料氧化磨損的情況： 碳化硅 碳化硅的熱穩(wěn)定性保持在13001400以下，超過此溫度，就可能與大氣中的氧氣產(chǎn)生下列反應：SiC(S) + 2O2(g) SiO2(

21、S) + CO2(g) 第32頁/共137頁 此反應是一種強的排熱反應。這種反應所生成的SiO2膜很堅韌，硬度也較高(努氏硬度8000N/mm2)，熔點為1728，不溶于水。因此能防止SiC 進一步氧化，但當摩擦作用破壞這層薄膜時,新的表面又會氧化。 金剛石 金剛石按其晶體發(fā)育的完善程度以及所含的微量元素不同，其強度和熱穩(wěn)定性有相當大差別。在缺氧的情況下，加熱到500800，金剛石表面開始石墨化，此過程的G值為-7.53kJ/mol。 第33頁/共137頁 空氣中的氧能促進石墨化過程，并使其表層氧化。其G值為-370.83 kJ/mol 。 2C(金剛石) + O2 C(石墨) 磨鋼時，也可能

22、發(fā)生向鐵擴散而形成Fe3C而后氧化形成石墨。 （金剛石） + 3Fe Fe3C Fe3C + 2O2 C(石墨) + Fe3O4 這兩種反應的G值相應為-29.3 kJ/mol和485.57 kJ/mol。這是金剛石砂輪磨削鋼時，磨耗較大的原因。 21第34頁/共137頁 立方氮化硼(CBN) 立方氮化硼的硬度僅次于金剛石，通常稱這兩種磨料為超硬磨料。由于它們機械磨損的性能都很優(yōu)越，因此化學磨損就顯得格外重要，應該掌握其規(guī)律。 在溫度低于2000時，立方氮化硼是穩(wěn)定的，到2500時將轉(zhuǎn)變?yōu)榱降?，硬度降低。在高溫下，晶粒的表面會氧化而轉(zhuǎn)變成玻璃狀的氧化硼。由于大氣中氮的存在，這種氧化過程是

23、局部可逆的反應。相比較而言，立方氮化硼熱穩(wěn) 第35頁/共137頁 定性比金剛石好得多，在通常的磨削條件下，磨粒切削點的溫度不至于超過它的熱穩(wěn)定的極限溫度(2000)(一般磨粒磨削點的最高溫度近似為被磨材料的熔化溫度)。但是，在水蒸氣中，當溫度超過1000時，立方氮化硼將出現(xiàn)水解作用，到1200時，晶粒表面光澤消失，并出現(xiàn)裂紋和侵蝕斑點，其反應為： BN + 3H2O H3BO3 + NH3 試驗表明，水蒸氣對立方氮化硼起催化作用，會促使其磨損加快，因此，這種 第36頁/共137頁 磨料適宜采用干磨削或用油劑磨削液。金剛石與立方氮化硼的硬度都很高，而且比一般磨料銳利。因此，磨料溫度比一般磨料低，

24、對于減少氧化磨損有利。 (3) 擴散磨損 擴散磨損是指磨粒與被磨材料在磨削高溫下接觸時，元素相互擴散，造成磨粒表層弱化而產(chǎn)生的磨損。由金屬物理可知，兩緊密接觸的金屬材料，在高溫高壓下，經(jīng)過一定時間，在其接觸表面處就會出現(xiàn)擴散現(xiàn)象，且擴散是相互的。兩材料間原子的相互擴散與第37頁/共137頁 材料的化學元素密切相關。對于不同的磨料與工件材料的組合，其擴散速度不同，金屬間擴散公式如下：RTAeDD0式中 D - 擴散系數(shù)(m2/s) Do - 擴散常數(shù)(m2/s) A - 擴散物質(zhì)(化學元素) 的親和勢 (J/mol); R- 摩爾氣體常數(shù)(J/(molK); T -絕對溫度( K )第38頁/共

25、137頁 溶質(zhì)在溶劑中的擴散厚度y與溶質(zhì)的擴散系數(shù)D及接觸時間t之間有如下關系 y2 = 2Dt 由以上二式可知：溫度愈高，擴散系數(shù)愈大，溶質(zhì)在溶劑中的擴散厚度愈厚，擴散磨損加劇。此外，擴散物質(zhì)的親和勢A愈大， D 愈小，則擴散磨損減弱。物質(zhì)的親和勢A是指原子脫離平衡位置所給予的能量，與其本身的物理化學性質(zhì)有關。 第39頁/共137頁 碳化硅磨料高速劃擦鈷基合金表面后，用俄歇電子能譜儀(AES)探測被磨表面，發(fā)現(xiàn)被磨表面含 Si 的濃度增加。這說明磨料中的化學元素Si 已擴散到零件表面中去，其擴散厚度大約10nm。 Si與鈷基合金中的 Co 、W、 Ni及Cr等元素形成了脆性的金屬硅化物。 比

