用砂轮成功去除材料需要锋利的颗粒,但如果仔细控制,即使是钝的颗粒也可以达到目的。

锋利的砂轮颗粒对于从工件上去除材料至关重要。了解磨削区的微观和宏观相互作用对于全面优化磨削工艺和消除质量问题至关重要。本文将讨论这些相互作用,以及保持砂轮锐度和最佳性能的方法。

切割

砂轮上的每个单独的磨粒都充当切割工具。当砂轮施加力去除材料时,工件对砂轮施加阻力。

当使用玻璃化或金属结合剂砂轮,这些阻力会导致磨粒从结合剂中断裂。对于有机砂轮和树脂砂轮,磨削相互作用产生的热量会随着时间的推移释放出钝磨粒,露出下方新的更锋利的磨粒。

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在磨削区同时进行切割、犁削和滑动。更好地了解这些相互作用的影响,使机械师能够优化磨削应用中这些相互作用的平衡。

当磨粒遇到工件时,会在切屑制造过程之外发生其他微观相互作用。例如,当无光泽的颗粒没有被有效地释放或颗粒没有正确断裂时,这些无光泽的颗粒开始犁地和滑动,而不是去除材料。

耕作

在磨削过程中,工件材料会发生局部变形,这种变形的材料随后会发生位移。工件与磨料之间的局部变形称为犁削。在离开研磨区之前,犁过的材料会在砂轮表面上滑动——稍后会详细介绍。这种变形产生的微芯片会堵塞砂轮的孔隙。出现这种问题的几率会因晶粒暴露不足、砂轮结合非常硬和工件材料粘稠等因素而增加。

虽然不受控制的耕作可能会导致问题,但有计划的耕作可以改善表面光洁度。刨削会增加比磨削能量 (SGE),这是去除单位(立方英寸或毫米)工件材料所需的能量。SGE 作为研磨过程效率的衡量标准,由研磨功率通过以下公式计算得出:

比研磨能量 (SGE) = (研磨功率) ÷ (材料去除率)

SGE的符号是U',比能的单位是Btu/in 3和J/mm 3。

如上式所示,比能与材料去除率成反比,与磨削功率成正比。犁地降低了材料去除率并增加了研磨功率,这两者都增加了比能。增加 SGE 会提高研磨区的热量,因此不受控制的犁耕可能会对工件造成热损伤。

一张正在运转的砂轮照片,切屑从工件上飞出。

从钝磨粒中犁出和滑动会增加磨削区的热量并导致切屑。然而,如果控制得当,这些相互作用可以提高工件的表面光洁度。

在犁耕过程中,阈值功率也会增加,这对应于破碎磨料所需的更大力。阈值功率是摩擦的函数,与有源芯片的制造无关。与 SGE 一样,增加的力和摩擦会提高研磨区的温度并增加热损坏的风险。

然而,控制精加工过程中的犁削可以导致更精细的表面光洁度,因为砂轮在工件材料上釉面。受控耕作还可以纠正车轮敲击时的小尺寸误差 去除工件中的高点。

滑动

犁地动作最终会导致滑动。在滑动过程中,磨料无法积聚足够的力来克服阻力并穿透材料,导致无法产生切屑。高阻力还会导致砂轮粘结剂的侵蚀,然后转化为系统中的松散磨料。切屑由系统中的杂质、松散的磨粒、粘结剂和微芯片组合而成。

滑动过程导致车轮加载。最终,砂轮负载足以干扰切割过程并降低表面光洁度。导致过早滑动的因素包括砂轮修整或修整不正确、无法穿透工件的块状颗粒、对于所选砂轮而言太硬的工件以及太硬的砂轮粘结剂。

两张图,一张显示磨粒从工件上去除切屑,另一张显示完整的砂轮去除材料直至切削深度

在切削相互作用中,磨粒穿透工件材料并去除切屑。当晶粒未能渗入材料或结合剂开始与工件表面接触时,就会发生刨削和滑动。

由于阈值力和 SGE 的显着增加,滑动会导致严重的热损伤。滑动也会产生法向力——施加以穿透材料硬度的向下压力——超过磨削力,这个问题会导致尺寸不准确。就像犁耕一样,滑动会产生更精细的表面光洁度,但热损伤会导致表面质量完全无法接受。

保持砂轮的锋利度

以下是保持砂轮锋利并避免因犁或滑动引起的问题的五个步骤:

  1. 使用适合材料的磨料类型。选择砂轮时应考虑磨料的脆性(压裂能力)。在穿透坚韧的材料时,保持磨料的锋利度非常重要。
  2. 选择正确的粘结剂类型和等级硬度。如果轮子太硬,它不会释放谷物。
  3. 验证砂轮是否与正确的修整工具配对,并优化修整参数和频率。修整车轮将有助于保持锋利度并最大限度地减少负载。
  4. 分析冷却系统。冷却液类型、压力、体积、浓度、润滑性和位置对于最小化力和保持车轮锋利非常重要,冷却液喷嘴的选择也是如此。如果使用得当,冷却液会去除切屑并保持温度,从而最大限度地降低热损坏的风险。
  5. 确保研磨参数针对工艺进行了优化。不要将车轮推得超过其能力。

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