影响磨削表面质量因素的分析与讨论

用，加装带有空气挡板的冷却液喷嘴，使冷却液能顺利地喷注到磨削区。 （３）实现内冷却。由于砂轮上的孔隙能渗水，冷却液可通过砂轮内部在离心力作用下送入磨削区。 为防止砂轮空隙被堵塞，应特别注意冷却液的清洁度。
（４）直角喷嘴。直角喷嘴设计简单，但效果突出，已广泛为高速磨削所采用。直角喷嘴在很宽的砂 轮速度（４０～１５０ｍ／ｓ）范围内基本消除了空气流对磨削液的阻滞影响。 （５）浸渍砂轮。将液态固体润滑剂渗入砂轮孔隙内，覆盖于磨粒表面，起到对磨粒与切屑以及磨粒
粗，则单颗粒切削厚度增加，也使磨削力增加，硬化程度增加。
３．４冷却条件
冷却条件对磨削表面硬化的影响也很大。提高冷却效果，一方面可以减少热软化，另一方面可以使
材料发生淬火而提高了硬度。 ３．５砂轮修整
将砂轮作精细修整，使其保持锋利，并给以充分的冷却，切削深度较小，走刀量小，产生的磨削力及 磨削热效应小，从而在磨削极薄表面形成轻微的硬化层，可以强化零件表面质量。
２
圉３工作台速度与粗糙度的关系
３磨削液
由于磨削液的润滑、冷却、渗透与清洗、防锈等特性，对改善砂轮的磨损、堵塞及磨削质量十分有益。 舍理选择磨削液、增加冷却效果．可降低表面粗糙度值。应根据磨削加工的具体要求来选择磨削液种 娄，可参考表ｉ。
２
４砂轮的修整参数 砂轮修整参数不同。修整出的砂轮表面形貌不同。在蘑削工件时．砂轮表面形貌将直接复印到工件
上。砂轮表面越粗糙．工件表面粗糙度值也越大。下面主要讨论金刚石滚轮修整陶瓷ＣＢＮ砂轮时，修
整参数对表面粗糙度的影响。
袭ｌ 磨削液的种类及可能获得的磨削效果 磨削性能 增大减小砂减小 改善表面尺寸防止表面防止砂 粗糙度
Ｂ Ａ Ａ Ｂ Ｂ Ｄ
磨削液的三个作用 项 目 添加剂 情况 润滑 作用 混合油 油基 磨削液 含添加帮 含添加剂
Ｂ
Ｄ
Ｄ
泣：Ａ：非常大；Ｂ：大；Ｃ：有一定作用；Ｄ：几乎无效
２．４．１修整速比
随着修整速比增大，滚轮与砂轮之间的相对速度减小，修磨作用减弱，挤压破碎作用加强，修整出来
的砂轮表面粗糙度值增加，被磨工件表面的粗糙度也增加。相反，修整速比减小，挤压破碎作用减弱，砂 轮磨粒顶端变得相对平坦，磨削的工件表面粗糙度降低。 ２．４．２修整进给量 增大修整深度，砂轮磨粒突出高度变大，砂轮表面粗糙度增大，工件表面粗糙度也相应增大。反之 工件表面粗糙度减小。 ２．４．３滚轮与砂轮的相对移动速度 加快滚轮与砂轮的相对移动速度，砂轮有效磨粒间距增大，修整出的砂轮比较锋利，磨削时较易切
与加工面的润滑作用。
（６）自加速法。利用液体动压原理，使磨削液获得与砂轮圆周相当的速度，产生同步冷却效应。
２工件表面粗糙度
工件的表面粗糙度由三个方面来评定：表面几何轮廓、磨削沟纹的隆起及磨削振纹。几何轮廓的形
・１２７・
成是砂轮工作表面的几何形貌与磨削运动所组成的几何关系来决定的。影响这一关系的因素有… ２１砂轮磨粒粒度 砂轮粒度太粗，砂轮工作表面粗糙，被磨表面亦粗 糙。图１为陈明君等得出的精磨光学玻璃时砂轮磨粒尺 寸与表面粗糙度的关系。 由图可见．砂轮磨粒越小，磨削表面粗糙度Ｒａ值越 小。这是由于磨粒尺寸越小，同时参与磨削的磨粒越多， 磨刃密度系数越大，越易形成塑性域磨削．粗糙度值越
