研究磨具與工件在磨削加工過程中的各種物理現(xiàn)象及其內(nèi)在聯(lián)系的一門學(xué)科唁底。磨削原理的研究內(nèi)容主要包括磨屑形成過程爱榔、磨削力和磨削功率挟伙、磨削熱和磨削溫度路幸、磨削精度和表面質(zhì)量荐开、磨削效率等，目的在于深入了解磨削的本質(zhì)简肴，并據(jù)以改進(jìn)或創(chuàng)造磨削方法晃听。

磨削原理的研究始于1886年，美國的C.H.諾頓和C.艾倫合作研究砂輪和磨削過程尚羽，20年之后制訂出正確選擇砂輪類別和砂輪速度的原則呛米；同時發(fā)現(xiàn)為了提高磨削效率和精度，必須對砂輪進(jìn)行平衡拌驻，并在磨削過程中正確地修整砂輪(見砂輪修整)和使用切削液洒已。1914～1915年，英國的J.格斯特和美國的G.奧爾登對磨削用量牲晤、磨屑大小和選擇砂輪等問題又作了進(jìn)一步的研究受贫。此后，磨削原理的研究不斷深入碍逐。在磨屑形成方面浴蝉，德國的K.克魯格對砂輪上磨粒與工件的接觸弧長和影響單顆磨粒的切深的因素進(jìn)行了幾何計算和研究在1925年提出了研究報告亥戒。德國的M.庫萊恩和G.施勒辛格爾以及日本的關(guān)口八重吉等人對磨削力作了研究，在20年代末至30年代先后提出了磨削過程中影響磨削力的諸因素冗腐，并使磨削力的測量技術(shù)不斷發(fā)展率偏。從30年代起，隨著測量磨削表面溫度實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展推動了有關(guān)磨削熱的理論研究短酵。對于砂輪磨削性能的理論研究導(dǎo)致一系列新型高速砂輪的出現(xiàn)發(fā)展了砂帶磨削舟肉。由于金剛石和立方氮化硼磨料的應(yīng)用修噪，磨削原理又得到新的發(fā)展查库。70年代以來，應(yīng)用掃描電子顯微鏡對磨削的微觀過程和超精密磨削的機(jī)理作了深入的分析黄琼。

磨屑形成過程

磨粒在磨具上排列的間距和高低都是隨機(jī)分布的樊销，磨粒是一個多面體，其每個棱角都可看作是一個切削刃脏款，頂尖角大致為90°～120°围苫，尖端是半徑為幾微米至幾十微米的圓弧。經(jīng)精細(xì)修整的磨具其磨粒表面會形成一些微小的切削刃撤师，稱為微刃剂府。磨粒在磨削時有較大的負(fù)前角(見刀具)，其平均值為-60°左右剃盾。磨粒的切削過程可分3個階段腺占。

①滑擦階段：磨粒開始擠入工件，滑擦而過痒谴，工件表面產(chǎn)生彈性變形而無切屑衰伯。
②耕犁階段：磨粒擠入深度加大，工件產(chǎn)生塑性變形椰严，耕犁成溝槽善王，磨粒兩側(cè)和前端堆高隆起；
③切削階段：切入深度繼續(xù)增大荡偶，溫度達(dá)到或超過工件材料的臨界溫度带蔬，部分工件材料明顯地沿剪切面滑移而形成磨屑。

 

根據(jù)條件不同烧乙，磨粒的切削過程的3個階段可以全部存在拐扛，也可以部分存在。磨屑的形狀有帶狀乏乔、擠裂狀和熔融的球狀等丝板，可據(jù)以分析各主要工藝參數(shù)、砂輪特性蜂镇、冷卻潤滑條件和磨料的性能等對磨削過程的影響吓篙，從而尋求提高磨削表面質(zhì)量和磨削效率的措施。

 
磨削力和磨削功率

磨削時磨粒受到工件材料變形的阻力以及磨粒與工件表面間的摩擦力，形成磨削力深怕。磨削力可按工件與磨具的相對位置分解為切向分力Ft杏死，法向分力Fn和軸向分力Fa。一般法向分力較大捆交，隨著工件材料和砂輪特性的不同淑翼，F(xiàn)n/Ft=1.5～3；當(dāng)采用潤滑性能好的切削液時品追，由于摩擦力減少玄括，F(xiàn)n/Ft可高達(dá)4。軸向分力較小肉瓦，一般可不予考慮遭京。磨削功率Pm(千瓦)與切向分力F(N)和磨削速度(米/秒)的關(guān)系如下式：Pm=Ft·v/1000。在特定的磨削條件下泞莉，都有一個最佳磨削力區(qū)間哪雕，采用該區(qū)間的磨削力加工可獲得較高的金屬切除率、較小的表面粗糙度和較長的砂輪壽命鲫趁，因此發(fā)展了在磨削過程中使磨削力按預(yù)定數(shù)值保持恒定的控制力磨削技術(shù)斯嚎。