26、較圖5-5及圖5-6可知，碳化硅砂輪磨削鈦合金時，被磨表面的碳原子濃度增加，未發(fā)現(xiàn) Si的擴散，碳的擴散在被磨表面 第40頁/共137頁第41頁/共137頁第42頁/共137頁 上形成了鈦的碳化物，達到一定的表面層深度時，碳濃度很低，濺蝕表面的各元素原子濃度與鈦合金基體元素的濃度一致。 用金剛石砂輪磨削碳鋼時，金剛石也擴散了碳元素，它們之間的接觸表面出現(xiàn)了石墨層，隨著鋼中碳含量的減少，金剛石的顆粒磨損增加。擴散磨損與化學磨損一樣，與磨料及工件材料有關，也與磨削的環(huán)境和用量有關。針對某一種 第43頁/共137頁 材料，欲減少擴散磨損，除了選擇合適的砂輪外，還要選擇最佳的磨削用量和磨削條件。 (4

27、)塑性磨損 在磨削高溫作用下，磨粒也會因塑性變形而磨損。塑性磨損取決于工件材料的熱硬度。磨削時，磨粒接觸區(qū)的溫度較高，接近被磨材料的熔點，若切削層在剪切面上的熱硬度 大于磨粒接觸區(qū)的熱硬度 ,則磨粒接觸區(qū)將產(chǎn)生較大的塑性變形而磨損。圖5-7繪出 HtH第44頁/共137頁第45頁/共137頁 各種磨料的硬度與溫度的關系。由該圖可知，各種磨料與硬質(zhì)合金相比，在高溫下均具有較高的硬度，即具有較大的抗塑性磨損的能力。雖然剛玉磨削鋼、鑄鐵及其他1000以下才軟化的材料不會出現(xiàn)塑性破壞，但是剛玉和碳化硅卻不適合于磨削高溫合金，如鉬合金和鎳基合金等，因為磨削這種材料時 的比值將小于1。從塑性磨損的角度來看

28、立方氮化硼的應用范圍較廣，可用來磨削鈦合金、釩高速鋼,高溫合金和陶瓷等。 HHt第46頁/共137頁 金剛石雖然具有很大的塑性強度，但磨削鎢、鉬等難熔金屬(熔點為25003000)時，仍不能得到滿意的結(jié)果。因為金剛石在此溫度的受力條件下也可能產(chǎn)生塑性流動。 應該指出，磨削實驗時，磨粒表面上觀察到的塑性流動，并不一定是它本身的塑性變形。例如剛玉磨鋼時，由于界面的化學作用，會在磨粒表面形成尖晶石(FeO-Al2O3)。這是一種全塑性變形而迅速磨損的化合物。這種尖晶石是立方第47頁/共137頁 對稱的，有三個滑動系來獲得容積變形。在高剪切應力和高溫度的情況下，尖晶迅速塑性化，而從磨粒表面抹掉。這類磨

29、損過程，也具有塑性磨損的特征和形態(tài)，但不磨粒本身的塑性流動，其質(zhì)量轉(zhuǎn)移率取決于尖晶石和形成速度。在這種情況下，實際觀察到的塑性磨損，往往可能大于理論值。 (5)熱應力破碎磨損 磨削過程中，磨粒的工作表面在有萬分之幾秒的時間中升 第48頁/共137頁 到10002000高溫，又在磨削冷卻液的作用下激冷。這種冷熱循環(huán)的頻率。與砂輪轉(zhuǎn)速相同。據(jù)磨削的形式不同，其頻率可達每分鐘數(shù)百到數(shù)萬次。磨粒表面在交變的熱和力的作用下形成很大的熱應力，使磨粒表面疲勞開裂以至破碎。熱應力破碎主要取決于磨粒的導熱系數(shù)大小，線膨脹系數(shù)的大小以及磨削冷卻液性能的好壞。導熱系數(shù)愈小，磨粒表面到內(nèi)部的溫度梯度愈大，熱應力愈大；

30、線脹系數(shù)愈大，熱應力愈大。這些均會使磨料受到巨大的熱沖擊而開裂破碎。第49頁/共137頁 各種磨料導熱性能好壞的次序為：金剛石、立方氮化硼、碳化硅、剛玉。表5-4繪出了常用磨料的熱脹系數(shù)。 以上主要的五種磨損形式是砂輪磨削條件下磨損的主要原因。 522 砂輪磨損的特征 磨削過程中，隨著被磨材料磨除體積的增加，砂輪的磨損逐漸增大；對砂輪的磨損與金屬材料磨除體積之間的關系，已往的大量研究表明的規(guī)律如圖5-8所示。 第50頁/共137頁第51頁/共137頁第52頁/共137頁 由圖可見，在金屬材料的磨削中，砂輪的磨損過程可分為三個階段。第一階段為初期磨損階段，該階段的砂輪磨損主要是磨粒的破碎和整體脫

