一、砂輪堵塞類型機(jī)理砂輪堵塞類型有嵌入型、依附型、粘著型、混合型。嵌入型堵塞磨屑嵌砂輪工作表面氣孔處堵塞狀態(tài)。依附型堵塞磨粒靠暫時(shí)力量依附磨粒切削刃后刀面上一種堵塞狀況。粘著型堵塞指磨削熔化后粘附磨粒凸出切削刃四周或粘結(jié)劑上?;旌闲投氯陨先N類型某一微小部位集合或?qū)蛹?。嵌入型依附型堵塞機(jī)理嵌入型依附型堵塞屬于磨屑機(jī)械性地填充砂輪空隙產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。填充動(dòng)力來自兩個(gè)方面,一個(gè)外來,一個(gè)內(nèi),涉及到物理、電、熱等方面因素。外來因素:磨削加工有一個(gè)很重要特點(diǎn),徑向磨削分力Fy大于切向分力Fz,F(xiàn)y/Fz≥2~10,工件材料愈硬,塑性愈小,F(xiàn)y/Fz比值愈大,這樣磨削區(qū)磨屑強(qiáng)大正壓力作用下,被機(jī)械地?cái)D進(jìn)砂輪表面空隙里。從微觀上分析,磨屑沿磨粒前面滑出,磨粒前面局部區(qū)域堆積著數(shù)層磨屑,磨粒后面,由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)作用,形成一個(gè)氣流旋渦區(qū),旋渦區(qū)空氣壓力顯著減小,負(fù)壓作用下,使部分磨屑依附磨粒后面,形成磨粒后刀面依附性堵塞,依附物多數(shù)灰燼微粒。靜電場(chǎng)作用:砂輪與工件相對(duì)速度V砂遠(yuǎn)大于V工,普通無(wú)心磨床V秒=3~50m/s, 我國(guó)高速
無(wú)心磨床磨削速度成熟數(shù)值為50~80/s,國(guó)外試驗(yàn)速度達(dá)200m/s~250m/s,工件 速度1.5m/s 以下。砂輪與工作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),磨削區(qū)內(nèi),砂輪與工件表面將會(huì)因電子逸出原因出現(xiàn)按一定規(guī)律排布電荷。同時(shí),磨削區(qū)內(nèi)氣體也會(huì)因高溫作用導(dǎo)致被激放電,使性氣體電離成正離子電子。磨削區(qū)某些小區(qū)域內(nèi)形成了由砂輪工件組成小電場(chǎng),電場(chǎng)內(nèi),有性原子、正離子、電子、雜質(zhì)、粉塵,不僅有性原子被電離過程,還有正離子與電子復(fù)合過程。電場(chǎng)作用下,部分磨屑將呈現(xiàn)極性,根據(jù)異性相吸原理,與砂輪極性相反磨屑就被吸附砂輪工作表面。由于電場(chǎng)強(qiáng)度很小,所以吸附力也很弱,磨屑砂輪表面不牢靠,但借助于砂輪與工件之間較大機(jī)械壓力,使已吸附砂輪表面磨屑能穩(wěn)定地嵌入砂輪表面空隙之間。粘著型堵塞機(jī)理磨削過程絕大部分輸入功率轉(zhuǎn)化為磨削熱,使磨削點(diǎn)溫度高達(dá)1200K以上,如此高溫作用下,磨削首先遇空氣迅速氧化,形成低熔點(diǎn)金屬氧化物,接著這些金屬氧化物磨削區(qū)高溫加熱呈融化狀態(tài),覆蓋砂輪表面,當(dāng)砂輪上這部分表面再次參與磨削時(shí),磨削力作用下,有被擠開,有強(qiáng)化,增加了與砂輪親力附著力,還有被擠壓粘附工件表面隆起溝槽表面。