（１）高压大流量冷却。这样不但能加强冷却作用，而且还可以冲洗砂轮表面，使其空隙不易被切屑
堵塞。为防止冷却液飞溅，机床需安装防护罩，也可以设置双层冷却液喷嘴，里层是高压冷却液，冷却液
流速快，外层是低压冷却液，流速慢，形成一水幕，可吸收冷却液水雾，防止飞溅。 （２）在砂轮外圆侧安装带有空气挡板的冷却液喷嘴。为减轻高速旋转砂轮表面的高压附着气流作
磨削力过大的因素有：砂轮修整不及时，表面钝化堵塞；砂轮粒度太小，容易发生堵塞而失去锋刃；
砂轮硬度过高，不易自锐。
产生烧伤的主要原因是磨削区温度过高，为降低温度可从减少磨削热的产生和加速磨削热的传出 这两条途径人手【２Ｊ，主要从以下几个方面考虑：
１．１合理选取磨削用量 通过有关温度场的理论分析和计算，可得出磨削区内的连续均匀热源在单位时间内的发热量Ｑ＝ Ｃｏｖ。ｏ’２ａｐ０．３５ｖｓ０．２５广’３（Ｃｏ为常数）。由此可知：
Ａ Ａ Ｂ Ｂ Ｄ Ｄ Ｄ Ｃ Ｂ Ａ Ｂ Ｂ Ｃ Ｂ Ｄ Ａ Ａ Ｃ Ｂ Ｂ Ａ Ａ Ｃ Ｂ Ａ Ａ Ｂ
冷却渗透清
作用洗作用 磨除量轮损耗磨削力
Ｄ Ｂ Ｂ Ｂ Ｂ
精度状态恶化轮堵塞
Ｂ Ａ Ａ Ｃ Ｂ Ｃ Ｂ Ａ Ａ Ｂ Ｂ Ｄ Ｂ Ｂ Ｂ Ｄ Ｂ Ａ
无添加剂
Ａ—Ｂ
活性极压油 硫系添加剂 乳化液 水基 磨削液 可溶液 溶解液
当切除余量小或者磨具与工件接触面不大时，可选用粒度细一些的磨具。在成型磨削时，砂轮工作 面的形状保持性要好，因此选用比较细的粒度为宜。
１．２．２砂轮的硬度 砂轮的硬度是获得良好磨削效果的关键。工件硬度低时，磨粒切人工件所承受的压力相应较小，磨 粒不易磨钝。为使磨粒不致在变钝之前产生碎裂或脱落，砂轮硬度要高一些，一直处于较好的磨削状 态，磨削效果好。工件硬度高时，砂轮硬度应小些，这样磨粒切人工件所受压力较大易变钝，变钝后由于 磨削力变大而碎裂，新的磨削刃口出现，使砂轮一直处于较好的磨削状态，获得很好的磨削效果。 磨具硬度也是影响磨削区域温度的重要因素。磨削导热系数低的工件时，工件表面温度相对较高， 容易产生烧伤、裂纹，应该选择硬度较低的磨具，才能有效避免工件的烧伤。当磨削薄壁空心工件外圆 时，砂轮的硬度也应软一些，是为了防止温度升高而引起工件变形。 １．２．３砂轮的组织 砂轮的组织对磨削性能影响很大。不同组织的砂轮空隙率不一样，磨粒的密度也不一样。磨具组 织疏松时，磨削效率高，但磨损快；组织太紧时，因难以容纳切屑而容易烧伤工件。
低。
２ ２磨削用量
２ ２
１砂轮速度
ＫＷ
图１全刚｛砂轮磨粒足寸与租鞋度的关系
Ｌｅｅ等通过陶瓷材料唐削试验认为”】：砂轮速度增加，单颗磨粒的未变形切屑厚度减小，粗糙
度减小。但速度超过一定值后会导致磨削系统的振动加剧，且后者的影响大于前者，粗糙度又会变大。 提高砂轮速度比降低工件横向迸给速度及磨削深度更能有效地降低表面粗糙度。其原因有三个：一是 砂轮速度提高，磨削力降低，可减少磨粒的破碎和磨损，提高磨粒寿命，增加与工件表面的摩擦抛光时 间；二是速度提高，磨削区温度升高，材料有可能发生塑性变形，促进砂轮对工件表面的挤压摩擦作用； 三是单位时间内砂轮与工件之间的接触次数增多，对工件表面的摩擦抛光作用增强。
