杏彩体育唯一官网:刀具制造技术：刀具磨削基础知识

　　砂轮是用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成。它的特性决定于磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等。

　　磨料是砂轮的主要成分，常用的磨料有氧化物系、碳化物系和超硬磨料系三类。几种常用磨料的特性及适用范围参见表2-8。

　　粒度表示磨料颗粒的尺寸大小。当颗粒尺寸较大时，以其能通过的筛网上每英寸长度上的孔数来表示粒度号，如60#表示磨粒刚能通过每英寸60个孔眼的筛网。粒度号越大，磨粒越细。当磨粒直径≤40mm时，粒度以实际尺寸大小表示，称为微粉，如尺寸为28mm的微粉，粒度号为

　　粗磨加工选用颗粒较粗的砂轮，以提高生产效率；精磨加工选用颗粒较细的砂轮，以减小加工表面粗糙度。砂轮与工件接触面积大时，选用颗粒较粗的砂轮，防止烧伤工件。

　　结合剂的作用是将磨粒粘结在一起，形成具有一定形状和强度的砂轮。常用的结合剂种类有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂和金属结合剂（常用青铜）。它们的性能及适用范围参见表2-10。

　　砂轮的硬度是指磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬度高，磨粒不容易脱落；反之磨粒容易脱落。砂轮的硬度分七个等级，参见表2-11。

　　磨削时，如硬轮硬度过高，则磨钝了的磨粒不能及时脱落，会使磨削温度升高而造成工件烧伤；若砂轮太软，则磨粒脱落过快不能充分发挥磨粒的磨削效能。

　　工件硬度较高时应选用较软的砂轮；工件硬度较低时，应选用较硬的砂轮；砂轮与工件接触面较大时，选用较软砂轮；磨薄壁件及导热性差的工件时选用较软的砂轮；精磨和成形磨时，应选用较硬的砂轮；砂轮粒度号大时，应选用较软的砂轮。

　　砂轮的组织是指磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮体积中所占的比例越大，则组织越紧密；反之，则组织越疏松。砂轮组织的级别及适用范围参见表2-12。

　　用金刚石和立方氮化硼磨料制造的超硬砂轮用浓度来表示砂轮内含有磨粒的疏密程度。浓度的高低用百分比表示，如25%、75%、100%、150%等，100%浓度对应的磨粒含量为0.88g/cm3。金刚石砂轮加工石材、玻璃时选较低浓度，加工超硬合金、金属陶瓷等难加工材料时选高浓度。立方氮化硼砂轮只用于加工金属材料，选高浓度较好。成型磨削和镜面磨削选用高浓度砂轮。

　　在砂轮的端面上一般都印有标志，用以标示砂轮的特性。例如：，表示该砂轮为平形砂轮（1），外径为

　　，厚度为，内径为，磨料为棕刚王（A），粒度号为60，硬度为中软2（L），组织号为5，结合剂为陶瓷（V），最高圆周速度为

　　磨削时砂轮表面上有许多磨粒参与磨削工作，每个磨粒都可以看做是一把微小的刀具。磨粒的形状很不规则，其尖点的顶锥角大多为90°~120°。磨粒上刃尖的钝圆半径大约在几微米至几十微米之间，磨粒磨损后

　　值还将增大。由于磨粒以较大的负前角和钝圆半径对工件进行切削（如图2-44所示），磨粒接触工件的初期不会切下切屑，只有在磨粒的切削厚度增大到某一临界值后才开始切下切屑。磨削过程中磨粒对工件的作用包括滑擦、耕犁和形成切屑三个阶段（参见图2-45）。