31、落。其原因是該階段由于砂輪剛剛修整過，砂輪工作表面上的磨粒受修整工具的沖擊而產(chǎn)生裂紋，甚至整個磨粒都已松動。在磨削力作用下，產(chǎn)生裂紋的磨粒會出現(xiàn)大塊碎裂，而松動的磨粒則會整體脫落。因此在初期磨損階段，砂輪半徑磨損較大，表現(xiàn)為曲線上升較陡。隨著磨削過程的繼續(xù)進行，進入第二階段，即正常磨損第53頁/共137頁 階段。在該階段中，雖然上個階段受修整影響的磨粒已經(jīng)碎裂或脫落，然而力的作用仍會還有一些磨粒破碎，但主要的卻是磨粒經(jīng)歷長時間而磨粒切削刃的鈍化，即第二階段主要為磨耗磨損。該階段磨粒切削刃較穩(wěn)定的切削使砂輪的磨損曲線變得比較平緩，斜率較小。到第三階段，急劇磨損階段，由于磨粒切削刃的進一步鈍化，作

32、用在磨粒上的力急劇增大，這又導致磨粒產(chǎn)生的大塊碎裂，結(jié)合劑破碎以及整個磨粒脫落。第54頁/共137頁 此時，砂輪的半徑磨損量劇增，曲線上升很陡，砂輪不能正常工作，一般磨削在達到該階段之前，砂輪就需要重新修整了。 圖5-9為采用金剛石砂輪磨削Si3N4陶瓷的磨損規(guī)律。 圖5-10為不同品級的金剛石磨粒的磨損曲線。由圖5-9和圖5-10可以看出，超硬磨料金剛石砂輪在磨削超硬材料工程陶瓷時，砂輪的磨損亦存在著破碎區(qū)和磨耗磨損區(qū)。在破碎區(qū)磨削的切入深度隨 第55頁/共137頁第56頁/共137頁第57頁/共137頁 磨削次數(shù)n的增大而下降迅速。研究表明，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是開始磨削時，磨粒切削深度較大

33、，以較高的速度切削高硬度的材料時產(chǎn)生的沖擊力較大，加之金剛石磨粒本身所存在的一定的缺陷，在沖擊力作用下，金剛石磨粒發(fā)生破碎和微破碎，使磨粒實際切深迅速下降。當磨粒的切削深度下降至一定程度時，磨粒所受的作用力減小，此時磨粒的劃痕深度隨磨削次數(shù)的增加呈線性遞減，即磨削進入磨耗磨損階段。同時在破碎第58頁/共137頁 區(qū)和磨耗區(qū)之間有一個轉(zhuǎn)換區(qū)，該區(qū)內(nèi)(圖中的陰影線)磨粒的主要磨損形式由破碎和微破碎向磨耗磨損過渡。 由研究表明的顯微照片可知，金剛石磨料磨削超硬材料中的微破碎及磨耗磨損現(xiàn)象是極為明顯的。當磨粒發(fā)生破碎及微破碎時，陶瓷表面的劃痕突然變短，或者由一條劃痕變成兩條甚至多條微細的劃痕，而當磨粒

34、發(fā)生磨耗磨損時，陶瓷表面的劃痕長度逐漸減小，磨粒頂部出現(xiàn)微小磨損平面。 第59頁/共137頁 另外從磨削功率角度對CBN砂輪磨削淬火M2高速工具鋼的研究表明；在磨削初期，CBN砂輪隨磨削行程次數(shù)的增加，磨削功率也略有增加，以后較長時間內(nèi)一直保持在相近的水平上，如圖5-11所示。 與普通磨料相比，超硬磨料砂輪的磨損特性從理論上具有相近的規(guī)律，即存在著破碎磨損階段、磨耗磨損階段及劇烈磨損階段。第60頁/共137頁第61頁/共137頁 1磨耗磨損的特征 磨耗磨損是以砂輪表面上單位面積的磨粒磨損面積表示的，即可用磨損面積百分率%來度量。磨削過程中，隨著磨削行程數(shù)的增多，單位砂輪面積的磨粒磨損平面面積逐

35、漸增大。圖5-12給出了在平面磨床上以vs= 31.8m/s，vw= 2.44m/min，ap= 0.025mm切入磨削20鋼時，磨損面積率與行程次數(shù)的關系。 由圖可見，砂輪愈硬，則磨粒磨損平面面積率%愈高。 第62頁/共137頁第63頁/共137頁 磨削一般鋼料(易磨材料)時，磨削力隨磨損面積率的增大而線性增大，且磨損面積率達到某一臨界值時，磨削力突增，如圖5-13所示。圖中磨削力的急劇轉(zhuǎn)變點為砂輪磨粒磨損面積率的3.5%處。對于不同硬度等級的砂輪或不同的修整方法，所得的數(shù)據(jù)差不多都在不同斜率的兩直線附近。在磨削鎳、鈦、鈷、青銅和鋁時，則出現(xiàn)切屑使砂輪堵塞狀況使之喪失切削能力，得不到造成磨削

