磨削加工中砂轮排屑难题探讨（通用2篇）
磨削加工中砂轮排屑难题探讨 篇1
磨削加工中砂轮排屑难题探讨
磨削加工是一种应用广泛的金属切削方法，主要加工传统刀具难以切削的硬质材料以及表面质量、尺寸精度要求高的材料。随着大量新材料的出现和运用对零件精度、质量的要求，磨削加工应用的增长幅度超过其他传统加工方法。磨削加工中，磨粒的尺寸、形状和分布对加工起着重要作用，但在加工韧性金属时，出现砂轮急剧堵塞钝化，导致砂轮寿命缩短，为避免砂轮堵塞钝化和产 生的不利影响，分析砂轮堵塞机理、成因非常必要。
1.磨屑的形成磨削过程是通过切除一定量的工件 材料获得较髙表面质量和精度，常用刀具为砂轮。砂轮是由磨料、结合剂经压坯、干燥、烧结而行成的疏松体，其单个磨粒就是一把微小的切削刃，有很大的负前角和刃口钝圆半径。高速运动磨粒经过滑擦、耕犁后切入工件，切削层材料有明显的沿剪切面滑移后形成了短而薄的切屑，这些磨屑在磨削区内被加热到很高的温度，然后被氧化和熔化，而固化成微粒球体，在球体面上还有某些叉枝，是一种主要磨屑形式。磨削耐酸不 锈钢Cr20Ni24Si4Ti时，发现大量球状磨屑，还伴随着带状、节状磨屑以及灰烬, 这些磨屑有不少部分将会填充到砂轮气孔中，依附在磨料的四周，引起砂轮的堵塞，导致磨削精度下降，烧伤工件，缩短砂轮寿命。
2.砂轮堵塞的类型和机理分析
2.1砂轮堵塞的类型
砂轮堵塞的类型有嵌入型、粘着型和混合型。嵌入型堵塞是磨屑嵌塞在砂轮工作表面空隙处的堵塞状态;粘着型堵塞是磨屑熔结在磨粒及结合剂上的堵塞状态;混合型堵塞是既有嵌入型堵塞又有粘着型堵塞。
2.2嵌入型堵塞的机理分析
外来因素：磨削加工有一个很重要的特点，一般Fy/Fz大于2?10,工件 材料愈硬，塑性愈小，比值愈大，磨削区的磨屑在强大的正压力作用下，被机械挤进砂轮表面的空隙里。磨屑是沿磨粒前面滑出，磨粒前面的局部区域堆积着数层磨屑，在砂轮高速旋转的作用，磨粒后面形成气流旋涡区，旋涡区的空气压力显著减小，在负压力作用下，使部分磨屑依附在磨粒的后面，形成磨粒后刀面的依附性堵塞，依附物多数是灰烬和微粒。
静电场的作用：在磨削区某些小区域内形成了有砂轮和工件组成的小电场，在电场的作用下，部分磨屑将呈现极性，根据异性相吸原理，与砂轮极性相反的磨屑就被吸附在砂轮工作表面。借助于砂轮与工件之间较大的机械压力，使己吸附在砂轮表面的磨屑能稳定地嵌入砂轮表面空隙之间。
2.3粘着型堵塞的机理分析
熔化性粘结：磨削过程中绝大部分输入功率转变为磨削热，使磨削点温度高达1200k以上，磨屑遇空气快速氧化，形成低熔点的金属氧化物，在磨削区高 温加热呈熔化或微熔状态，覆盖在砂轮表面，当砂轮上这部分表面再次参与磨削时，在磨削力的作用下被挤开或强化，增加了与砂轮的亲和力和附着力，有的被挤压粘附在工件表面隆起的沟槽表面 中。通过多次随机磨削，磨粒四周粘附许多磨屑，使磨削力增大，同时温度升高, 由此引起恶性循环，加剧堵塞，直至磨粒破碎或脱落。
化学性粘结：不同元素之间的化学亲和力是粘结性堵塞的又一重要原因。磨粒和被磨削材料在髙温下接触，温度因素使它们活动能力增强，亲和力加剧，当具备一定条件时就导致化学反应，使磨粒和磨屑在砂轮表面生成一种丧失切削能力的晶体。
3.砂轮自身对堵塞的影响
3.1磨料种类
不同砂轮堵塞程度差别很大，从减少堵塞程度，改善磨削效果来看，不同的工件材料，应选用不同的磨料种类。如果选用的磨料不能适应工件材料的磨削性能，就容易产生急剧堵塞，使加工无法正常进行。如用刚玉类磨料磨削铁碳合金，碳在空气中与氧气生成一层很薄的氧化膜，能有效地阻止工件与磨料之间的化学亲和作用，但如磨削钛合金，堵塞则严重的多。有的工厂磨床上的砂轮久用不换，能磨万物，好似节约、方便，实际上损失了效率和精度。
