砂輪的磨損與修整

關(guān)于砂輪的磨損與修整一、砂輪的磨損形式在磨削過程中，砂輪的磨損形式主要有機械磨損、化學(xué)磨損和粘附磨損三種方式。1、機械磨損機械磨損是由于磨削過程中的磨具表面的磨粒在參與切削時受到工件對它的反作用力而產(chǎn)生的變化形態(tài)，包括磨耗磨損、破碎和脫落三種形式1）磨耗磨損砂輪表面鋒利的切削刃在磨除工件的過程中，逐漸被磨損成小平面，如圖6—1中的C—C面所示。這種較慢的連續(xù)的磨損稱之為磨耗磨損圖6—1砂輪的磨損第2頁,共30頁，2024年2月25日，星期天磨粒磨耗磨損的特征：有明顯的磨損平面，使磨粒與工件的接觸面積增大，作用在磨損平面上的摩擦力增大，摩擦功也增大，由摩擦功的消耗而產(chǎn)生的熱量大大增加，從而使磨削區(qū)形成高溫。由于磨削力和磨削溫度的增加，不僅促使磨耗磨損在砂輪磨損中占主導(dǎo)地位，而且成為影響工件表面質(zhì)量的主要因素磨耗磨損的影響因素：（1）工件材料材料中的硬質(zhì)點往往是砂輪迅速磨損的原因之一。有些材料本身的硬度雖然不高，但由于材料中含有高硬度的質(zhì)點，也應(yīng)采用高硬度的磨粒。（2）磨削過程中產(chǎn)生的高溫也會使磨粒有一定程度的硬度下降，磨耗磨損的速度會有加劇的趨勢第3頁,共30頁，2024年2月25日，星期天2）磨粒的破碎磨粒表面破碎一般說來對磨削過程的不利影響較小，反而能恢復(fù)砂輪的切削性能，提高砂輪的耐用度磨粒受到強烈的磨削力的擠壓作用，形成很大的機械應(yīng)力。同時，磨粒以極高的速率加熱到高溫，退出磨削區(qū)后又以極高的速率冷卻，磨粒在高頻地加熱、冷卻的過程中，形成很大的熱應(yīng)力。當(dāng)磨粒切刃處的內(nèi)應(yīng)力（包括熱應(yīng)力和機械應(yīng)力）超過它的斷裂強度時就會產(chǎn)生局部破碎如圖6—1B—B面所示圖6—1砂輪的磨損第4頁,共30頁，2024年2月25日，星期天影響磨粒破碎的主要因素有：

ⅰ）內(nèi)聚能密度Ec/V—Ec為內(nèi)聚能即點陣能，就是晶體相對于它的離子無限分離的能量。材料的內(nèi)聚能密度越大，其抗破碎能力越強ⅱ）熱傳導(dǎo)系數(shù)—在相同的受熱條件下，熱傳導(dǎo)系數(shù)決定了磨粒表面到內(nèi)部的溫度梯度的大小。熱傳導(dǎo)系數(shù)愈小，磨粒表面到內(nèi)部的溫度梯度愈大，熱應(yīng)力愈大，磨粒就愈容易產(chǎn)生破碎現(xiàn)象。各種常用磨料的導(dǎo)熱性能由良到差的順序依次為：金剛石、立方氮化硼、碳化硅、剛玉ⅲ）熱膨脹系數(shù)—此系數(shù)用來衡量物質(zhì)受熱后其線性膨脹量的大小。熱膨脹系數(shù)越大，則受熱后材料的線性膨脹量越大，熱應(yīng)力愈大。物體不均勻受熱時，其內(nèi)部各處的膨脹量不一致，則產(chǎn)生很大的內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致磨粒破碎第5頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（3）脫落磨削中當(dāng)磨粒所受的力大于砂輪結(jié)合劑對它的把持力時，結(jié)合劑將發(fā)生斷裂，使磨粒整體從砂輪中脫落下來。在普通磨削時，極少發(fā)生這種情況，只有在強力磨削和荒磨等工序以及使用軟砂輪時，才會產(chǎn)生這種現(xiàn)象2、化學(xué)磨損在磨削區(qū)中能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可由熱力學(xué)函數(shù)確定：ΔG=ΔH-ΔS·ΔT

式中ΔG——自由能之差；

ΔH——焓之差；

ΔS——熵之差；

ΔT——溫度。當(dāng)ΔG為負(fù)值時，表示有自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)磨料