36、力突增的磨損面積率的臨界值。第64頁/共137頁第65頁/共137頁 2破碎磨損特征 砂輪的破碎磨損可認為是磨粒破碎及結(jié)合劑破碎之和。當產(chǎn)生以破碎形式磨損時，磨耗磨損是微不足道的。這時，砂輪的磨損可根據(jù)給定行程數(shù)條件下所產(chǎn)生的砂輪磨損顆粒的質(zhì)量確定。確定砂輪磨損顆粒的質(zhì)量時，預先制作一箱形收集器，使它能封閉磨削區(qū)，并盡可能收集所有的磨損顆粒。容器內(nèi)用白凡士林油脂覆蓋，以粘附磨粒顆粒及碎屑。磨削后，將油脂刮下，在沸騰的三氯乙烯中去掉油脂，并在不 第66頁/共137頁 腐蝕氧化鋁的王水酸溶液中去掉金屬屑， 將磨損顆粒分離出來，然后將磨損顆粒過篩，并在電子天平上稱量，即可確定總磨損量及顆粒尺寸分布。

37、 圖5-14給出了用粗，細兩種修整方法修整不同硬度等級的砂輪磨削20鋼時所得到的砂輪磨損顆粒尺寸分布圖。為了便于比較，圖中也給出了制造砂輪時，不同顆粒尺尺寸的分布曲線。這些分布曲線是依據(jù)從大顆粒向小顆粒漸增的規(guī)律畫出的，曲線斜率較大者相當于破碎的第67頁/共137頁第68頁/共137頁 碎粒較少，顆粒較大?？梢钥闯?，在使用軟砂輪時會得到較大的顆粒，而破碎的碎粒較少。從圖中還可以看出，從砂輪上脫落的磨損顆粒并不比制造砂輪的磨粒小很多，這說明破碎磨損主要是結(jié)合劑破碎。當然磨粒的破碎也存在，而磨耗磨損所占比例則較少。 結(jié)合劑破碎占總磨損量的百分比稱作“結(jié)合劑破碎百分數(shù)”，它與砂輪硬度等級的關系如圖5

38、-15所示。該圖是以圖5-14的磨損顆粒分布為依據(jù)的。 第69頁/共137頁第70頁/共137頁 由圖5-15可見，用硬度K、L的砂輪磨削20號碳鋼時，約有85%的總磨損量為結(jié)合劑破碎，而用M級砂輪磨削20號碳鋼時，結(jié)合劑下降到55%。這時磨粒破碎所占的比例相應增多，其原因在于硬砂輪的磨粒脫落較難，在磨粒脫落前已經(jīng)破碎。 從圖5-14的磨損磨粒尺寸分布可見，在砂輪總磨損中，磨耗磨損僅占一小部分。通過計算可知僅占磨耗總量的4.3%左右。雖然磨耗磨損所占比例很少，但是，它直接影響了磨削力，影響著工件燒傷和第71頁/共137頁 磨削振動，進而影響著砂輪的破碎磨損。 3粘附磨損的特征 磨削鈦合金和不銹

39、鋼等難磨材料時，砂輪會發(fā)生粘附磨損，砂輪的粘附分為小面積和大面積粘附。在小面積粘附時，砂輪的磨損過程與前面討論的基本一樣；出現(xiàn)大面積粘附時，砂輪的磨損過程則具有不同的特點。 粘附造成砂輪磨損的第一個原因是磨粒隨著粘附團的一起脫落。由試驗發(fā)現(xiàn)，在砂輪及其修整方法一定的條件下， 第72頁/共137頁 粘附面積的大小與粘附面積數(shù)量是一定的，因而由于粘附團粘結(jié)與脫落造成的砂輪磨損也是一定的。依據(jù)上述關系可得砂輪磨損率與粘附團的壽命成反比。設粘附團的壽命由磨削行程數(shù)N表示，而N與其他磨削參數(shù)的關系可用下式表示，即pcsssaldNvN) 25 ( 第73頁/共137頁 由式(5-1)可以推論：砂輪磨損率

40、與實際磨削深度 成正比，與砂輪速度 成反比，與工件速度 無關。 粘附磨損的另一個原因是，隨著粘附團的脫落砂輪在粘附團附近的磨粒受到損傷，這些損傷的磨粒比較容易脫落。它們的脫落取決于每顆磨粒的磨削力的大小，由于只有當粘附團脫落時才會造成鄰近磨粒的脫落，因而鄰近磨粒的脫落也與粘附團的壽命N成反比。pasvwv第74頁/共137頁 經(jīng)過N個行程次數(shù)的磨削后，有 個粘附團被剝落，被剝落的一個粘附團的表面積為A且單位砂輪表面上有NS個有效磨粒，則脫落的有效磨粒數(shù)為 。因此由于第一原因直接導致的有效磨粒的失去率 為 。另外設 是因粘附團剝落而失去的鄰近磨粒數(shù)，它是單顆磨削力的函數(shù)，亦即 ，因此在經(jīng)過N個行