通過多次隨機(jī)磨削,磨粒四周將粘附許多磨屑,使磨削力增大,溫度升高,由此形成惡性循環(huán),加劇堵塞,直至磨粒破碎或脫落,這熔化性粘結(jié)。不同元素之間化學(xué)親力粘結(jié)性堵塞又一重要原因。磨粒被磨削材料高溫下接觸,溫度因素使它們活動(dòng)能力增強(qiáng),親力加劇,當(dāng)具備一定條件時(shí),就導(dǎo)致化學(xué)反映,使磨粒磨屑砂輪表面生成一種喪失切削能力晶體。如剛玉類砂輪磨削鈦合金時(shí),磨屑很快地粘附磨粒上,并有向四周蔓延長(zhǎng)大趨勢(shì),清除磨屑后,仍有一些殘留物粘附磨粒周圍,他們氧、鈦、鋁復(fù)雜化合物,這個(gè)過程說明發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),方程式為3Ti+2Al2O3=3TiO2+4Al,生成物以TiO2為主,一些游離鋁分子,如改用碳化硅砂輪,堵塞會(huì)減輕,被磨削工件表面質(zhì)量也有所提高,這因?yàn)殁佁蓟栌H力小,磨粒表面不僅零散分布著一些粘附物,這些粘附物再次進(jìn)入磨削區(qū)時(shí),大部分摩擦、擠壓作用下脫落。二、砂輪自身對(duì)堵塞影響磨料不同磨料與工件材料化學(xué)親力不同,磨削溫度不同,磨削力不同,為了減少堵塞程度,不同工件材料,應(yīng)選用不同磨料種類。用剛玉類磨料磨削鐵碳合金,碳空氣與氧氣生成一層很薄氧化膜,能有效地阻止工件與磨料之間化學(xué)親作用,但磨削鈦合金,堵塞則嚴(yán)重多了。磨料熱穩(wěn)定性對(duì)堵塞也有舉足輕重影響,熱穩(wěn)定性好磨料比熱穩(wěn)定性差堵塞輕多。如用立方氮化硼磨料磨削鈦合金時(shí),磨削效率比用白玉剛磨料砂輪提高幾十倍。磨料粒度組織相同前提下,磨料愈細(xì),砂輪單位周長(zhǎng)內(nèi)磨粒粒度數(shù)愈多,愈均勻,氣孔數(shù)目也愈多,但單個(gè)氣孔體積就愈小,相同磨削參數(shù)下,細(xì)砂輪容易堵塞。半精磨精磨時(shí),切入次數(shù)多,切入量小,溫度低,堵塞輕,常選擇細(xì)砂輪。粗磨時(shí),切入量大,磨削溫度高,堵塞孔隙磨屑、熔結(jié)物多,應(yīng)選擇粗砂輪。粘結(jié)劑與硬度砂輪硬度指磨粒脫落難易程度,由粘結(jié)劑強(qiáng)度予以保證,它們對(duì)砂輪堵塞影響較大。 粘結(jié)劑強(qiáng)度愈高,砂輪硬度愈大,磨粒磨鈍量就愈多,磨粒脫落前對(duì)工件劃擦、擠壓愈加嚴(yán)重,磨屑更容易機(jī)械地填充到砂輪孔隙去,砂輪空隙磨屑加劇了砂輪對(duì)工件材料摩擦、擠壓,同時(shí)磨屑這個(gè)過程得以強(qiáng)化,這個(gè)過程還伴隨產(chǎn)生更多摩擦熱,摩擦熱為粘結(jié)性堵塞提供熔結(jié)物。因此砂輪硬度越高,堵塞越嚴(yán)重。所以磨削難加工工件材料時(shí),應(yīng)選擇軟一點(diǎn)砂輪。砂輪組織砂輪組織反映了磨料、粘結(jié)劑、氣孔之間比例關(guān)系,組織愈密,氣孔比例就愈小,切削刃間隔距離也愈小,砂輪更容易堵塞。含有53%磨粒砂輪比含49.2%磨粒平均堵塞量要高兩倍,含45%磨粒砂輪比含49.2%磨粒平均堵塞量要少一半。