工件材料大氣及磨削液

結(jié)合劑圖6—2磨削區(qū)中可能的化學(xué)反應(yīng)第6頁,共30頁，2024年2月25日，星期天SiC(固)+4Fe(液)→FeSi(固)+Fe3C(固)ΔG為-12.7kcal/mol，說明有自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，因而SiC不適于用來磨削鋼材。SiC對于玻璃具有很高的耐磨性是由于在SiC顆粒表面生成一層SiO2薄膜的緣故，其反應(yīng)為SiC（固）+2O2（氣）→SiO2（固）+CO2（氣）ΔG為-265kcal/mol，說明反應(yīng)極容易發(fā)生。剛玉磨削玻璃時其耐磨性很低，多半是在磨削過程中反應(yīng)生成了非常穩(wěn)定的耐火材料莫來石的緣故。其反應(yīng)方程式為：3Al2O3(固)+2SiO2(固)→3Al2O3·2SiO2(莫來石)其ΔG為-55kcal/mol。剛玉在磨削鋼材時其可能的化學(xué)反應(yīng)是：Fe(固)+Al2O3(固)→FeO(固)+Al(固)其ΔG為+67.2kcal/mol，因此反應(yīng)可以忽略不計。作為化學(xué)磨損的典型例子是，硬度比SiC高的B4C

，不論磨削何種材料均磨損很快，這是因為在高溫下會發(fā)生下列反應(yīng)：B4C（固）+4O2（氣）→2B2O3（固）+CO2（氣）第7頁,共30頁，2024年2月25日，星期天金剛石是一種高硬度磨料，但在高溫下會石墨化和氧化立方氮化硼磨料在高溫下與水起化學(xué)反應(yīng)，生成硼酸和氨氣3、粘附磨損在磨削某些金屬材料時，金屬的切屑會粘附在磨粒的切削刃上，這些粘附物與工件接觸時可能脫落或進一步粘附，并引起磨粒的破碎或脫落，使工件表面光潔度變得十分粗糙，以及出現(xiàn)磨削燒傷。這種金屬屑片鑲在磨粒表面的現(xiàn)象叫作粘附粘附的形成因素，大致有下列幾方面：（1）離子半徑和電荷的差別金屬的離子半徑如果與鋁接近，并且對氧有大的電位差，則此金屬與氧不但有好的離子尺寸配合，而且有強的靜電結(jié)合，這是產(chǎn)生粘附的一種可能。（2）晶體的結(jié)構(gòu)和點陣參數(shù)粘附的另一種形式是金屬通過它的表面氧化膜與剛玉粘附，金屬表面的氧化物如果與Al2O3有相同的晶體結(jié)構(gòu)和相近的點陣參數(shù)，那么就容易與剛玉結(jié)合。（3）與氧的親和力以及形成氧化物的自由能金屬氧化物與剛玉結(jié)合的可能性，不僅要考慮它的晶體結(jié)構(gòu)和點陣參數(shù)，而且還必須知道金屬表面氧化物生成的條件。只有當(dāng)金屬與氧有高的親和力和大而負(fù)的氧化自由能時，才容易在表面形成穩(wěn)定的氧化物。（4）金屬氧化物在剛玉中的固體溶解度第8頁,共30頁，2024年2月25日，星期天二、砂輪的壽命及其判據(jù)

砂輪在兩次修整之間的實際磨削時間稱為砂輪的壽命

砂輪磨損后所產(chǎn)生的磨削現(xiàn)象主要有：1.磨削過程產(chǎn)生自激振動、工件表面出現(xiàn)再生振紋；2.磨削噪音的增大；3.工件表面出現(xiàn)磨削燒傷；4.磨削力急劇增大或減??；5.磨削精度下降；6.磨削表面粗糙度增大三、砂輪壽命終結(jié)的形式硬度粒度號

磨具狀態(tài)的變化與砂輪的磨料性質(zhì)、粒度、硬度、組織有關(guān)。粒度、硬度與磨削狀態(tài)的關(guān)系見圖6—3。砂輪正常的工作狀態(tài)：第9頁,共30頁，2024年2月25日，星期天四、評價砂輪磨削性能的指標(biāo)1、磨削效率（1）磨除率(Z)磨除率的定義為單位時間內(nèi)磨除的工件的體積或重量，單位為“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單位寬度在單位時間所磨去的工件體積來表示，符號為Z’，單位為mm3/mm·s。比磨除率Z’表示在磨具耐用度期間內(nèi)，磨具的平均單位寬度的磨除率1、磨耗磨損型2、砂輪堵塞型3、脫落型

砂輪在磨削一段時間后，由于磨削過程中的磨損、堵塞和脫落，切削性能大大下降和失去正確的幾何形狀，因而影響加工的精度和表面質(zhì)量。砂輪處于這種狀態(tài)為砂輪磨損第10頁,共30頁，2024年2月25日，星期天式中VWC—磨除的工件體積

