砂轮形貌特性的评定及其合理匹配

砂轮的磨削性能不仅取决于砂轮结构特性,如磨粒、粒度和硬度等,且更多的取决于砂轮表面的形貌特征。砂轮表面形貌特性是指砂轮表面上磨粒切刃的瞬时状态,又称瞬时特性,如磨粒切刃的分布、磨粒的磨耗、破碎和脱落以及容屑空间的堵塞等。瞬时特性在磨削过程中随着磨削时间的变化而变化,因此,必须对砂轮形貌特性进行合理的评定。要使砂轮获得良好的磨削性能,就必须根据具体的磨削条件,进行砂轮结构特性与形貌特性的合理匹配,使砂轮表面的磨削达到最佳状态。

1 砂轮形貌特性的评定

磨粒切刃的几何参数

图1 磨粒切刃的几何参数

砂轮表面有许多大小不一、随机分布的磨粒切刃,为了描述磨粒切刃的几何特性,可定义磨粒切刃的几何参数:磨刃的前角gg,后角ag及磨刃钝圆半径rb(如图1所示),显然,磨粒的形状尺寸及其在砂轮表面上的方位决定了磨刃的几何参数,进而影响磨刃的切削性能。

磨粒切刃的形状极不规则,为了分析方便,可把磨粒形状理想化,简化的磨粒切刃分类如下:(1)圆锥或棱锥形；在进行粗修整或砂轮硬度较低时,易形成这种形状；(2)球形；圆角半径为10～20µm；(3)圆角尖端的圆锥形:磨粒划痕的结果,磨粒切深大时,其切削作用接近于圆锥形；切深小时,切削接近于球形；(4)平顶圆锥形:磨粒顶部被磨耗的形状,砂轮硬修整导程小时易形成这种形状。

从磨粒切刃的锋锐性考虑,圆锥或棱锥形(1)和圆角尖端的圆锥形(3)接近于实际磨粒的棒状,锋利性较好；球形(2)和区顶圆锥形(4)分别接近于实际磨粒的块状和磨耗棒状,锋锐性较差。磨粒尺寸愈小,磨粒切刃顶尖角eg愈小,则磨粒锋锐性愈好。磨粒在砂轮工作面上的方向和位置是随机分布的,从统计的观点来看,磨粒的方位对磨刃的前后角影响不大。磨刃的前角主要取决于其顶尖角eg,一般磨粒的顶尖角eg愈小,磨刃的前角gg愈大。

磨粒切刃的分布

磨粒切刃分布的特征参数主要有:(1)磨粒间距Lg。指砂轮圆周上先后磨削工件同一点的相邻二切刃的弧线距离,表示磨粒切刃分布状态的基本参数；(2)磨粒磨耗平台宽度b。指垂直于切削方向的磨耗磨粒切刃小平台宽度,表示磨粒切刃工作状态的基本参数。

由上述特征参数可计算出砂轮工作面上单位面积的磨粒切刃数Mg(＝1/Lg2),但磨粒切刃在砂轮工作面上的分布是不均匀的,而且高低参差不齐,因而有一个磨粒切刃的定义问题,如果峰谷高度差Dh极小,由于二凸峰间没有足够的容屑空间,实际上只能起一个切刃的作用,一般规定Dh≥5µm或Dh≥(fr/2)(fr——径向进给量)才能算为两个切刃。由于磨削过程中的运动关系。也使埋入一定深度的磨刃不会参加切削,因而实际参加切削的磨刃数(有效磨粒切刃数)大大少于砂轮表面的磨粒数。设磨粒间距为Lg,后磨粒切刃比前磨粒切刃在砂轮半径方向上低Dh,则有效磨粒切刃的条件为

(1)

由式(1)可知,当砂轮形貌特性不变时,随着工件速度Vw和切削深度ap的增大,砂轮速度Vs和砂轮半径ds减小,有效磨粒切刃数将增多。

另外,有效磨粒切刃数还与砂轮表面形貌状态有关,砂轮粒度号愈大,砂轮硬度愈高,修整时修整导程fd和修整深度ad愈小,有效磨粒切刃数也愈多。

砂轮形貌特性的统计分析

图2 砂轮表面的形貌图

图3 磨粒切刃和容屑槽的径向概率分布曲线

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