磨削難加工材料時(shí)應(yīng)選 擇組織號(hào)為7-8級(jí)砂輪。四、磨削條件影響砂輪線速度砂輪線速度影響比較復(fù)雜,當(dāng)砂輪從28.8m/s提高到33.6m/s時(shí)速度只提高了16%,而堵塞 量增加了三倍。因?yàn)樯拜喚€速度增加使磨粒zui大切深減小,切屑截面積減小,同 時(shí)切削次數(shù)磨削熱增加,使得堵塞量增加。但當(dāng)砂輪線速度高到一定程度時(shí)(如達(dá)到50 m/s以上),砂輪堵塞量反而大大下降。因此磨削加工時(shí)選擇砂輪速度避開20m/s至50m/s這個(gè)速度。工件速度實(shí)驗(yàn)表明,工作速度提高一倍,砂輪堵塞量增加三倍。因?yàn)楣ぜ俣扔撸チX?fù)荷愈大, 磨粒切入深度就愈淺,切屑截面積變小,當(dāng)磨削厚度增大,磨粒鈍化加重,加大砂輪對(duì)工件 磨削層擠壓,相當(dāng)于砂輪特性變硬,因而會(huì)加劇砂輪堵塞。
磨削方式磨削方式上,凡增大砂輪與工件接觸面積磨削均會(huì)加劇砂輪堵塞。這因?yàn)樯拜喤c工件接觸面積大,磨粒切削刃會(huì)同一磨痕上多次劃擦,使工件上磨削層強(qiáng)化加劇,冷卻液 又難以進(jìn)入磨削區(qū),磨削熱量多、溫度高,為堵塞創(chuàng)造條件,易產(chǎn)生化學(xué)粘著性堵塞嵌入性堵塞。如端磨比周磨易堵塞,橫向切入磨削比縱向磨削堵塞嚴(yán)重。 徑向切入量徑向切入量對(duì)砂輪堵塞影響呈駝峰趨勢(shì)。當(dāng)徑向切入量較小時(shí),(ap<0.01mm)產(chǎn)生堵塞現(xiàn) 象,隨著切入量增加,平均堵塞量也增加,當(dāng)切入量大到一定程度(ap=0.03mm)時(shí),堵塞 量又呈減小趨勢(shì),之后隨著切入量繼續(xù)增加(達(dá)ap=0.04mm) 時(shí),堵塞量又急劇上升。 磨削液不同磨削液對(duì)磨削效果影響很大,目前通用乳化液含有大量礦物油油性添加劑,稀釋后呈水包油乳白色液體,它比熱容導(dǎo)熱系數(shù)小,劇烈摩擦過程很容易造成砂輪與工件間粘附磨損擴(kuò)散磨損,使砂輪堵塞,磨削力增大,zui后引起磨料過早破碎脫落,使 磨削比降低。因此,選用優(yōu)良磨削液對(duì)改善磨削性能有重要作用。
三、無(wú)心磨床屑形成磨削過程一個(gè)復(fù)雜多因素、多變量共同作用過程,其目通過切除一定量工件材料獲得較高表面質(zhì)量精度。砂輪一個(gè)由磨料、結(jié)合劑經(jīng)壓坯、干燥、燒結(jié)而成疏松體,其單個(gè)磨粒就一把微小切削刃,有很大負(fù)前角刃口鈍圓半徑。高速運(yùn)動(dòng)磨粒經(jīng)過滑擦、耕犁后切入工件。切削層材料有明顯沿剪切面滑移后形成短而薄切屑,這些磨屑磨削區(qū)內(nèi)被加熱到很高溫度(如碳鋼材料可達(dá)到1200K以上),然后被氧化熔化,隨后固化成微粒球體,球體面上還有某些叉枝,這種球狀磨屑一種主要磨屑形式。磨削不銹鋼Cr20Ni24Si4Ti時(shí),通過掃描電子顯微鏡,發(fā)現(xiàn)大量球狀磨屑,當(dāng)然還伴隨著帶狀、節(jié)狀磨屑以及灰燼,這些磨屑有不少部分將會(huì)填充到砂輪氣孔,依附磨料四周 ,引起砂輪堵塞,導(dǎo)致磨削精度下降,燒傷工件,縮短砂輪壽命。