切削加工:磨削原理

　　磨削原理是研究磨具与工件在磨削加工过程中的各种物理现象及其内在联系的一门学科。磨削原理的研究内容主要包括磨屑形成过程﹑磨削力和磨削功率﹑磨削热和磨削温度﹑磨削精度和表面质量﹑磨削效率等﹐目的在于深入了解磨削的本质﹐并据以改进或创造磨削方法。

　　磨削原理的研究始于1886年﹐美国的C.H.诺顿和C.艾伦合作研究砂轮和磨削过程﹐20年之后制订出正确选择砂轮类别和砂轮速度的原则﹔同时发现为了提高磨削效率和精度﹐必须对砂轮进行平衡﹐并在磨削过程中正确地修整砂轮(见砂轮修整)和使用切削液。1914～1915年﹐英国的J.格斯特和美国的G.奥尔登对磨削用量﹑磨屑大小和选择砂轮等问题又作了进一步的研究。此后﹐磨削原理的研究不断深入。在磨屑形成方面﹐德国的K.克鲁格对砂轮上磨粒与工件的接触弧长和影响单颗磨粒的切深的因素进行了几何计算和研究﹐在1925年提出了研究报告。德国的M.库莱恩和G.施勒辛格尔以及日本的关口八重吉等人对磨削力作了研究﹐在20年代末至30年代先后提出了磨削过程中影响磨削力的诸因素﹐并使磨削力的测量技术不断发展。从30年代起﹐随着测量磨削表面温度实验技术的发展﹐推动了有关磨削热的理论研究。对于砂轮磨削性能的理论研究﹐导致一系列新型高速砂轮的出现﹐发展了砂带磨削。由于金刚石和立方氮化硼磨料的应用﹐磨削原理又得到新的发展。70年代以来﹐应用扫描电子显微镜对磨削的微观过程和超精密磨削的机理作了深入的分析。

　　磨屑形成过程 磨粒在磨具上排列的间距和高低都是随机分布的﹐磨粒是一个多面体﹐其每个棱角都可看作是一个切削刃﹐顶尖角大致为90°～120°﹐尖端是半径为几微米至几十微米的圆弧。经精细修整的磨具﹐其磨粒表面会形成一些微小的切削刃﹐称为微刃。磨粒在磨削时有较大的负前角(见刀具)﹐其平均值为-60°左右。磨粒的切削过程可分3个阶段(图1 磨粒的切削过程(局部放大) )。滑擦阶段﹕磨粒开始挤入工件﹐滑擦而过﹐工件表面产生弹性变形而无切屑。耕犁阶段﹕磨粒挤入深度加大﹐工件产生塑性变形﹐耕犁成沟槽﹐磨粒两侧和前端堆高隆起﹔切削阶段﹕切入深度继续增大﹐温度达到或超过工件材料的临界温度﹐部分工件材料明显地沿剪切面滑移而形成磨屑。根据条件不同﹐磨粒的切削过程的3个阶段可以全部存在﹐也可以部分存在。磨屑的形状有带状﹑挤裂状和熔融的球状等﹐可据以分析各主要工艺参数﹑砂轮特性﹑冷却润滑条件和磨料的性能等对磨削过程的影响﹐从而寻求提高磨削表面质量和磨削效率的措施。

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