磨削力及磨削

§14—4 磨削力及磨削功率

14-1砂轮的特性和砂轮选择

14-2磨削加工类型和磨削运动

14-3磨削加工表面形成机理和磨削要素

14-4磨削力及磨削功率

一、磨削力的特征

二、磨削力及磨削功率

三、磨削力的测试方法

14-5磨削温度

14-6砂轮的磨损及砂轮表面形貌

14-7磨削表面质量与磨削精度

14-8几种高效和小粗糙度的磨削方法

一、磨削力的特征

尽管砂轮单个磨粒切除的材料很少，但因砂轮表层有大量的磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，因此总的磨削力仍相当大。同其他切削加工一样，总磨削力可分解为三个分力：Fc—主磨削力(切向磨削力)；Fp—切深抗力(径向磨削力)；Ff——进给抗力(轴向磨削力)。几种不同类型磨削加工的三向分力示如图14—15。

磨削力的主要特征有以下三点：

(1)单位磨削力kc值很大：由于磨粒几何形状的随机性和几何参数不合理，磨削时的单位磨削力kc值很大；根据不同的磨削用量，kc值约在7—20KN／mm2之间，而其他切削加工的单位切削力kc值均在7KN/mm2以下。

(2)三向分力中切深为Fp值最大：原因同上。在正常磨削条件下，Fp／Fc的比值约为2.0—2.5，而且工件材料的塑性越小，硬度越大时，Fp/Fc的比值越大(见表14—7)。在磨削深度(切深)很小和砂轮严重磨损致使磨粒刃区圆弧半径增大时，Fp/Fc的比值可能加大到5—10。

(3)磨削力随不同的磨削阶段而变化：由于Fp较大，使机床、工件和夹具产生弹性变形。在开始的几次进给中，实际径向进给量frac远远小于名义径向进给量frap，即frac＜frap。随着进给次数的增加，工艺系统的变形抗力也逐渐增大，这时实际的径向进给也逐渐增大，直至变形抗力增大到等于名义的径向磨削力Fpap时，实际径向进给量才会等于名义值。这一过程可用图14—16中的0A一段曲线来表示，称为初磨阶段。在初磨阶段中，frac＜frap。若机床、工件和夹具的刚度越低，则此阶段越长。此后，当frac＝frap时，即进入稳定阶段AB。当余量即将磨完时，就可停止进给进行光磨，以提高表面质量，图中BC一段称为光磨阶段。

由上述可知，要提高生产率，就必须缩短韧磨阶段及稳定阶段的时间，即在保证质量的前提下，可适当增加径向进给fr；要提高已加工表面质量，则必须保持适当的光磨进给次数。

二、磨削力及磨削功率

前已述及，磨削过程是磨粒在工件表面上进行滑擦、耕犁和切屑形成的过程。由于磨削速度很高，所以摩擦在磨削过程中所消耗的能量占的比例相当大。试验表明：干磨退火碳素钢时，材料剪切所消耗的能量占20％—30％，摩擦所消耗的能量占70％—80％。所以在磨削力的公式中应能反映出滑擦力的影响。磨削力的公式表示如下：

(14—9)

(14—l0)

式中Fc、Fp——分别为切向和径向磨削力，N；

Vw—工件速度，m／s；

Vc—砂轮速度，m／s；

fr—径向进给量，mm；

B——磨削宽度，mm；

CF—切除单位面积的切屑所需的力，N／mm2(表14—8)；

α—假设磨粒为圆锥形时的锥顶半角；

μ—工件和砂轮间摩擦系数(表14—9)。

磨削功率Pm为：

Pm=Fc•Vc/1000KW(14—11)

式中Fc—一切向磨削力，N；

Vc—砂轮线速度，m／s。

三、磨削力的测试方法

磨削过程很复杂，影响磨削力因素很多，而对磨削的机理研究向有待深入，目前的磨削力计算理论公式精确度不高，所以一般都用实验方法来测定磨削力。测定磨削力的方法很多，下面只介绍其中的一种。

图14—17所示为测定外圆磨削力的测定装置原理图。此法是把工件支持在顶尖上。由于顶尖的圆周上粘有电阻应变片，所以顶尖所受的磨削力可通过应变片的阻值变化而测出。在工作中，切向磨削力使顶尖下弯，所以用1、2、3、4应弯片来测出Fc。而径向磨削力是使顶尖前后弯曲，因此Fp可用5、6、7、8应变片测出。

上述电阻应变片式测力装置要进行精确的标定