砂轮寿命表面形貌磨损及修整幻灯片.ppt
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1、砂轮寿命表面形貌磨损及修整第1页,共51页,编辑于2022年,星期一一、砂轮寿命在磨削过程中,由于砂轮本身的磨损,不断地改变着砂轮工作面的状态。随着磨削时间的延长,砂轮的切削能力下降,各种磨削缺陷不断出现,使磨削加工不能继续进行。此时,必须修整砂轮,恢复正常磨削状态。砂轮在两次修整之间的实际磨削时间称为砂轮的寿命。砂轮的寿命是影响磨削加工效果的重要因素,特别是对于成型磨削尤为重要。第2页,共51页,编辑于2022年,星期一砂轮寿命的判据判定砂轮寿命:一般是根据砂轮工作面磨损后所产生的各种现象,通过观察和测试进行的。砂轮磨损后所产生的磨削现象主要有:磨削过程产生自激振动、工件表面出现再生振纹;磨
2、削噪音的增大;工件表面出现磨削烧伤;磨削力急剧增大或减小;磨削精度下降;磨削表面粗糙度增大。第3页,共51页,编辑于2022年,星期一砂轮寿命终结的形式磨耗磨损型 当磨粒发生严重磨耗磨损,在磨粒顶面出现明显的磨损平面后,砂轮表面平坦光滑。此时切刃的磨损总面积增大,摩擦加剧,切刃难以切入工件表面。但砂轮硬度偏高,致使磨粒不能及时产生破碎和脱落。若继续使用,会使磨削力、磨削热显著增大,并出现明显的振动和噪声,不能有效地切除材料,此时就必须对砂轮进行修整。这种磨耗磨损一般发生在磨粒硬度偏低、砂轮硬度偏高和磨粒粒度过细以及工件材料的抗拉强度较高的情况下。这是在普通磨削条件下加工一般钢材时砂轮寿命结束的
3、最常见原因。第4页,共51页,编辑于2022年,星期一砂轮堵塞型 磨削加工时,砂轮表面附着大量切屑,称为砂轮堵塞。分两类:一种为侵入型堵塞,即切屑钻入砂轮表面的空隙中,在磨削钢材时容易出现这种形式的堵塞。一种为粘附型堵塞,切屑熔结在磨粒和结合剂表面上,把磨粒切刃覆盖。在磨削非铁金属如钛合金、铜合金、镁合金等延展性好熔点低的材料时会发生这种粘附型堵塞。当砂轮堵塞到一定程度后,其切削能力明显下降,容易出现明显的振动和噪声甚至发生烧伤现象。砂轮堵塞形式和程度主要和工件材料的机械性能、砂轮特性、磨削用量和切削液类型及供液方式有关。砂轮寿命终结的形式第5页,共51页,编辑于2022年,星期一脱落型 脱落
4、易发生在砂轮硬度过软的场合,即当砂轮硬度过低或磨削条件过重的时候,自锐效应非常强烈,使砂轮失去正常的几何形状,从而使砂轮不能正常工作。此时砂轮仍能继续工作,但砂轮表面的几何精度和粗糙度已丧失,因此必须恢复砂轮表面的正确形态。砂轮寿命终结的形式第6页,共51页,编辑于2022年,星期一二、砂轮表面形貌 砂轮表面上磨粒的分布,每个磨粒的几何形状,特别是每个磨粒显露出来的切削刃以及这些切削刃所处的高度等,构成了砂轮的表面形貌。磨粒有效切刃间距s和磨粒切刃尖端距砂轮表面距离Zs都不一定相等,切削过程中有的切刃是有效的,有的是无效的,即有效磨粒切削刃和无效磨粒切削刃。第7页,共51页,编辑于2022年,
5、星期一砂轮表面形貌评价磨粒出刃高度 低的出刃高度容易造成砂轮容屑空间不足,使砂轮载荷增加,增大磨削力;磨粒出刃高度过大,会增大磨粒的切削深度,造成较深的磨削损伤,加剧砂轮磨损。第8页,共51页,编辑于2022年,星期一静态有效磨粒数 砂轮切入深度从零逐渐增大时,砂轮静态有效磨粒数逐渐增加,当增大到一定程度后,其增加趋势逐渐变缓。砂轮表面形貌评价第9页,共51页,编辑于2022年,星期一砂轮表面形貌评价磨粒间距 右图为磨削硅片时磨粒平均间距随砂轮切入深度变化趋势。切深较小时,磨粒平均间距随着砂轮切深的增加而迅速减小,而后减小趋势减缓。第10页,共51页,编辑于2022年,星期一三、砂轮磨损磨损的