3.2磨料粒度
磨料粒度对砂轮堵塞有一定影响，一般来说细粒度比粗粒度容易产生堵塞现象。因为细粒度砂轮的孔隙容积和磨屑截面积都小，细粒度砂轮的切刃数增加，切屑也多，加上磨削温度升高等原因，在切入次数较小的范围内，细粒度砂轮容易堵塞。随着切入次数的增多，粗粒度的砂轮与细粒度砂轮相比，切入的深度要大，磨粒切刃磨损量就大，且磨削温度上升，在孔隙里的切屑熔结物就增多。到一定次数后，粗粒度砂轮的堵塞量反而要超过细粒度砂轮的堵塞量。半精磨和精磨时，切入量小，温度低，堵塞轻，选择细砂轮;粗磨切入量大，温度高，堵塞在空隙的磨屑、熔结物多，选择粗砂轮。
3.3砂轮的硬度
砂轮的硬度指磨粒脱落的难易程度，由粘结剂的强度予以保证。粘结剂强度愈高，砂轮硬度也愈大，磨粒磨钝量就愈多，磨粒脱落前对工件的滑擦、挤压愈加严重，磨屑更容易机械地填充到砂轮空隙中去，同时还伴随着产生更多的摩擦热，摩擦热为粘结性堵塞提供熔结物。因此砂轮的硬度对堵塞量影响较大，砂轮越硬，堵塞量越大。一般情况下，砂轮硬度选用G?H,在一些难加工的材料中，也采用D?0的硬度。
3.4砂轮组织
砂轮组织反映了磨料、粘结剂、气 孔三者之间的比例关系。砂轮组织越密，工作得磨粒数越多，切削刃间距离变小，砂轮更容易堵塞。含有45%磨料的砂轮比含49.2%磨粒的平均堵塞量要少一半;含有53%磨料的砂轮比含49.2%磨料的砂轮磨削工件的堵塞量高二倍。在磨削难加工 材料时应选择组织号为7至9号的砂轮，大气孔的砂轮就大气孔砂轮效果较好。
4.磨削条件的影响
4.1砂轮线速度
砂轮线速度的增加使磨粒的最大切深减少，切屑截面积减小，同时切削次数和磨削热增加，这两个因素均使堵塞量增加，但是当砂轮线速度高达一定程度时(如达50m/s以上)砂轮的堵塞量反而大大下降。在生产中磨削不锈钢、高温合金时，50m/s砂轮速度比30m/s砂轮的堵塞量减少30%?100%。因此，在磨削难磨材料时，要么采用低于20m/s 的速度，要么采用高于50m/s的速度，选在其之间的磨削速度对砂轮的堵塞是很不利的。对于各种工件材料来说，各有一定的其堵塞量小的临界砂轮速度值。
4.2工件速度
工件的速度对砂轮堵塞程度的影响，与切削条件中其他因素有密切关系。工件线速度提高一倍，砂轮堵塞量增加三倍。这是因为工件速度越高磨粒切入深度就越浅，切屑截面积变小，相当于砂轮特性变硬，故容易引起砂轮堵塞。
4.3磨削方式
切入磨削比纵向磨削堵塞严重。在切入磨削时，砂轮与工件间接触面积大，磨粒切削刃在同一条磨痕上要擦过几次，磨削液进入磨削区困难，磨削时热量高，易造成堵塞。纵磨接触工件材料的是砂轮一侧缘，当磨损面增大到一定程度时，在磨削力作用下磨粒破碎、断裂，实现自锐。大多数磨粒能处于锋利状态下工作，使磨削力和磨削热相对来说较低。同时，受磨削力和磨削热影响区的相当 一部分可以顺纵磨方向排出到工件之外，故降低了发生化学粘附的可能性。
4.4径向切入量
径向切入量对砂轮堵塞的影响呈驼峰趋势。当径向切入量较小时(ap<0.01mm),产生堵塞现象，随着切入量的增加，平均堵塞量也增加，当切 入量增大到一定程度(ap=0.03mm)时，堵塞量又呈减少趋势，之后随着切入量的继续增加(达到ap=0.04mm)时，堵塞量又急剧上升。在磨削难磨材料时，控制最后一次径向切入量，对于提高工件的表面质量和精度是至关重要的。
4.5磨削温度
磨削时，凡是增加磨削热、导致磨削温度升高的因素，都会加剧砂轮的堵塞，堵塞形式主要是粘结型堵塞，当然也伴随着扩散型堵塞。
4.6砂轮修整速度
砂轮修整速度对堵塞有明显影响，当砂轮修整速度低时，砂轮工作表面平坦，单位面积内有效磨刀数增加，使切屑的截面积变小，切削数量增多，故容易产生堵塞。当砂轮修整速度髙时，砂轮工作面变粗，有效磨粒数减小，在砂轮表面出现凹部，起到孔隙作用，切屑易被冲走，熔结物容易脱落。
