砂轮磨削力计算

磨削力、磨削功率及磨削温度

一、磨削力和磨削功率

（一）磨削力的主要特征及计算

砂轮上单个磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同时对被磨金属层进行挤压、刻划和滑擦，加之磨粒的工作角度又很不合理，因此总的磨削力很大。为便于测量和计算，将总磨削力分解为三个相互垂直的分力F x (轴向磨削力)、F y (径向磨削力)、F z (切向磨削力)，如图4-4所示，和切削力相比，磨削力有如下特征：

1.径向磨削力F y 最大。这是因为磨粒的刃棱大都以负前角工作，而且刃棱钝化后，形成小的棱面增大了与工件的实际接触面积，从而使F y 增大。通常F y =（1.6～3.2）F z 。

2.轴向磨削力F x 很小，一般可以不必考虑。

3.磨削力随不同的磨削阶段而变化。在初磨阶段，磨削力由小至大变化较大；进入稳定阶段，工艺系统的弹性变形达到一定程度，此时磨削力较为稳定；光磨阶段实际磨削深度近趋于零，此时磨削力渐小。

磨削力的计算公式如下：

（4-5）

（4-6）

式中F z ，F y ——分别为切向和径向磨削力（ N ）；

v w ，v ——分别为工件和砂轮的速度（ m/s ）；

f r ——径向进给量（ mm ）；

B ——磨削宽度（ mm ）；

α——假设磨粒为圆锥时的锥顶半角；

C F ——切除单位体积的切屑所需的能（ KJ/mm 2 ）；

μ——工件和砂轮间的摩擦系数。

磨削过程很复杂，影响磨削力的因素也很多，上述理论公式的精确度不高。目前一般采用实验方法来测定磨削力的大小。

（二）磨削功率的计算

磨削时，由于砂轮速度很高，功率消耗很大。主运动所消耗的功率定义为磨削功率。其计算公式如下：(kW) （ 4-7 ）

式中F z ——砂轮的切向力（ N ）；

v——砂轮的线速度（ mm/s ）。

二、磨削温度

由于磨削的线速度很高，功率消耗较大，所以磨削温度很高。这样高的温度会直接影响工件的精度及表面质量。因此，控制磨削温度是提高工件表面质量和保证加工精度的重要途径。

（二）磨削温度对工件表面质量的影响

磨削工件的表面质量主要表现在表面粗糙度、表面烧伤、表面残余应力和裂纹几个方面，这里重点讨论磨削烧伤问题。

1 ．磨削烧伤的产生和实质磨削加工时，磨粒的切削、刻划和滑擦作用，大多数磨粒的副前角切削以及高的磨削速度，使得工件表面层有很高的温度。因此对已淬火的钢件往往会使表面层的金相组织产生变化，从而使表面层的硬度下降，严重的影响了零件的使用性能，同时表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为磨削烧伤。所以磨削烧伤的实质是材料表面层的金相组织发生变化。图 4-6 所示为淬火高速钢磨削后表面层硬度的变化情况。由此可以看出，磨削烧伤会破坏工件表面层组织，严重的会出现裂纹，从而影响工件的耐磨性和使用寿命。

2 ．磨削烧伤的表现形式磨削烧伤主要表现为以下三种形式：

（ 1 ）退火烧伤在磨削时，如工件表面层温度超过相变温度A c3 ，则马氏体转变为奥氏体，如果此时无冷却液，则表面层硬度急剧下降，工件表面层被退火，故这种烧伤称退火烧伤。工件干磨时常发生这种情况。

（ 2 ）淬火烧伤磨削时，工件表面层温度超过相变温度A c3 ，如果此时冷却充分，则表层将急冷形成二次淬火马氏体组织。工件表层硬度较原来的回火马氏体高，但很薄，其下层因冷却速度慢仍为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。这种情况称为淬火烧伤。

（ 3 ）回火烧伤磨削时，工件表面层温度未超过相变温度A c3 ，但超过马氏体的转变温度，这时工件表层的组织将转变成硬度较低的回火屈氏体或索氏体。这种情况称为回火烧伤。

3 ．影响磨削烧伤的工艺因素

（ 1 ）磨削用量影响最大的是砂轮的速度v 和径向进给量f r 。当v 和f r 较小时，不易出现烧伤。

（ 2 ）冷却方法加大冷却剂流量和采用喷雾冷却、高压冷却等加速热量的传出，降低磨削区温度，可以有效避免烧伤现象。

（3）砂轮接触长度砂轮与工件的接触长度大，易堵塞而不易冷却，容易出现烧伤。