金屬結(jié)合劑金剛石多孔砂輪磨削溫度的實驗研究 - 圖文-

1、2008年2月總第163期第1期金剛石與磨料磨具工程D iamond&Abrasives EngineeringFeb.2008Serial.163No.1文章編號:1006-852X(200801-0022-05金屬結(jié)合劑金剛石多孔砂輪磨削溫度的實驗研究3王少武戴秋蓮(華僑大學石材加工研究重點實驗室,福建泉州362021摘要制備了不同孔隙率的金屬結(jié)合劑細粒度和微粉金剛石多孔砂輪并進行了不同材質(zhì)石材的磨削性能實驗。采用熱電偶測溫法,研究了不同孔隙率、不同磨粒粒度的金屬結(jié)合劑金剛石多孔砂輪對兩種不同工件材料的磨削溫度特性。實驗結(jié)果表明,不同孔隙率、不同磨粒粒度的金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的磨削

2、溫度均隨著轉(zhuǎn)速及切深的增加而增加;細粒度的金屬結(jié)合劑金剛石砂輪隨著孔隙率的增大,磨削溫度降低;而微粉金屬結(jié)合劑金剛石砂輪則表現(xiàn)出和細粒度金屬結(jié)合劑金剛石砂輪不同的特性,即孔隙率達到一定值時,隨著孔隙率繼續(xù)增大,磨削溫度反而升高;同一孔隙率金屬結(jié)合劑金剛石砂輪,細粒度金剛石砂輪的磨削溫度要低于微粉金剛石砂輪的磨削溫度。關(guān)鍵詞孔隙率;金屬結(jié)合劑;金剛石砂輪;磨削溫度;細粒度;微粉中圖分類號T Q164文獻標識碼AExper im en t a l study on gr i n d i n g tem pera ture of porous m et a l bondedd i a m ond g

3、r i n d i n g wheelsW ang ShaowuDai Q iulian(P rovincial Key R esearch L ab for S tone M ach ining,Huaqiao U niversity,Q uanzhou362021,Fu jian,Ch inaAbstractI n this paper,metal2bonded dia mond wheels of different sized abrasive grain with different por osity were fabricated.Grinding experi m ents w

4、ith these wheels on t w o kinds of granite were carried out under different grinding conditi ons.Grinding te mperatures were measured with ther mocoup le.Experi m ental results revealed that the grinding te mperature of metal2bonded dia mond wheels of different sized abrasive grain with different po

5、r osity increased both with the r otating s peed and the dep th of cut of grinding wheels.The grinding te mperatures of fine grain dia mond grinding wheel decreased with the increase of its por osity.However,the relati onshi p bet w een the grinding te mperatures of ultra fine grain dia mond grindin

6、g wheel and its por osity differs fr om that of fine grain wheel.Its grinding te mperature decreased first with the increase of its por osity t o a certain amount and then increased with the further increase of its por osity.W ith the sa me por osity,the grinding te mperature of metal2bonded fine gr

7、ain dia mond grinding wheels was l ower than that of ultra fine grain dia mond wheel.Keywordspor osity;metal2bond;diamond grinding wheel;grinding te mperature;fine grain;ultra fine grain.0引言傳統(tǒng)的金屬結(jié)合劑砂輪均屬于致密燒結(jié)型,此種砂輪由于容屑、排屑空間小,加上金屬的塑性,在工作時容易發(fā)生堵塞而導致工件表面燒傷,從而制約了金屬結(jié)合劑砂輪的廣泛應用。為了克服金屬結(jié)合劑砂輪容易堵塞的缺點,相繼出現(xiàn)了電鍍和單層釬

8、焊金剛石砂輪1。這兩種砂輪允許的線速度很高,目前國外電鍍砂輪的工作速度已高達250m/s300m/s,釬焊砂輪的最高速度可達500m/s。而且從容屑、排屑上得到了很大改善,但是由于只有單層磨料,壽命不高。為了使金屬結(jié)合劑砂輪在保持原有優(yōu)異特性的前提下,具備較好的容屑、排屑空間,烏克蘭和日本的一些學者做了相關(guān)的研究工作,開發(fā)出多孔隙燒結(jié)型砂輪2,3。通過實驗證實該種砂輪具有如下優(yōu)點4:(1砂輪鋒3福建省自然科學基金資助項目(E0410020第1期王少武等:金屬結(jié)合劑金剛石多孔砂輪磨削溫度的實驗研究利,易于從工件上去除材料;(2相對于致密金屬結(jié)合劑砂輪,易于整形和修銳,自銳能力較強;(3磨削溫度低