41、程次數(shù)的磨削后，由于第二原因所脫落的磨粒數(shù)為 ，其磨粒失去率 為 砂輪總的失去率 nsNAn1NnANs/en)(pweavfn2)(pwavfn )(pweavfn 第75頁/共137頁 應是上述二個原因所造成的失去率之和，即 )(pwsavfANNn對于在一定修整條件下修整的砂輪而言， 和 均為常數(shù),設 ，則磨粒失去率可表示為1nA1)(pNaIppwaavfBAI)()35( 式中的 .,nBNAnAs第76頁/共137頁 設Ws砂輪磨損質(zhì)量，N為磨削行程次數(shù)，則砂輪磨損率為ppmsaavfBAkINW)(設 則 kInBIkNAnAs;ppwsaavBfANW)()55( 從式(5-5

42、)可知，當所磨材料導致大面積粘附時，實際磨削深度 和工件速度 增大，砂輪變軟以及粒度號增加( 增加)都將 pawvsN第77頁/共137頁 使砂輪磨損率增大。表5-5、5-6、5-7、5-8給出了用氧化鋁砂輪磨削不銹鋼C19N10時，砂輪磨損率與實際磨削深度 、工件速度 、砂輪硬度及砂輪粒度的關系。 砂輪形貌的檢測方法很多，按檢測狀態(tài)的不同，可分為砂輪磨損的靜態(tài)檢測與動態(tài)檢測。按檢測時的接觸狀態(tài)不同，可分為接觸式和非接觸式檢測；按檢測的參數(shù)不同，可分為直接檢測和間接 pawv第78頁/共137頁第79頁/共137頁 檢測；按機床的狀態(tài)不同，可分為在線檢測（工作狀態(tài)）及停機檢測（非工作狀態(tài)）等。

43、下面介紹幾種主要的檢測方法。 滾動復印法 普通滾印法（見圖5-16）是在彈性支承滾與砂輪之間放入復寫紙與玻璃板，一面緩慢轉(zhuǎn)動砂輪，一面移動復寫紙與玻璃板，則玻璃板上將復印出磨粒的平面分布圖。通過采用點算法（PCM），可以求得磨料分布密度gM第80頁/共137頁第81頁/共137頁 及磨損棱面的百分比GA。如果采用錐形滾印法，就可獲得三維空間的磨粒分布狀態(tài)，如圖5-17 所示。鋼環(huán)套在二滾珠軸承的外圈上，在鋼環(huán)之外，又緊套了一個塑料環(huán)，塑料環(huán)二端帶有斜角為1的錐度。在砂輪與塑料環(huán)之間插入復寫紙與白紙，調(diào)好二者的壓力后，用手緩慢轉(zhuǎn)動砂輪經(jīng)滾印后的白紙上即可復印出砂輪錐形截面的磨粒分布圖，該圖顯示了

44、不同高度磨粒的分布狀況。用顯微鏡觀察或測出磨粒尖端磨鈍（形成小平第82頁/共137頁第83頁/共137頁 面）的情況。 該測量方法簡單方便，但僅能粗略地了解磨粒切刃的形狀分布和密度。 2觸針法 觸針法測量砂輪的磨損類似于表面粗糙度的測量方法。由測頭直接測出砂輪表面形狀的變化，測量部分的結(jié)構也多種多樣。圖5-18是其中一種類型。測量原理如下：在差動式電感傳感器的前端安裝好金剛石觸針，測量中觸針作上下移動，使傳感器中的電感量產(chǎn)生相應的變化，該變化量通過測微儀電 第84頁/共137頁第85頁/共137頁 路被轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓盘?，并進行放大與相敏整流，最后輸入記錄儀記錄，即得到砂輪磨損后的形貌廓形。

45、電感傳感器以緊固螺釘固定于基準套之中，而基準套又通過板簧與固定桿相連。因此，固定傳感器殼體的基準套是浮動的。以浮動的基準套作為觸針計量的零點，可以排除砂輪偏心及表面波度對觸針讀數(shù)的影響。砂輪由微型電機或步進電機經(jīng)減速器減速，最后經(jīng)橡皮輪通過摩擦帶動，緩慢旋轉(zhuǎn)。橡皮輪與砂輪間 第86頁/共137頁 的接觸壓力為0.15N，砂輪速度為0.5m/s。 金剛石觸針一般有兩種形式，一種為圓錐形，一種為刀口形，如圖5-19所示。圓錐觸針可獲得砂輪某一剖面內(nèi)磨削前后的實際廓形，如圖5-20中的AB廓形。其中所記錄的部分廓形可能是由磨粒側(cè)面描劃出來的，雖有突峰的形貌，并非真實磨粒切刃，成為虛假信息。由此獲得的

