彈性砂輪在磨削加工鋁合金鏡面中的應用

尹志宏 太原工業(yè)學院

一、彈性砂輪的磨削加工工藝原理

現(xiàn)階段，人們所使用的彈性砂輪大多是由多種混合磨料所制作而成的，其主要成分為聚氨酯基，是一種較為典型的高分子聚合物。相比于普通的陶瓷砂輪，聚氨酯彈性砂輪有著不同的加工原理，其在進行磨削時，砂輪中的磨粒均是利用粘結劑在聚氨酯基體表面中進行彈性固結的，這使得磨粒因粘結劑的作用而導致其無法在聚氨酯基體中進行自由移動，并且磨粒在移動時還會受到來自于粘結劑的彈性約束作用，其在移動過程中只會出現(xiàn)姿態(tài)與位移變化，并且大量磨粒受力時還會產生群體效應。

二、試驗條件及方法

在利用彈性砂輪來對鋁合金鏡面進行磨削加工時，該鋁合金鏡面材料的強度中等，在塑性以及耐蝕性方面表現(xiàn)優(yōu)良，工件尺寸是20mm×15mm×50mm。在磨削加工之前，需要修整彈性砂輪，使其外圓跳動能夠控制在0.02mm 以內。在試驗過程中，對折線走刀軌跡進行設定，這樣可避免因砂輪的不均勻質地而影響到鋁合金的磨削加工效果。本次試驗應用彈性砂輪來對15mm×50mm 的面進行磨削加工，以15mm 作為切入磨削方向，并通過正交法對砂輪線速度、磨削深度、進給速度的差異進行記錄，考察這些磨削參數給鋁合金材料去除率以及表面磨削質量所造成的影響。正交試驗因素綜合表具體如下：

表1 正交試驗因素綜合表

利用白光干涉儀來測量磨削加工后的鋁合金表面粗糙度，并通過電子天平來對鋁合金在不同磨削工藝參數組合下的質量差進行測量，然后通過無水乙醇以及無塵紙來對工件表面的切屑及切削液進行清除后測量。

三、結果分析及討論

由表1 可知，彈性砂輪的磨料粒度越小，則鋁合金鏡面在經過磨削后所產生的表面粗糙度就越低，并且其下降趨勢為先快后慢，原因在于砂輪的磨粒粒度較小時，會有更多的磨粒參與到鋁合金鏡面切削中，從而使磨粒在工件表面上所殘留的切削痕跡要更小，并且因砂輪修整精度限制，鋁合金工件的表面粗糙度的下降趨勢會逐漸放緩。而進給速度增加時，則鋁合金鏡面在經過磨削后產生的表面粗糙度會提高，進給速度越快，會導致工件單位長度中參與磨削的磨粒數量大幅減少，并且縮短磨粒對工件表面的作用時間，提高增削深度，進而使工件在磨削后其表面變得更加粗糙。當提高彈性砂輪的轉速時，則會使鋁合金工件的表面粗糙度降低，因為砂輪轉速越快，則參與磨削的磨粒數量就越多，單顆磨粒對工件表面所造成的磨削深度就越小，進而使工件在磨削后的表面變得更加平滑。當提高切削深度時，則會使鋁合金工件的表面粗糙度提高，原因是切深提高會增加單顆磨粒的磨削厚度，使磨削溫度與磨削力也會隨之增加，工件所受到的徑向磨削力也會增加，迫使磨粒在壓力作用下被擠壓至基材中，使磨削厚度減小，工件表面變得更加粗糙。

在分析不同磨削參數對鋁合金工件的材料去除率影響時，當磨料粒度減小時，會降低鋁合金在磨削加工中的材料去除率，原因在于磨粒粒度減小會減少磨粒切削刃，降低單顆磨粒在工件上的磨削厚度。當進給速度提高時，也會降低材料去除率，原因是進給速度提高會降低單顆磨粒所受到的載荷，進而減小鋁合金在磨削過程中的塑性變形，使磨削厚度得以減少。當砂輪轉速提高時，會提高鋁合金工件的材料去除率，原因在于較高的轉速會增加參與磨削的磨粒數量，不過當砂輪轉速過大，則會降低單顆磨粒的切削深度，從而影響到砂輪的自銳能力，使材料去除率降低。當切削深度增加時，會提高材料去除率，其原因在于切削深度的增加會使彈性砂輪在應用過程中出現(xiàn)更大的塑性變形，進而提高參與切削的磨粒數量，使材料去除率提高。通過正交極差可以確定磨料粒度以及切削深度分別會對鋁合金鏡面的表面粗糙度與材料去除率產生最為明顯的影響，而進給速度對兩者的影響程度則最小。通過對綜合影響率最大的切削參數進行取值，形成最佳的磨削工藝參數組合，可以確定彈性砂輪的最佳磨削工藝參數為600#的磨料粒度、2000r/min 的砂輪轉速、20mm/min 的進給速度以及0.04mm 的切削深度。

四、結語

本文針對鋁合金金屬外殼在磨削加工過程中存在拋光效果不理想的問題，分析了彈性砂輪在應用過程中不同磨削參數對鋁合金表面粗糙度與材料去除率所造成的影響，明確了不同磨削參數的影響程度，并確定了最佳的磨削工藝參數組合，從而有效提高了鋁合金的磨削加工質量，有效避免了因磨削工藝參數不合理而產生的工件劃傷、碰傷、塑性粘附等問題。