5.结语
砂轮堵塞是磨削加工中的普遍现象，无论加工条件选择得如何合理，要完全防止堵塞是不可能的，只是程度上有所不同。砂轮种类和加工条件对砂轮堵塞 有较大影响，但最主要的是被加工材料 的物理、力学性能和有无磨削液。
6.选择美高研磨机，减轻砂轮堵塞。
研磨机优势：
1.可以任意调整钻头切削刃的后角角度。2.可以任意调整钻头横人的大小和角度。3.可以任意调整每次研磨钻头的研磨量。4.有微调功能，可满足不同的加工需求。
5.一机两用。既省刀钱又省机钱，开创了钻头精准快速研磨的先河。6.刀具可再生研磨，重复利用，节省刀具成本70%以上。
7.研磨角度精准可控，切削阻力小，机载负荷轻，主轴寿命长。
8.研磨精度高，可确保加工精度及余量的均匀度，延长精加工的刀具寿命。9拥有正反转功能，减轻排屑阻碍
深圳市美高精密工具有限公司
深圳市宝安区松岗镇松明大道136号5F
磨削加工中砂轮排屑难题探讨 篇2
1 砂轮堵塞的类型
砂轮堵塞的类型有嵌入型、依附型、粘着型、混合型:嵌入型堵塞是磨屑嵌在砂轮工作表面气孔的堵塞状态;依附型堵塞是磨粒靠暂时的力量依附在磨粒切削刃口四周或粘结剂上;粘着型堵塞是在磨削过程中, 磨削点温度达到1 2 0 0 K以上, 磨粒四周粘附许多磨屑, 当磨削力增大, 温度升高时加剧堵塞, 直至磨粒破碎或脱落, 这是熔化性粘结;混合型堵塞是以上3种类型在某一微小部位的集合或层集。
2 砂轮堵塞的原因
2.1 嵌入型和依附堵塞的原因
嵌入型和依附型堵塞属于磨屑机械性地填充在砂轮空隙中产生的堵塞现象。填充的动力来自外来的和内在的, 涉及到物理、电、热等方面的因素。
磨削加工具有一个重要的特点, 即径向磨削分力FY大于切向分力FZ, FY/FZ≥2～10。工件材料愈硬, 塑性愈小, FY/FZ比值愈大, 这样磨削区的磨屑在强大的正压力用下, 被机械地挤进砂轮表面的空隙里。从微观上分析, 磨屑是沿磨粒前面滑出, 磨粒前面的局部区域堆积着数层磨面, 在磨粒的后面, 由于砂轮高速旋转的作用, 形成一个气流旋涡区, 在负压作用下, 使部分磨屑依附在磨粒后面, 形成磨粒后刀面的依附性堵塞, 依附物多数是灰烬和微粒。
2.2 粘着型堵塞的原因
磨削过程中, 绝大部分输入功率转化为磨削热, 使磨削点温度达1 2 0 0 K以上。在如此高温作用下, 磨削首先遇到空气迅速氧化, 形成低熔点的金属氧化物, 接着这些金属氧化物在磨削区高温加热呈融化状态, 覆盖在砂轮表面;当砂轮上的这部分表面再次参与磨削时, 在磨削力的作用下, 有的被挤开, 有的强化, 增加了与砂轮的亲和力和附着力, 还有的被挤压粘附在工件表面隆起的沟糟表面中。通过多次磨削, 磨粒四周粘附许多磨屑, 使磨损削力增大, 温度升高, 形成恶性循环, 加剧堵塞, 直至磨粒破碎或脱落, 这是熔化性粘结。不同元素之间的化学亲和力是粘结性堵塞的一个重要原因。磨粒和被磨削材料在高温下接触, 温度因素使它们活动能力增强, 亲和力加剧, 当具备一定条件时, 就导致化学反应, 使磨粒和磨屑在砂轮表面生成一种丧失切削能力的晶体。如刚玉类砂轮磨削钛合金时, 磨屑很快就粘附在磨粒上, 并有向四周蔓延和长大的趋势, 清除磨屑后, 仍有一些残留物粘附在磨粒周围;如改用碳化硅砂轮, 堵塞会减轻, 被磨削的工件表面质量也有所提高, 这是因为钛和碳化硅的亲和力小, 磨粒表面仅零散分布着一些粘附物, 这些粘附物再次进入磨削区时, 大部分在摩擦、挤压作用下脱落。
2.3 砂轮自身对堵塞的影响
2.3.1 磨料