46、單位長度上切刃數(shù)將大于實際切刃數(shù)。 刀口形觸針可獲得刀口寬度范圍內(nèi)的第87頁/共137頁第88頁/共137頁第89頁/共137頁 磨粒切刃數(shù)。但由于在寬度范圍內(nèi)的磨粒切刃有高有低，用刀口形觸針描劃時，將與高刃接觸，使一些低刃信息從中丟失。所以檢測的磨粒切刃密度將小于實際密度，考慮到在砂輪磨削過程中，表層深度超過了20m以下的磨粒切刃很少與工件接觸，不產(chǎn)生磨損，因此在檢測砂輪切刃數(shù)和磨損狀態(tài)時，用刀口形觸針比較合理。 在采用觸針法檢測時，觸針頂角、觸針圓角半徑、觸針與砂輪的接觸壓力、儀 第90頁/共137頁 表的動態(tài)特性。觸針導向部分剛度等均影響到檢測結(jié)果的可靠性。一般觸針圓角半徑；圓錐形取10

47、20m；刃口形取0.4m。圓角半徑產(chǎn)生的檢測誤差可通過數(shù)據(jù)處理予以修正。圓錐觸形頂角對廓形的檢測影響較大，一般取5090。如頂角較大，觸針強度高，但掃描廓形將產(chǎn)生較大的崎變；反之，如頂角較小，觸針易憋死于溝槽之中。觸針描跡法可獲得砂輪工作面磨削前后形貌的廓形， 第91頁/共137頁 可檢測出磨粒切刃的磨損形狀以及磨刃分布及容屑空間等。但不能識別磨粒、結(jié)合劑及堵塞物。 3光截法 圖5-21所示為應用光截觀察法測量砂輪磨損的裝置。而且利用該裝置還可以測出磨削前后磨粒的形狀，切刃分布和切刃密度等多項參數(shù)。在圖5-21a中，將砂輪3連同法蘭盤一起從磨床上取下，重新安裝在與砂輪軸有相同錐度的心軸4上，支

48、承于兩頂尖之間。左端的頂 第92頁/共137頁第93頁/共137頁 尖與光學分度頭相連，利用其精確分度測出砂輪表面各磨粒切刃在圓周上的位置。測量時，光源6中的光線，經(jīng)過透鏡及光柵，以矩形光束照射于砂輪表面上，與圓柱砂輪相截，形成寬0.02mm，長0.3mm的矩形測定帶，測定帶的長軸與砂輪軸線平行（見圖5-21c）。但觀察用的顯微鏡2與砂輪圓周相切（見圖5-21b）。這樣就能觀察與拍攝磨粒切刃的形態(tài)。磨粒切刃的軸向位置及長度尺寸可通過顯微鏡2中的刻度目鏡進行測量。 第94頁/共137頁 連續(xù)檢測砂輪圓周不同位置的磨粒形狀以及數(shù)量，可以確定磨粒形狀的種類，組成及分布狀態(tài)。在磨削過程中定期地檢測砂輪

49、同一位置的磨粒形狀及其變動情況，可以研究磨粒磨耗破碎，脫落及新磨粒的出現(xiàn)等規(guī)律。 4.光電自動測量法 光電自動測量法是屬于一種動態(tài)測量砂輪磨損的方法。該方法能隨時觀測砂輪工作面的變化規(guī)律，并能將所得的數(shù)據(jù)通過記錄儀記錄后送 第95頁/共137頁 計算機進行處理。這樣就可以得到砂輪磨損的全過程，對于全面研究砂輪的磨損機理十分有益，該測量方法的工作原理見圖5-22。 從顯微鏡光源射出的光，照射到具有一定轉(zhuǎn)速的砂輪工作面上，只有被磨損的磨粒表面才產(chǎn)生強的反射光，該反射光通過窄縫傳到光電倍增管上，于是，磨粒上被磨平部分的擴大像Cj，當其穿過窄縫的窗口（a x）后，便通過光電倍增管得到對應的光電輸出波形

50、。該波形第96頁/共137頁 經(jīng)過放大和濾波，將一定電壓（x-y）以上的振幅波形由限幅器限幅后變成待檢測的矩形波信號，矩形波的間隔（S）與砂輪的連續(xù)磨粒切刃磨損面的長度（bj）相對應。該值可分別由間隔測量器及寬度測器進行連續(xù)測量，并用數(shù)字表示輸入到數(shù)據(jù)采集裝置進行存儲，最后將存儲器記錄的數(shù)據(jù)輸入計算機進行處理。 為了確定砂輪圓周側(cè)面的測量基點，在砂輪的端點安裝了一個信號傳感器，當 第97頁/共137頁 砂輪端面上的基點信號旋轉(zhuǎn)到基點傳感器時，信號經(jīng)傳感器引起微處理機中觸發(fā)器動作，能使上述測檢過程自動開始或停止。如果將磨削過程中不同階段獲得的檢測數(shù)據(jù)一一送入存儲器存起來，或通過打印機打印出來，然