人工件材料，磨削能力强且磨削力较小，但砂轮表面粗糙度增大，工件表面粗糙度值也相应增大。反之，
减小相对移动速度，则工件表面粗糙度值减小。
３表面层微观金相组织及其硬度
由于磨削力的热效应，热处理表面极薄的一层材料受到高温、高压而发生强烈的塑性变形。它不同 于基体的组织，硬度很高、质地很脆，并很容易脱落。使表面层产生硬化的因素有【２】： ３．１砂轮速度 选用较小的砂轮速度时，单颗磨粒的磨削厚度增加，增加了磨削力，因而使塑性变形增大，使变形硬 化及硬化深度增加。 ３．２磨削深度和进给量 选用较大的磨削深度和进给量，增加了磨削量，增大了磨削力，而且进给速度增加使工件表面受热 时间减少，软化时间减少，故硬化程度相应提高。 ３．３砂轮硬度和磨粒粒度 砂轮硬度大，工作表面容易钝化，既使磨削力增大，又使磨削热增大，则硬化程度增加。砂轮粒度
２ ２
２砂轮进培量
文献［７］、［８］、［９］都认为，随着砂轮进给量的碱 少，表面粗糙度减小。圉２为陈明君等为在塑性磨削模 式下精磨光学玻璃时砂轮进给量与表面粗糙度的关系。
２
２．３工件速度
图３为史兴宽等在硬脆材料光滑表面超精磨削的工 件速度与表面粗糙度的关系。 在不同的光磨次数下，磨削表面的粗糙度值都随工 作台速度的降低而降低。这是因为工件速度躐小，单颗 磨粒的未变形切屑厚度减小所致”’。
影响磨削表面质量因素的分析与讨论
方伟１
１
鲁涛２
河南工业大学４５０００７
２郑州磨料磨具磨削研究所４５００１３ 摘’要：磨削表面质量由表面宏观状态、表面粗糙度、表面层微现金相组织及硬度、表面残余应力组
成。本文阐述了磨削表面质量的各个影响因素，进行了相应的分析，并提出改善措施。
关键词：表面粗糙度硬度金相组织残余应力
（１）当磨削深度ａ，增大时发热量增大，工件表面温度随之升高，烧伤程度加大，故ａ，不能选得太
大。 （２）当横向进给量ｆ增大时，磨削区表面温度反而降低。原因是ｆ增加使砂轮与工件的表面接触时 间相对减少，热的作用时间减少，散热条件得到改善。为了弥补因横向进给量增大而导致表面粗糙度的 增大，可采用较宽的砂轮。
２ ２
圈２砂轮进蛤量与粗鞋度的关系
∞
４磨削深度
文献Ｅ９］认为，在塑性模式下进行磨削时，表面粗糙 度不受磨削深度的影响。史兴宽 致单颗磨粒的未变形切屑厚度增加。
２ ２
二ｊ『睦懋
—ｉ（二＝ｊｊ而
５光磨次数
文献［６］、［９］、［１Ｉ］均指出：随着光磨次数的增加， 磨削表面粗糙度值减小。文献［１１］中还指出，光磨１０ 次左右可得到比较稳定的加工表面质量。
・１２９・
４表面层残余应力
表面层产生残余应力可归纳为以下三种原因：（１）工件磨削时，表面受到磨削力作用，产生冷态塑 性变形，主要是力作用的结果。（２）磨削过程中，温度很高，工件表面层热膨胀，而里层温度较低，表面