不同的磨料与工件材料的化学亲和力不同, 磨削温度不同, 磨削力也不同。为了减少堵塞程度, 不同的工件材料, 应选用不同的磨料种类。用刚玉类磨料磨削铁碳合金, 碳在空气中与氧气生成一层薄的氧化膜, 能有效地阻止工件与磨料之间的化学亲和作用;但磨削钛合金, 堵塞则严重多了。磨料的热稳定性对堵塞也有举足轻重的影响, 热稳定性好的磨料比热稳定性差的堵塞轻的多, 如用氮化硼磨料磨削钛合金, 磨削效率比用白刚玉刚磨料砂轮提高几十倍。
2.3.2 磨料粒度
在组织相同的前提下, 磨料愈细, 砂轮单位周长内磨粒粒度数愈多, 愈均匀, 气孔的数目也愈多, 但单个气孔的体积就愈小, 在相同磨削参数下, 细砂轮容易堵塞。
在半精磨和精磨时, 切入次数多, 切入量小, 温度低, 堵塞轻, 常选择细砂轮;在粗磨时, 切入量大, 磨削温度高, 堵塞在孔隙的磨屑、熔结物多, 应选择粗砂轮。
2.3.3 粘结剂与硬度
砂轮的硬度指磨粒脱落的难易程度, 由粘结剂的强度予以保证, 它们对砂轮堵塞影响较大。粘结剂强度愈高, 砂轮硬度愈大, 磨粒磨钝量就愈多, 磨粒脱落前对工件的划擦、挤压愈加严重, 磨屑更容易机械地填充到砂轮孔隙中去。砂轮空隙中的磨屑加剧了砂轮对工件材料的摩擦、挤压, 同时磨屑在这个过程中得以强化, 这个过程还伴随产生更多的摩擦热, 摩擦热为粘结性堵塞提供熔结物, 因此砂轮硬度越高, 堵塞越严重。所以在磨削难加工工件材料时, 应选择软一点的砂轮。
2.3.4 砂轮组织
砂轮组织反映了磨料、粘结剂、气孔之间的比例关系, 组织愈密, 气孔比例就愈小, 切削刃间隔距离也愈小, 砂轮更容易堵塞。含5 3磨粒的砂轮比含4 9.2磨粒的平均堵塞量高2倍, 含4 5磨粒的砂轮比含4 9.2磨粒的平均堵塞量要少一半。在磨削难加工材料时应选择组织号为7～8级的砂轮。
2.4 磨削条件的影响
2.4.1 砂轮线速度
砂轮线速度的影响比较复杂, 当砂轮从2 8.8m/s提高到33.6 m/s时, 速度虽只提高了16%, 而堵塞量却增加了3倍, 这是因为砂轮线速度的增加, 使磨粒的最大切深减小, 切屑截面积减小, 切屑次数和磨削热增加, 使得堵塞量增加;而当砂轮线速度高到一定程度时 (如达到5 0 m/s以上) , 砂轮的堵塞量反而大大下降。因此磨削加工时选择砂轮速度最好避开20 m/s至50 m/s这个速度区间。
2.4.2 工作速度
实验表明, 工作速度提高1倍, 砂轮堵塞量增加3倍。因为工件速度愈高, 磨粒负荷愈大, 磨粒切入深度就愈浅, 切屑截面积变小, 当磨削厚度增大, 磨粒钝化加重, 加大砂轮对工件磨削层的挤压, 相当于砂轮特性变硬, 加剧了砂轮的堵塞。
2.4.3 磨削方式
在磨削方式上, 凡是增大砂轮与工件接触面积的磨削均会加剧砂轮的堵塞。这是因为砂轮与工件接触面积大, 磨粒切屑刃会在同一磨痕上多次划擦, 使工件上磨削层强化加剧, 冷却液又难以进入磨削区, 磨削热量多、温度高, 为堵塞创造条件, 易产生化学粘着性堵塞和嵌入性堵塞。如端磨比周磨易堵塞, 横向切入磨削比纵向磨削堵塞严重。
2.4.4 径向切入量
径向切入量对砂轮堵塞的影响呈驼峰趋势。当径向切入量较小 (ap<0.0 1 mm) 时, 产生堵塞现象;随着切入量的增加, 平均堵塞量也增加, 当切入量大到一定程度 (ap=0.0 3 m m) 时, 堵塞量又呈减小趋势;之后随着切入量的继续增加 (达ap=0.0 4 m m) 时, 堵塞量又急剧上上升。
2.4.5 磨削液
不同的磨削液对磨削效果影响很大, 目前通用的乳化液含有大量矿物油和油性添加剂, 稀释后呈水包油乳白色液体, 它的比热容和导热系数小, 在剧烈摩擦过程中很容易造成砂轮与工件间粘附磨损的扩散磨损, 使砂轮堵塞, 磨削力增大, 最后引起磨料过早破碎和脱落, 使磨削比降低。因此, 选用优良的磨削液对改善磨削性能有重要作用。
3 结语