51、后將各次檢測的矩形波加以比較，就可以獲得磨粒磨損、鈍化、破碎、脫落以及新磨粒出現(xiàn)等變動情況，從而實現(xiàn)對砂輪工作面或磨粒的跟蹤檢測。第98頁/共137頁 圖5-23是應用計算機對磨粒切刃進行跟蹤演算的流程圖。輸入不同時刻的數(shù)據(jù)，磨粒切刃的位置則被確定，這時可對前一時刻的檢測位置進行比較，將磨粒切刃的殘存、消失或重新出現(xiàn)的情況加以判斷，若為新出現(xiàn)的磨粒則將其位置記錄下來，如為脫落磨粒，則跟蹤研究該磨粒的磨削經(jīng)歷，即對剛出現(xiàn)的點位，壽命長度，磨損區(qū)長度及變化等情況加以分析和判斷。在對砂輪一周的磨粒進行判斷以后，將結(jié)果送給下一個檢測時 第99頁/共137頁第100頁/共137頁 間的所得數(shù)據(jù)上，對各檢

52、測時間上分類的磨粒切刃數(shù)目和比例、壽命長度和殘存率、磨損區(qū)的長度分布進行總和，連續(xù)磨粒切刃間隔的分布和平均間距，以及圓周方向切刃分布的不均和周期性等進行必要的計算和記錄。通過光電自動測量，可以觀察到以下結(jié)果： （1） 在加工過程中利用磨損面反射光得到的電脈沖時間去判斷磨損面的長度是可以實現(xiàn)的。第101頁/共137頁 （2）磨削開始后，根據(jù)磨粒在圓周方向上依次出現(xiàn)的點位和記錄和實態(tài)表現(xiàn)，通過計算機的演算處理，可得到磨粒切刃的變化規(guī)律。 （3）參加工作的磨粒數(shù)，隨砂輪的切深增大而增多。 （4）在同一磨削條件下，磨粒脫落或出現(xiàn)缺陷的比例往往是一定的，該值隨砂輪磨深和工件圓周速度的減小而減小。 必須指

53、出的是，磨粒磨損面在磨削中反復增減，其變動頗無規(guī)律，因而各切刃 第102頁/共137頁 磨損面的大小與切刃壽命的關系不夠顯著。此外，與磨削條件差別的關系也不夠顯著，這些也給檢測帶來了一定的困難。 5激光功率譜法 激光功率譜法可實現(xiàn)磨削過程中砂輪工作表面磨損狀態(tài)進行在線檢測，檢測結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可以獲得有關砂輪形貌的特征參數(shù)。 圖5-24為激光檢測裝置，該裝置由三部分組成：激光源、光學系統(tǒng)和檢測器。其工作原理是：由He-Ne激光源（25mW)第103頁/共137頁第104頁/共137頁 發(fā)出的激光經(jīng)開口及直角棱鏡后改變光線方向，再經(jīng)過半反射鏡和圓柱棱鏡投射到砂輪工作表面上，形成直徑為3MM的光

54、點，由砂輪工作面的反射光線再經(jīng)過圓柱棱鏡及半反射鏡子改變方向，然后進一步通過富里葉變換鏡就能在焦點面上形成功率譜模型的圖像。最后用1mm的光導纖維進行掃描，通過光電增倍管即可獲得反映模型強度分布的功率譜。如圖5-25所示。第105頁/共137頁第106頁/共137頁 由于功率譜的中心強度I同磨粒棱面磨耗面積成正比，強度接近零（I=0.04I0）的位置與棱面磨耗寬度0相當，故照射面上的磨耗磨粒切刃數(shù)同I0/02成正比。如圖5-25所示。這樣，三種磨耗磨損磨粒的分布狀態(tài)（1）、（2）、（3）就分別與三種功率譜相對應；當棱面磨耗面積大而切刃數(shù)少時（曲線1），其功率譜I0大而0??；棱面磨耗面積小切刃數(shù)

55、多時（曲線（2），其功率譜I0大而0也大；棱面磨耗面積小而切刃數(shù)又少時（曲線（3），其功率譜小而0大。 第107頁/共137頁 由此可見，通過檢測砂輪工作面的功率譜，就可確定磨粒切刃數(shù)、磨粒棱面磨耗寬、磨耗面積及磨耗磨粒的分布狀態(tài)。 具體檢測方法如圖5-26，將砂輪圓周劃分為256等分，再將左右對稱的功率譜，在一側(cè)等分為8個點。首先將光導纖維放置于功率譜最大強度的位置（0），檢測砂輪一周256點的強度分布。然后依次移動光導纖維，使之處于強度逐漸減弱的位置（1、2、37），分別檢測獲得8個系列的強度分布。將這些離散的功率譜第108頁/共137頁第109頁/共137頁 樣本，采用近似的曲線擬合，并