6、形态与原因磨损的形态砂轮磨损分磨耗磨损和破碎磨损两种形式。A代表磨耗磨损,B和C代表了破碎磨损情况,D代表磨粒的脱落。第11页,共51页,编辑于2022年,星期一磨损的原因磨耗磨损 工件中高硬度的质点会使磨粒发生机械磨损。某些难磨材料磨削时,这种磨粒磨损的现象非常严重。氧化磨损 空气中的氧化对磨削起促进作用。在真空中进行的磨削实验,发现刚玉砂轮磨削低碳钢时比在空气中困难得多。这是由于空气的对流使磨削温度降低且空气中的氧使工件新生成的表面迅速氧化,形成一层氧化膜,减少了磨屑黏着的可能性,对于某些磨料,表面会在高温下发生氧化作用,使其逐渐消耗,这种情况为氧化磨损。砂轮磨损第12页,共51页,编辑于
7、2022年,星期一扩散磨损 磨粒与被磨材料在磨削高温下接触时,元素互相扩散,造成磨粒表层弱化而产生磨损。两紧密接触的金属材料,在高温高压下,经过一定时间,在其接触表面处就会出现扩散现象且扩散是相互的。塑性磨损 在磨削高温作用下,磨粒也会因塑性而变形。塑性磨损取决于工件材料的热硬度。磨削时,磨粒接触区的温度较高,接近材料的熔点,若切削层在剪切面上的热硬度大于磨粒接触区的热硬度,则磨粒接触区将产生较大的塑性变形而磨损。砂轮磨损第13页,共51页,编辑于2022年,星期一热应力破碎磨损在磨削过程中,磨粒的工作表面在万分之几秒的时间内升到10002000高温,又在磨削液作用下激冷。这种冷热循环的频率与
8、砂轮转速相同。磨粒表面在交变的热和力的作用下形成很大的热应力,使磨粒表面疲劳开裂甚至破碎。热应力破碎主要取决于磨粒的热导率大小及磨削冷却液性能好坏等。如热导率越小,磨粒表面到内部的温度梯度越大,热应力越大,会使磨粒受到冲击而开裂破碎。砂轮磨损第14页,共51页,编辑于2022年,星期一砂轮磨损的特征随着被磨材料磨除体积的增加,砂轮的磨损逐渐增大;对砂轮的磨损与金属材料磨除体积之间的关系,以以往大量研究表明规律如图砂轮磨损第15页,共51页,编辑于2022年,星期一初期磨损阶段:砂轮磨损主要是磨粒的破损和整体脱落。砂轮刚刚修整过,砂轮工作表明上的磨粒受修整工具的冲击而产生裂纹,甚至整个磨粒都已松
9、动。在磨削力作用下,产生裂纹的磨粒会出现大块碎裂,松动的磨粒会整体脱落。正常磨损阶段:受力作用还有一些磨粒破碎,主要的是磨粒经受长时间磨削而使磨粒切刃钝化,即磨耗磨损。急剧磨损阶段:由于磨粒进一步钝化,作用在磨粒上的力急剧增大,导致磨粒产生大块碎裂、结合剂破碎以及整个磨粒脱落。此时砂轮不能正常工作,一般砂轮在到达该阶段之前就需要重新修整。砂轮磨损第16页,共51页,编辑于2022年,星期一磨耗磨损的特征磨耗磨损以砂轮表面上单位面积的磨粒磨损面积表示,即用磨损面积率a%度量。随着磨削行程次数的增多,单位砂轮面积的磨粒磨损平面面积逐渐增大。砂轮越硬,磨粒磨损平面面积率越高。砂轮磨损第17页,共51
10、页,编辑于2022年,星期一破碎磨损特征砂轮的破碎磨损可以认为是磨粒破碎及结合剂破碎之和。产生破碎磨损时,磨耗磨损是微不足道的。结合剂破碎占总磨损量的百分比称为结合剂破碎百分数,与砂轮硬度等级关系如图。硬砂轮的磨粒脱落较难,磨粒脱落前已破碎,故硬砂轮磨粒破碎所占比例增多。虽然磨耗磨损所占比例很小,但它直接影响磨削力,影响工件烧伤和磨削振动,进而影响砂轮的破碎磨损。砂轮磨损第18页,共51页,编辑于2022年,星期一黏附磨损的特征磨削钛合金和不锈钢等难磨材料时,砂轮会发生黏附磨损,砂轮的黏附分为小面积和大面积黏附。黏附造成砂轮磨损的一个原因是磨粒随着黏附团一起脱落。另一个原因是随着黏附团的脱落,
