4第4章 砂轮的磨损与检测解析

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4.1 砂轮的堵塞
砂轮堵塞的形貌 通常用同一砂轮磨削不同的材料时，砂轮的磨削性能和寿命 是不一样的。其原因是工件材料的力学、物理性能不同，促使磨 料切刃钝化速度不同，切屑的形态也不一样。由于不同材料的磨 削性能和切屑形状的差异，砂轮堵塞量和堵塞形态也不一样。见 表4-1。
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。用WA46ZR1的砂轮与WA60K1的砂轮比较， 在同样条件下，后者堵塞量大。但是用WA20M和WA60M的砂轮比较 ，到一定的切入次数(125次)后，前者的堵塞量反而减少。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，再加上磨削温度升高等原因，因此在切入次数较
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4.1 砂轮的堵塞
Ti 元素化学活性大，易和碳、氮、氧生成化合物，这种 化合物又易与Al2O3形成一种钛酸铝的固溶体Al2O3Ti2O3， 使钛与刚玉有了较强的结合，形成了新的化合物。 钛的氧化物和刚玉的热膨胀率很接近，更提高了对刚玉 粘附的可靠性。 由于以上原因，使钛合金在磨削时，砂轮与磨屑之间极易产 生化学粘合现象，造成砂轮堵塞。当磨粒刃口被第一层化学粘附层 包住后，大大减少了磨削能力。以后的磨削是在粘附的磨屑与待加 工表面间的滑动和挤压过程中进行的，磨削力和摩擦热都剧增。这 种高温、高压、高摩擦力的状态，促成了切屑与切屑之间的压焊过 程，这种多个单元切屑多次的相互压焊，形成了砂轮的堵塞。这就 是粘着型堵塞的形成机理。
4.1.1 砂轮堵塞的形貌
影响砂轮堵塞的因素
砂轮的堵塞是磨削加工中的普遍现象，不论加工条件选择得 如何合理，要完全防止堵塞是不可能的，其差别只是程度上的不 同。影响堵塞的因素如图4-1所示。
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4.1 砂轮的堵塞
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图中所列出的诸因素其影响程度是不同的。砂轮种类和加工条 件对砂轮堵塞有较大影响，但最主要的则是被加工材料的物理、力 学性能以及有无磨削液。
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4.1 砂轮的堵塞
砂轮堵塞的类型 砂轮堵塞的种类很多，不同的工件材料和加工条件所产生的 堵塞状态各异，分类方法也不同，见图4-2所示 • 磨屑嵌塞在砂轮工作面空隙处的 堵塞状态，称嵌入型堵塞； • 磨屑熔结在磨粒及结合剂上的堵 塞状态，称为粘着型堵塞； • 砂轮工作面及空隙处，既有嵌入 型堵塞又有粘着型堵塞时，这种 堵塞状态称为混合型堵塞。
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4.1 砂轮的堵塞
4.1.2 砂轮堵塞的形成机理
嵌入型堵塞主要是磨屑机械地侵嵌在砂轮空隙里，其中磨屑 与磨粒之间并无化学粘着作用发生。
嵌入型堵塞的形成机理
在磨削碳钢时，当磨粒在金属表面上摩擦或磨削时，磨粒的 磨损就开始了，即磨粒的锋利边沿开始被磨去，这就在磨粒上形 成一个平面。该平面变得越来越大，以致于作用在磨粒上的摩擦 力大得足以引起砂轮表面砂粒脱落或断裂，从而露出新的磨削刃 。这时砂轮的堵塞是磨屑嵌塞在空隙处而形成嵌入型堵塞。
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4.1 砂轮的堵塞
由表4-1可见，用不同砂轮磨削同一工件材料，其堵塞程度 不同；用同一砂轮磨不同工件材料，其堵塞程度更不同。因此砂 轮的堵塞形态，如果以砂轮种类分：白刚玉砂轮磨削轴承钢和铸 铁，主要是嵌入型堵塞；磨削不锈钢和黄铜时则为混合型堵塞。 用绿色碳化硅砂轮磨削轴承钢和铸铁，主要是嵌入型堵塞；磨削 铝材是粘着性堵塞，磨黄铜则属于混合型堵塞。如果以工件材料 来分：碳素钢、合金钢易发生嵌入型堵塞；高速钢、不锈钢、高 温合金易发生混合型堵塞；铝和钛合金主要产生粘着型堵塞。
第4章 砂轮的磨损与检测

4.1 4.2 4.3
砂轮的堵塞 砂轮的磨损 砂轮磨损的检测
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4.1 砂轮的堵塞
磨削加工中，不仅磨粒的尺寸、形状和分布对加工过程有影 响，而且砂轮的气孔状况也起着重要的作用，往往在加工韧性金 属时,出现砂轮寿命过早结束。要避免砂轮的堵塞和由此产生的不 利因素，对产生堵塞的机理、过程及采取的工艺措施进行讨论是 十分必要的。
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4.1 砂轮的堵塞
粘着型堵塞的形成过程是，首先在磨屑和磨粒之间产生化学 粘合，然后磨屑之间在机械粘力和压力作用下相互熔焊，形成了 粘屑型堵塞。 粘着型堵塞的形成机理 磨削钛合金时砂轮堵塞的机理主要有以下几点： 钛合金在磨削过程中，由于磨削温度的作用，易生成TiO2 和Ti2O3，这种氧化物硬度与刚玉砂轮 Al2O3基本相当，这 种硬度一致的材料在高温、高压下易产生粘合现象。 氧化物Ti2O3和刚玉Al2O3晶体结构相同，点阵参数相近， 所以Al2O3和Ti203之间有很好的亲和力。
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4.1 砂轮的堵塞
小的范围内，细粒度砂轮在孔隙内，磨粒和结合剂上的切屑以及 切屑熔结物大小的数量就大。随着切入次数增多，粗粒度砂轮与 细粒度砂轮相比，切入深度要大,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。 砂轮的硬度 砂轮的硬度对堵塞量影响较大，一般来说，砂轮越 硬，堵塞量越大。一般情况下，砂轮硬度选用K~L，在一些难加 工材料中，也常采用G~T的硬度。 砂轮组织 砂轮组织越密，工作的磨粒数越多，切削刃间距离 变短，越容易堵塞。含有45%磨粒的砂轮比含49.2%磨粒的平均堵 塞量要少一半；含有53%磨粒的砂轮比含49.2%磨粒的平均堵塞量 要高两倍。在磨削易产生堵塞的难加工材料时，一般选用7~8级 组织，大气孔砂轮磨削效果较好。
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4.1 砂轮的堵塞
5.1.3 影响砂轮堵塞的因素分析
影响砂轮堵塞的因素主要有以下几种： 磨料种类 不同的砂轮其堵塞程度差别很大，从减少堵塞程度 ，改善磨削效果来看，不同的工件材料，应该选用不同的磨料种 类。如果所选用的磨料不能适应工件材料的磨削性能，就易产生 急剧堵塞，使加工无法正常进行。