9、;(4由于砂輪工作面與工件接觸面積減少而使磨削力降低。然而,國外開發(fā)的多孔金屬結(jié)合劑金剛石砂輪是采用真空燒結(jié)5、通電燒結(jié)2和熱等靜壓6等方法燒結(jié)而成的,其工藝過程復雜、成本高,不便于在實際生產(chǎn)中得到廣泛應用。資料指出7,采用普通熱壓燒結(jié)法,通過選用合適的造孔劑并調(diào)節(jié)造孔劑的添加量,可以制備不同孔隙率的金屬結(jié)合劑金剛石砂輪。目前國內(nèi)對金屬結(jié)合劑金剛石多孔砂輪的磨削溫度的實驗研究還未見相關(guān)的報道,而磨削溫度是影響砂輪磨削性能和被磨工件表面質(zhì)量的重要因素。本文采用普通熱壓燒結(jié)法,通過選用合適的造孔劑并調(diào)節(jié)造孔劑的添加量制備了不同孔隙率、不同磨粒粒度的金屬結(jié)合劑金剛石多孔砂輪,測定不同磨粒粒度、不同孔

10、隙率的金屬結(jié)合劑金剛石多孔砂輪在不同磨削條件下磨削兩種不同工件材料的磨削溫度,并對這些砂輪的磨削溫度特征進行分析比較。1實驗內(nèi)容及方法磨削溫度測量采用磨絲工藝熱電偶夾絲測溫法,圖1為測溫實驗裝置示意圖,圖2為人工熱電偶夾絲示意圖。鎳鉻、鎳硅熱電偶的單絲直徑約為0.4mm,被磨后的熱電偶絲截面最大厚度約為0.08mm,兩絲之間的云母片厚度約為0.01mm,熱電偶絲的輸出連接到DE W E2010動態(tài)信號采集系統(tǒng),檢測系統(tǒng)量程選擇-0.1V0.1V,采樣頻率為1kHz,磨削區(qū)的溫度以微電壓的形式被采集到系統(tǒng)中。圖1測溫實驗裝置示意圖實驗用了兩種不同粒度的金剛石,其中的砂輪、和是粒度為230/270

11、目的金剛石砂輪,稱為細粒度金屬結(jié)合劑金剛石砂輪,而砂輪、和是粒度為W10的金剛石,稱為微粉金屬結(jié)合劑金剛石砂輪。實驗條件詳見表1。圖2人工熱電偶夾絲示意圖表1磨削實驗條件參數(shù)實驗條件整形、修銳裝置用釬焊的金剛石鐵塊整形,粒度50/60、70/80,氧化鋁砂輪修銳修整參數(shù)砂輪轉(zhuǎn)速600r/m in,工作臺往復速度7.2m/s工件花崗巖G603和楓葉紅:長×寬×高30×20×20金剛石砂輪直徑120mm,寬度10mm,粒度230/270、W10,金屬結(jié)合劑,金剛石濃度100%砂輪轉(zhuǎn)速1000r/m in、1400r/m in、1800r/m in、2000r

12、/m in、2200r/m in、2400r/m in磨削深度1m、2m、3m、4m、5m、8m、10m磨削方式往返一次,干磨砂輪孔隙率(24%,230/270、(38%,230/270、(46%,230/270、(24%,W10、(38%,W10、(46%,W10磨床型號日本M I TS U I精密磨床(型號:MSG-250HMD2實驗結(jié)果及分析本文平面磨削的弧區(qū)熱源模型采用三角形熱源模型,三角形分布熱源理論解析式為8(x,z=2qmvX+LX-L(1+XL-uLK(u2+z2du(1其中:u=(x-xv2;X=vx2;Z=vz2;L=vl2式中,qm為熱源強度;為傳入到工件的熱量比例;K為