11、砂轮在黏附团附近的磨粒受到损伤,这些损伤的磨粒比较容易脱落,其脱落取决于每颗磨粒磨削力的大小。砂轮磨损第19页,共51页,编辑于2022年,星期一砂轮磨损的检测检测方法很多,按检测状态不同,分为砂轮磨损的静态检测和动态检测;按接触状态,分接触式和非接触式检测;按检测参数不同,分直接检测和间接检测;按机床状态不同,分在线检测及停机检测等。第20页,共51页,编辑于2022年,星期一滚动复印法普通滚印法是在弹性支承辊与砂轮之间放入复印纸与玻璃板,一面缓慢转动砂轮,一面移动复印纸与玻璃板,则玻璃板上将复印出磨粒的平面分布图。采用锥形滚印法,可获得三维空间的磨粒分布状态。第21页,共51页,编辑于20
12、22年,星期一触针法 类似于表面粗糙度的测量。测量原理:在差动式电感传感器前端安装金刚石触针,测量中触针上下移动,使传感器中的电感产生相应的变化,该变化量通过测微电路被转变为电压变化信号并进行放大与整流,最后输入记录仪记录,即得到砂轮磨损后的形貌轮廓。固定传感器的基准套是浮动的,可以排除砂轮偏心及表面波动对触针读数的影响。第22页,共51页,编辑于2022年,星期一圆锥形触针可获得砂轮某一剖面内磨削前后的实际轮廓。记录的部分廓形可能是由磨粒侧面描划出来的虽有凸峰形貌但并非真实磨粒切刃,故获得的单位长度上的切刃数大于实际切刃数。刀口形触针可获得刀口宽度范围内的综合廓形。刀口形触针与高刃接触,所检
13、测的磨粒切刃密度将小于实际密度。触针法触针法可获得砂轮工作面磨削前触针法可获得砂轮工作面磨削前后形貌的廓形,可检测出磨粒切后形貌的廓形,可检测出磨粒切刃的磨损形状及磨刃分布以及容刃的磨损形状及磨刃分布以及容屑空间等,但不能识别磨粒、结屑空间等,但不能识别磨粒、结合剂及堵塞物。合剂及堵塞物。第23页,共51页,编辑于2022年,星期一光截法将砂轮连同法兰盘一起从磨床上取下安装在此装置上。测量时,光源6中的光线经过透镜和光栅,以矩形光束照射于砂轮表面,与圆柱砂轮相截,形成矩形测定带,测定带的长轴与砂轮轴线平行,观察用的显微镜2与砂轮圆周相切,这样就能观察与拍摄磨粒切刃的形态,磨粒切刃的轴向位置及长
14、度尺寸可通过显微镜的目镜进行测量。此装置可测出磨削前后磨粒的形状,此装置可测出磨削前后磨粒的形状,切刃分布和切刃密度等多项参数。切刃分布和切刃密度等多项参数。连续检测砂轮圆周不同位置的磨粒连续检测砂轮圆周不同位置的磨粒形状及数量,可以确定磨粒形状的形状及数量,可以确定磨粒形状的种类、组成及分布状态。在磨削过种类、组成及分布状态。在磨削过程中定期的检测砂轮同一位置的磨程中定期的检测砂轮同一位置的磨粒形状及其变动情况,可以研究磨粒形状及其变动情况,可以研究磨粒磨耗破碎、脱落及新磨粒的出现粒磨耗破碎、脱落及新磨粒的出现等规律。等规律。第24页,共51页,编辑于2022年,星期一光电自动测量法这是一种
15、动态测量砂轮磨损的方法。该方法可以随时观测砂轮工作面的变化规律,并能将所得数据通过记录仪记录后送计算机进行处理,这样可以得到砂轮磨损的全过程。从显微镜光源射出的光照到具从显微镜光源射出的光照到具有一定转速的砂轮工作面上,有一定转速的砂轮工作面上,只有被磨损的磨粒表面才产生只有被磨损的磨粒表面才产生强的反射光,通过窄缝传到光强的反射光,通过窄缝传到光电倍增管上,于是磨粒上被磨电倍增管上,于是磨粒上被磨平部分的扩大像,穿过窄缝的平部分的扩大像,穿过窄缝的窗口,便通过光电倍增管得到窗口,便通过光电倍增管得到对应的光电输出波形。对应的光电输出波形。第25页,共51页,编辑于2022年,星期一激光功率谱
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