VSC—砂輪的損耗體積磨耗比磨削比4.工件表面層質(zhì)量工件表面層質(zhì)量主要是指工件的粗糙度、表面精度及表面層的燒傷和裂紋等

2、砂輪耐用度所謂砂輪耐用度，是指砂輪修整后從開始磨削到不能繼續(xù)正常磨削而需要再次修整時為止這一段時間內(nèi)所磨除的金屬量3.磨削比砂輪在磨削工件的同時，本身也有一定的損耗。磨除的工件體積(或重量)與砂輪的損耗體積(或重量)之比叫磨削比第11頁,共30頁，2024年2月25日，星期天五、砂輪磨損量的測定1、臺階簡易測量法首先，在磨削前將砂輪修整成如圖6—8所示的形狀，并用小試片復(fù)制砂輪的這一形狀，然后精確地測量復(fù)制臺階上的高差。當(dāng)砂輪磨削一段時間后，再用另一試片重新復(fù)制砂輪磨損后的形狀，同樣精確地測量復(fù)制片的臺階高度差。那么，磨削前后砂輪臺階高差之差即為砂輪半徑的磨損量第12頁,共30頁，2024年2月25日，星期天2、氣動式測量法如果噴嘴與砂輪表面之間的距離為h，那么，閥1的平衡關(guān)系為：

P2A=W+P1A式中P1、P2——進入汽缸上、下腔的壓力。

A——閥芯活塞的面積。

W——閥芯的重量。在磨削過程中，當(dāng)砂輪磨損后，噴嘴與砂輪的表面距離增大，使閥芯失去平衡而下降。在移動過程中引起閥芯上端差動變壓器的電量變化。將這一變化輸入、放大并標(biāo)定便可測出砂輪的磨損值第13頁,共30頁，2024年2月25日，星期天3、光截法

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（如圖c所示）。但觀察用的顯微鏡2與砂輪圓周相切（如圖b所示），這樣就能觀察和拍攝磨粒切刃的形態(tài)。磨粒切刃的軸向位置與長度尺寸可通過顯微鏡2中的刻度目鏡進行測量

第14頁,共30頁，2024年2月25日，星期天4、光自動測量法

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穿過窗口（a×δ）后，便通過光電倍增管得到對應(yīng)的光電輸出波形。然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15頁,共30頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)修整砂輪的方法一、普通磨料磨具的修整方法和修整器1車削法車削法所采用的修整工具分為以下幾種：ⅰ大顆粒天然金剛石

ⅱ天然金剛石片狀修整器

ⅲ金剛石筆第16頁,共30頁，2024年2月25日，星期天ⅲ金剛石筆層狀分布鏈狀分布粉末狀分布第17頁,共30頁，2024年2月25日，星期天2滾壓法(a)切入滾壓法(b)縱向滾壓法

這種方法修整后，砂輪表面的磨粒比較鋒利，但由于磨粒和結(jié)合劑的碎屑不容易排除，容易堵塞砂輪表面，影響砂輪的磨削能力

第18頁,共30頁，2024年2月25日，星期天3磨削法(a)金剛石滾輪切入法修整(b)磨粒圓盤縱向磨削法修整

修整后砂輪表面的磨粒比較平鈍，適合精密磨削第19頁,共30頁，2024年2月25日，星期天二、超硬磨料磨具的修整

超硬磨料砂輪的修整，通常分為整形和修銳兩個工序。整形是對砂輪進行微量切削，使砂輪達到所要求的幾何形狀精度，并使磨料尖端細微破碎，形成鋒利的磨削刃。修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒間有一定的容屑空間，并使磨刃突出于結(jié)合劑之外，形成切削刃。對于結(jié)合劑疏松型超硬磨料砂輪（如陶瓷結(jié)合劑金剛石或立方氮化硼砂輪），整形和修銳可在一個工序中同時進行；對于結(jié)合劑密實型超硬磨料砂輪（如樹脂或金屬結(jié)合劑金剛石砂輪），整形和修銳則應(yīng)分別進行1、超硬磨料砂輪的整形方法

（1）金剛石筆整形法用于修整樹脂結(jié)合劑超硬磨料砂輪，修整時砂輪應(yīng)低速旋轉(zhuǎn)，否則修整效果不好，且金剛石筆很快磨損，用這種方法修整的砂輪表面較光滑，磨削性能差，形狀及尺寸精度較低。故該方法只在沒有其他修整條件下使用。第20頁,共30頁，2024年2月25日，星期天（2）滾壓整形法所用的整形砂輪為綠色碳化硅或白剛玉陶瓷結(jié)合劑砂輪，其粒度應(yīng)根據(jù)超硬磨料砂輪的粒度選擇。若超硬磨料砂輪粒度細，則應(yīng)選用較細粒度的修整輪。滾壓修整法的修整機理與金剛石筆修整工具的修整機理不同。滾壓修整法主要靠壓力使磨粒破碎與脫落，而金剛石筆修