热膨胀受到阻碍而产生热压缩应力。当温度降低，表面层收缩，受到里层的阻碍而产生残余拉应力。 （３）金相组织的变化。不同的金相组织有不同的密度，马氏体的密度为７．７５ｒ：／ｃｍ３，奥氏体密度７．８９９／ ＣｌＴＩ’。密度小时比容大，密度大时比容小。当工件表面层磨削温度超过相变温度Ａｃ，时，体积膨胀，受到 里层限制，产生残余压应力；体积缩小，则产生残余拉应力。 磨加工后，表面的残余应力超过材料的强度极限时，就会出现裂纹，影响因素主要有以下几个方
Ｏ引言
磨削加工的范围越来越广泛，地位越来越重要，对磨削后的零件表面质量也提出了较高的要求。实
现零件的高精度、低粗糙度、低残余应力、低硬化层的高表面质量，是现代化磨削技术的重要发展趋 势‘１Ｉ。 磨削质量问题主要发生在磨削表面极其微薄的一层材料内，一般称之为磨削变质层。
一般磨削零件的表面质量包括…：表面形态方面的宏观状态和表面粗糙度；机械物理性能方面的
（３）当工件速度ｖ。增大时，磨削区表面温度上升。但进一步研究发现ｖ，越大，磨削表面附近处的 温度梯度越大。这是因为ｖ．增大，热的作用时间减少，虽然磨削区的温度高，但工件表面还来不及烧伤 就出了磨削区，得到有效冷却。因此选择较大ｖ。可减轻磨削表面烧伤，同时又能提高生产率。
１．２合理选择砂轮
根据具体工件材质和加工要求，在确定砂轮磨料和结合剂种类后，具体选择砂轮时，一般从以下几
磨削硬度低而韧性大的材料时，磨具容易被堵塞，需用疏松的磨具，可以使磨粒最大限度地切人工
件，并将较厚的切屑带走。
在成型磨削和精密磨削时，砂轮组织紧密，工作型面能很好地保持成型性，因此能获得很好的加工
精度。在加工粘性难磨材料时，排屑较为困难，选择松组织的砂轮可以避免因磨削区过热而烧伤工件。 １．３采用合理冷却方法 在磨削加工中，由于高速旋转的砂轮表面上产生强大气流层，冷却液难以进入磨削区，而大量倾注 在已经离开磨削区的加工表面上，这时烧伤早已产生。故合理采用冷却方法很有必要。下面介绍几种 有效冷却方法Ｌ３］：
个方面来考虑：
・１２６・
１．２．１砂轮磨粒粒度 磨具和工件表面接触面积较大、磨削深度也较大时，应选用粒度较粗的磨料。粗粒度的磨具和工件 表面的摩擦较少，发热量也较少，可以相应减少工件表面的烧伤。
磨削韧性金属和软金属，如黄铜、紫铜、软青铜等，磨具表面易堵塞，应选用较粗的粒度，减少砂轮的
堵塞和工件的烧伤。 磨削硬度较高的材料，如淬火钢、合金钢等应选用较粗的粒度。磨削硬质合金时，由于材料导热性 差，容易产生烧伤、龟裂，也要选用粗粒度。对于波形及薄壁的工件，因其容易发热变形也应选用粒度粗 一些的磨具。
表面层微观金相组织及硬度和表面残余应力。
ｌ工件表面宏观状态
精密磨削后的表面一般是银亮光滑的，但有时也会出现黄褐色烧伤氧化及砂粒镶嵌、磨纹紊乱、光 亮度不均匀等现象，这主要是由于磨削区的温度过高，使表面材料烧伤和磨削力过大，使砂粒崩碎而被 压嵌在表面上。 产生磨削高温的因素有悼】：磨削深度较大，进给速度较快，使得切除量较大；砂轮速度过高，使得摩 擦速度过高；工件速度太慢，被切点在磨削区域受热时间过长；磨削液不充分，带走的热量太少；砂粒钝 化，使摩擦程度增加。