56、應用最小二乘法原理，最后可得一條光滑的功率譜曲線，從而可以推斷出砂輪的磨損磨粒分布狀態(tài)。整個檢測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在內(nèi)，可用圖5-27表示。 由圖可見，安裝于磨床電機軸上的回轉(zhuǎn)編碼器，每當砂輪回轉(zhuǎn)一周，給節(jié)距調(diào)節(jié)裝置發(fā)送一次原點脈沖。同時每當砂輪回轉(zhuǎn)1/256圈，給數(shù)字儲存器發(fā)送一次取樣脈沖。功率譜強度經(jīng)光導纖維，光電倍增管及直流放大器后，將樣本數(shù)據(jù)第110頁/共137頁第111頁/共137頁 存入數(shù)字儲存器。砂輪回轉(zhuǎn)一周后，回轉(zhuǎn)脈沖再發(fā)送原點脈沖，使節(jié)距調(diào)節(jié)裝置發(fā)出驅(qū)動脈沖（8個脈沖），光導纖維即移動一規(guī)定節(jié)距，而達到下一強度裝置，并將觸發(fā)脈沖的指令送入數(shù)字儲存器。這樣檢測過程又重新開始。

57、由于光導纖維的移動可在砂輪一轉(zhuǎn)內(nèi)完成，所以光導纖維只要移動7次，砂輪回轉(zhuǎn)15轉(zhuǎn)，即可完成8X256個離散數(shù)據(jù)的檢測及儲存工作。數(shù)字儲存器通過接口I/O與微型計算機相連接，首先將數(shù)字儲存器的檢測 第112頁/共137頁 數(shù)據(jù)輸入盒式磁盤，以便 進行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果由電傳打字機（TTY）打字及繪圖。 激光功率譜法采用上述裝置及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以在線檢測砂輪工作面狀態(tài)，包括磨料棱面磨耗磨損寬度，磨耗面積及磨粒切刃數(shù)，還可用圖形形式打印出砂輪一周磨耗切刃的分布狀態(tài)，并由此評定加工線上所用砂輪的耐用度及磨削特性。此法所用裝置不太復雜，檢測方便迅速，又可用于在線檢測，是一種較第113頁/共137頁 先進

58、的檢測方法，有推廣應用于生產(chǎn)的可能。 6電鏡觀察法 用普通光學顯微鏡，受放大倍數(shù)的限制，只能宏觀地觀察磨粒的磨損部位和狀態(tài)，而對磨粒的微觀磨損狀態(tài)則難以分辨。借助于電子顯微鏡（SEM）可清晰地觀察到磨粒磨損面的微觀形貌。 在用透射電鏡觀察之前，必須先用光學顯微鏡確定觀測的部位。圖5-28是日本 第114頁/共137頁第115頁/共137頁 武野等人用來確定觀察部位的裝置。該裝置是在砂輪架上安裝兩個Olympus金屬顯微鏡（MC），其中一個用作觀測磨粒表面，另一個則瞄準砂輪主軸皮帶輪外圓周上的刻度，用以確定磨粒的位置。觀察時，測量砂輪外圓周上A，B，C三個位置，攝下照片，并對所測位置制出供透射電

59、鏡觀察的復制樣件。復制樣件采用二次復型技術，制作程序如圖5-29所示，首先在砂輪表面上粘上一層醋酸纖維素薄膜（a），厚度為0.150.375MM，第116頁/共137頁第117頁/共137頁 固化后將復映了砂輪形貌的薄膜撕下。在實體顯微鏡下將待測部分薄膜切下（b）然后用真空蒸鍍法在其中沉積一層碳膜（c），最后將第一次復印的薄膜溶去。留下二次復印的碳膜放于網(wǎng)架之上（d），至此即完成制樣。 將上述制出的樣件放在透射電鏡上觀察攝影，可獲得極為清晰的圖像，照片及立體輪廓圖。從這些圖中可分辨出磨粒切刃的修整痕損，修整痕跡及加工中產(chǎn)生的小破碎缺陷等情況，圖5-30是通過第118頁/共137頁第119頁/共

60、137頁 電鏡得到的磨粒磨損面的變化過程。從圖中可以看出，砂輪經(jīng)修整后，其磨粒表面存在著微小的高低不平的微刃（a），其中高的部分首先與工件接觸并被磨平（b），這時往往產(chǎn)生小破碎缺陷，其量與磨損相比是非常大的，故出現(xiàn)缺陷的地方則失掉了切刃，于是造成有切刃的地方更加速磨損。上述磨損的不斷進行，則使整個切刃全部磨損，于是失掉了磨削能力，即所謂達到了壽命的極限（c）。 第120頁/共137頁 為了恢復磨粒切刃的切削能力，則需要重新進行修整（d）。 用電鏡觀察的另一種方法是應用組合砂輪見圖5-3。將經(jīng)過磨削磨損的塊砂輪，從可拆卸部分取下，在真空離子蒸鍍機上經(jīng)純金，純碳鍍膜后，直接將砂輪試樣放入掃描電鏡下