磨削原理

一、砂轮的特性和选择
1.普通砂轮的特性和选择
普通砂轮是用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整制成，它的特性决定于磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等。
（1）磨料
磨料是砂轮的主要成分，普通砂轮常用的磨料有氧化物系和碳化物系两类。
（2）粒度
粒度表示磨料颗粒的尺寸大小。当磨粒尺寸较大时，用筛选法分级，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F60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。直径小于63?m的磨粒称为微粉，用光电沉降仪法分级；微粉的粒度号为F230~F1200，F后的数字越大，微粉越细。
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较大时，选用颗粒较粗的砂轮，防止烧伤工件。
（3）结合剂
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、树脂结合剂和橡胶结合剂。
（4）硬度
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，砂轮硬度越高，磨粒越不容易脱落。砂轮的硬度分七个等级。
磨削时，如砂轮硬度过高，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，也不易保持砂轮的外形。
工件材料硬度较高时应选用较软的砂轮；工件材料硬度较低时，应选用较硬的砂轮；砂轮与工件接触面较大时，应选用较软砂轮；磨薄壁件及导热性差的工件时应选用较软的砂轮；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。
（5）组织
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。
（6）砂轮形状
在砂轮的端面上一般都印有标志，用以标示砂轮的特性。
2. 超硬砂轮的特性和选择
超硬砂轮采用人造金刚石或立方氮化硼为磨料，除使用树脂结合剂和陶瓷结合剂外，还使用青铜和铸铁纤维等金属结合剂。
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。加工石材、玻璃时选较低浓度的金刚石砂轮，加工超硬合金、金属陶瓷等难加工材料时选高浓度金刚石砂轮。立方氮化硼砂轮只用于加工金属材料，应选用较高浓度的砂轮。成型磨削和镜面磨削选用高浓度砂轮。
二、磨削过程
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。
（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。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影响较大。隆起量与磨削速度的关系，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。由图知，增加磨削速度对减小隆起量是有利的。
三、磨削力
磨削力可以分解为三个分力：主磨削力（切向磨削力） ，背向力 ，进给力 。与切削力相比，磨削力具有以下特征：
1）单位磨削力 都在 以上，切削加工的 值均在 以下，原因是磨粒大多以较大的负前角进行切削。
2）三向磨削分力中 值最大。
四、磨削温度
1．磨削温度
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。
2．影响磨削温度的因素
（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。
（3）径向进给量 径向进给量 增大，单颗磨粒的切削厚度增大，产生的热量增多，使磨削温度升高。
（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，而散热性能又差，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，磨削温度比选用细粒度砂轮磨削时低。