磨削熱和磨削溫度

磨削過程中所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)槟ハ鳠帷Ｔ囼?yàn)研究表明挨厚，根據(jù)磨削條件的不同返雷，磨削熱約有60～85％進(jìn)入工件，10～30％進(jìn)入砂輪拜岂，0.5～30％進(jìn)入磨屑邓秕，另有少部分以傳導(dǎo)、對流和輻射形式散出庵偏。磨削時每顆磨粒對工件的切削都可以看作是一個瞬時熱源轻江，在熱源周圍形成溫度場。磨削區(qū)的平均溫度約為400～1000℃母掀，至于瞬時接觸點(diǎn)的最高溫度可達(dá)工件材料熔點(diǎn)溫度挤帕。磨粒經(jīng)過磨削區(qū)的時間極短一般在0.01～0.1毫秒以內(nèi)，在這期間以極大的加熱速度使工件表面局部溫度迅速上升焰哮，形成瞬時熱聚集現(xiàn)象會影響工件表層材料的性能和砂輪的磨損贤泥。

磨削精度和表面質(zhì)量

大多數(shù)情況下磨削是最終加工工序，因此直接決定工件的質(zhì)量仆加。磨削力造成磨削工藝系統(tǒng)的變形和振動练缴，磨削熱引起工藝系統(tǒng)的熱變形，兩者都影響磨削精度唁奢。磨削表面質(zhì)量包括表面粗糙度霎挟、波紋度窝剖、表層材料的殘馀應(yīng)力和熱損傷(金相組織變化、燒傷酥夭、裂紋)赐纱。影響表面粗糙度的主要因素是磨削用量、磨具特性熬北、砂輪表面狀態(tài)(也稱砂輪地形圖)疙描、切削液、工件材質(zhì)和機(jī)床條件等讶隐。產(chǎn)生表面波紋度的主要原因是工藝系統(tǒng)的振動起胰。由于磨削熱和塑性變形等原因，磨削表面會產(chǎn)生殘馀應(yīng)力整份。殘馀壓應(yīng)力可提高工件的疲勞強(qiáng)度和壽命待错；殘馀拉應(yīng)力則會降低疲勞強(qiáng)度籽孙，當(dāng)殘馀拉應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時烈评，就會出現(xiàn)磨削裂紋。磨削過程中因塑性變形而發(fā)生的金屬強(qiáng)化作用犯建，使表面金屬顯微硬度明顯增加该捎，但也會因磨削熱的影響，使強(qiáng)化了的金屬發(fā)生弱化张相。例如砂輪鈍化或切削液不充分枝扭，在磨削表面的一定深度內(nèi)就會出現(xiàn)回火軟化區(qū)，使表面質(zhì)量下降蝗腻，同時在表面出現(xiàn)明顯的褐色或黑色斑痕孵钱，稱為磨削燒傷。

磨削效率

評定磨削效率的指標(biāo)是單位時間內(nèi)所切除材料的體積或質(zhì)量拓币，用mm3/s或kg/h表示昏滔。提高磨削效率的途徑有：①增加單位時間內(nèi)參與磨削的磨粒數(shù)，如采用高速磨削或?qū)捝拜喣ハ髁湛恚虎谠黾用款w磨粒的切削用量挫肆，如采用強(qiáng)力磨削。在砂輪兩次修整之間切除金屬的體積與砂輪磨損的體積之比稱為磨削比(也有以兩者的重量比表示的)泛邮。磨削比大料离，在一定程度上說明砂輪壽命較長。磨削比減小盯质，將增加修整砂輪和更換砂輪的次數(shù)袁串，從而增加砂輪消耗和磨削成本。影響磨削比的因素有：單位寬度的法向磨削分力呼巷、磨削速度以及磨料的種類囱修、粒度和硬度等到腥。一般單位法向磨削分力越小或磨削速度越高，則磨削比越大蔚袍；砂輪粒度較細(xì)和硬度較高時乡范，磨削比也較大.

（鄭煥文）

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