7砂轮的磨损与修整

 

  金属氧化物与刚玉结合的可能性，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，才容易在表明产生稳定的氧化物。

  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； 硬 4.磨削力急剧增大或减小； 度 5.磨削精度下降； 6.磨削表面粗糙度增大 三、砂轮寿命终止的形式 砂轮正常的工作状态： 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6—3。

  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

  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 生的热量大幅度提升，从而使磨削区形成高温。

  由于磨削力和磨削温度的增加，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上的质量的主要因素

  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某些特定的程度的硬度下降， 磨耗磨损的速度会有加剧的趋势

  (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比较高的砂 轮。软钢磨削法有单滚轮法和双滚轮法

  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。

  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。

  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6—1中的 C—C面所示。这种较慢的连 续的磨损称之为磨耗磨损 图6—1 砂轮的磨损

  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 常稳定的耐火材料莫来石的缘故。其反应方程式为： 3Al2O3(固)2SiO2(固)→3Al2O3·2SiO2(莫来石) 其ΔG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ΔG为67.2kcal/mol，因此反应可忽略不计。

  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

  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6—8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 砂轮台阶高差之差即为砂轮 半径的磨损量

  影响磨粒破碎的重要的因素有： ⅰ）内聚能密度Ec/V—Ec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 ⅱ）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 ⅲ）热线胀系数—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

  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一起进行；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。故该方法只在无另外的修整条件下使用。

  （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： 磨 料 工件材料

  （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、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×δ）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，就能够得到磨 粒磨损、钝化、破碎、脱落 以及新磨粒出现等变动情况， 以此来实现对砂轮工作面或磨 粒的跟踪检测。

  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），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

  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=WP1 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

  车削法所采用的修整工具 分为以下几种： ⅰ 大颗粒天然金刚石 ⅱ 天然金刚石片状修整器 ⅲ 金刚石笔

  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

  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，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，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

  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， 切削性能大幅度下降和失去正确的几何形状，因而影响加工的精度和 表面上的质量。砂轮处于这种状态为砂轮磨损 1、磨耗磨损型 2、砂轮堵塞型 3、脱落型 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/mm· s。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

  式中ΔG——自由能之差； ΔH——焓之差； ΔS——熵之差； ΔT——温度。 大气及磨削 液

  2）磨粒的破碎 磨粒受到强烈的磨削力的挤压作 用，形成很大的机械应力。同时， 磨粒以极高的速率加热到高温， 退出磨削区后又以极高的速率冷 却，磨粒在高频地加热、冷却的 过程中，形成很大的热应力。当 磨粒切刃处的内应力（包括热应 力和机械应力）超过它的断裂强 度时就会产生局部破碎

  如图6—1B—B面所示 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