13、零階二類修正貝塞爾函數(shù);v為熱源運動速度;l為磨削弧長;b為磨削弧區(qū)寬度;為熱導率;為熱擴散率。利用DE W E2010動態(tài)信號采集系統(tǒng)得到磨削弧區(qū)的電壓值,通過鎳鉻鎳硅熱電偶(K型分度表將電壓值轉(zhuǎn)化為溫度值,再利用上面的三角熱源理論解析式擬合出一條與原曲線近似的擬合曲線,通過溫度32 金剛石與磨料磨具工程總第163期的擬合曲線圖可以得到磨削溫度值。2.1不同孔隙率砂輪磨削不同材料的磨削溫度變化從圖3圖6可以看出,孔隙率均為24%的細粒度金剛石多孔砂輪和微粉金剛石多孔砂輪磨削G603和楓葉紅時,它們的磨削溫度都是隨著切深的增大和砂輪轉(zhuǎn)速的提高而不斷升高。對孔隙率分別為38%、46%的細粒度金剛

14、石多孔砂輪、及微粉金剛石多孔砂輪和進行磨削實驗,也得到與砂輪、相類似結(jié)果。這是由于隨著切深的增大,磨削體積相應增加,單顆磨粒切削厚度增大,故其所需要消耗的磨削能量也隨之增加,使得溫度上升。同樣地,隨著砂輪轉(zhuǎn)速的增加,單位時間內(nèi)工作的磨粒數(shù)增多,磨削厚度變薄,切屑變形能增大,同時產(chǎn)生滑檫和耕犁的磨粒數(shù)增多,摩擦加劇,比磨削能增大,因而導致磨削溫度升高。上述實驗結(jié)果表明不同孔隙率砂輪的磨削溫度隨磨削參數(shù)的變化規(guī)律和以往人們所得出的致密型砂輪的磨削溫度隨磨削參數(shù)的變化規(guī)律是一致的。2.2不同孔隙率砂輪磨削不同材料的磨削溫度比較42 第1期王少武等:金屬結(jié)合劑金剛石多孔砂輪磨削溫度的實驗研究圖10n

15、=1800r/m in 時,不同孔隙率微粉砂輪磨削楓葉紅溫度的比較從圖7和圖8可以看出,對于細粒度的砂輪來說,相同磨削條件下,孔隙率為24%的砂輪磨削溫度最高,38%的砂輪次之,的砂輪溫度最低,即隨著孔隙率的增加,砂輪的磨削溫度降低,最高和最低相差可達20。這是由于隨著孔隙率的增加,砂輪的容屑、排屑空間加大,因此磨削溫度降低。而從圖9和圖10微粉砂輪的實驗結(jié)果可以看出,46%的微粉砂輪溫度最高,24%的砂輪次之,38%的砂輪溫度最低。在其它砂輪轉(zhuǎn)速條件下也得到類似的實驗結(jié)果,說明微粉金剛石多孔砂輪存在一個最優(yōu)孔隙率值(38%。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是因為微粉砂輪的磨粒出刃高度很小,孔隙的尺寸也

16、小,當孔隙率在一定范圍時,孔隙的存在能增加砂輪的容屑、排屑空間,并使砂輪易于散熱和冷卻,因此磨削溫度會有所降低。但當孔隙率超過一定值時,由于大量的孔隙減少了其金屬結(jié)合橋的體積,降低了結(jié)合橋的強度及其對磨粒的機械把持能力,導致了金剛石磨粒的脫落,使得參與磨削的金剛石磨粒數(shù)減少,消耗的磨削能量增加,此時因為能量消耗的增加所帶來的磨削溫度的增加大于孔隙結(jié)構(gòu)所能帶來的降低溫度的作用,因此,太高的孔隙率反而使微粉金剛石多孔砂輪的磨削溫度升高。2.3同一孔隙率不同粒度砂輪磨削不同材料的磨削溫度比較圖11A p =2m 時,24%孔隙率的砂輪和磨削G603磨削溫度的比較52金剛石與磨料磨具工程總第163期 從圖13圖16可以看出,在同樣的磨削條件下,相同孔隙率的細粒度砂輪的磨削溫度要小于微粉砂輪的磨削溫度,而且兩者之間的磨削溫度的差值較大。這是由于同樣的孔隙率,細粒度砂輪的金剛石出露高度要比微粉砂輪的金剛石出露高度高,磨削時細粒度砂輪的磨削力會小于微粉砂輪,所需消耗的磨削能量較小,因此磨削溫度比較低。還因為細粒度砂輪的孔隙尺寸較大,對增加砂輪的容屑,排屑空間,提高砂輪的散熱和冷卻效果更大,因此細粒度金剛石多孔砂輪的磨削溫度低于微粉金剛石多孔砂輪的磨削溫度。2.4同一砂輪磨削不同材料磨削溫度的比較 從圖17圖22可以看出,不同孔隙率的細粒度砂輪磨