　　（1）滑擦阶段磨粒刚开始与工件接触时，由于切削厚度非常小，磨粒只是在工件上滑擦，砂轮和工件接触面上只有弹性变形和由摩擦产生的热量。

　　（2）耕犁阶段随着切削厚度逐渐加大，被磨工件表面开始产生塑性变形，磨粒逐渐切入工件表层材料中。表层材料被挤向磨粒的前方和两侧，工件表面出现沟痕，沟痕两侧产生隆起，如图2-45中N—N截形图所示。此阶段磨粒对工件的挤压摩擦剧烈，产生的热量大大增加。

　　（3）形成切屑当磨粒的切削厚度增加到某一临界值时，磨粒前面的金属产生明显的剪切滑移形成切屑。

　　磨削过程中产生的沟痕两侧隆起现象对磨削表面粗糙度有较大影响。图2-46所示为隆起量与磨削速度的关系，由图可知，随着磨削速度的增加，隆起减小，这是因为在较高磨削速度条件下，工件材料塑性变形的传播速度远小于磨削速度，磨粒侧面的材料来不及变形。增加磨削速度对减小隆起量是有利的。

　　磨粒在砂轮表面上是随机分布的，且高低不平。为便于分析，现假设磨粒前后对齐并均匀地分布在砂轮的外圆表面上。图2-47所示为砂轮磨削平面时的情况，当砂轮上的A点旋转到B点时，工件上的C点在这段时间内就移到B点，图中面积ABC所包含的材料就被磨削掉了，磨去的最大厚度为BD。如果用e表示砂轮每毫米圆周长上的磨粒数，则

　　式（2-35）是在假定磨粒分布均匀的前提下得到的。实际上磨粒在砂轮表面上的分布是极不规则的，不同磨粒的切削厚度可能会相差很大。但仍可从公式（2-35）对影响磨粒切削厚度的各有关因素作出以下定性分析。

　　单颗磨粒的切削厚度增大时，磨粒的切削负荷加重，磨削力增大，磨削温度升高，砂轮磨损加快，工件已加工表面质量将变差。

　　磨削力可以分解为三个分力：主磨削力（切向磨削力），切深力（径向磨削力），进给力（轴向磨削力）。如图2-48所示。

　　1）单位磨削力值大，原因是磨粒大多以较大的负前角进行切削。单位磨削力值在以上，而其他切削加工的值均在以下。

　　2）三向磨削分力中切深力值最大。在正常磨削条件下，与的比值约为。被磨材料塑性越小、硬度越大，值越大。表2-14列出了一组实验数据。

　　由于磨削时单位磨削力比车削时大得多，切除金属体积相同时，磨削所消耗的能量远远大于车削所消耗的能量。这些能量在磨削中将迅速转变为热能，磨粒磨削点温度高达1000~1400℃，砂轮磨削区温度也有几百度。磨削温度对加工表面质量影响很大，须设法控制。

　　（1）砂轮速度提高砂轮速度，单位时间通过工件表面的磨粒数增多，单颗磨粒切削厚度减小，挤压和摩擦作用加剧，单位时间内产生的热量增加，使磨削温度升高。

　　（2）工件速度增大工件速度，单位时间内进入磨削区的工件材料增加，单颗磨粒的切削厚度加大，磨削力及能耗增加，磨削温度上升；但从热量传递的观点分析，提高工件速度，工件表面被磨削点与砂轮的接触时间缩短，工件上受热影响区的深度较浅，可以有效防止工件表面层产生磨削烧伤和磨削裂纹，在生产实践中常采用提高的方法来减少工件表面烧伤和裂纹。

　　（4）工件材料磨削韧性大、强度高、导热性差的材料，因为消耗于金属变形和摩擦的能量大，发热多，散热性能又差，故磨削温度较高。磨削脆性大、强度低、导热性好的材料，磨削温度相对较低。

　　（5）砂轮特性选用低硬度砂轮磨削时，砂轮自锐性好，磨粒切削刃锋利，磨削力和磨削温度都比较低。选用粗粒度砂轮磨削时，容屑空间大，磨屑不易堵塞砂轮，磨削温度就比选用细粒度砂轮低。