砂輪剛性對(duì)磨削性能及產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響

馮柯

摘 ?要：在我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)崛起與不斷騰飛過(guò)程中，數(shù)碼產(chǎn)業(yè)也實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展，致使數(shù)碼產(chǎn)品種類日益繁多，也無(wú)形中致使CNC機(jī)臺(tái)用高光刀具的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。文章就針對(duì)砂輪剛性對(duì)磨削性能及產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響進(jìn)行深入研究，并為獲知最準(zhǔn)確的理論成果，為此設(shè)計(jì)相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以確保該研究具有真實(shí)性、可靠性。

關(guān)鍵詞：砂輪剛性;磨削性能;產(chǎn)品;加工質(zhì)量;影響

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）32-0113-02

Abstract： In the process of the rise and continuous take-off of the Internet industry in China， the digital industry has also achieved rapid development， resulting in an increasingly wide variety of digital products， but also virtually resulting in the application of CNC machine high-gloss tools more and more widely. In this paper， it make an in-depth study on the influence of grinding wheel rigidity on grinding performance and product processing quality， and in order to obtain the most accurate theoretical results， we design relevant verification experiments to ensure the authenticity and reliability of the research.

Keywords： grinding wheel rigidity; grinding performance; product; machining quality; influence

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

搜集三組樣本，將這三類樣本分別進(jìn)行標(biāo)記，為a、b、c。其中，a組樣本為普通精磨砂輪，b組樣本為金屬基體和磨料層之間帶有5mm厚的膠木過(guò)渡層，c組樣本為砂輪中加入10%體積分?jǐn)?shù)的尼龍1012材料。這三類樣本要按照以上要求進(jìn)行準(zhǔn)備，其中各組砂輪的規(guī)格、特征及用途可見(jiàn)表1。

此外，被加工刀具為四刃加工用立銑刀，刀具材料為TF25硬質(zhì)合金，值得一提的是，刀具已事先被金剛石砂輪粗磨加工過(guò)。所用的數(shù)控工具磨床選取日常常用的型號(hào)及機(jī)型，使用某一品牌的超景深顯微鏡進(jìn)行刀具加工后刃口表面的觀測(cè)。

1.2 結(jié)果分析環(huán)節(jié)

（1）砂輪硬度

砂輪硬度對(duì)刀具表面質(zhì)量的磨削效率的影響不可小覷，兩者之間存在必然關(guān)聯(lián)，砂輪的硬度強(qiáng)與弱勢(shì)必會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量的兩種結(jié)果。砂輪硬度較強(qiáng)時(shí)，加工出的工件表面粗糙度恰好、精度高;而當(dāng)砂輪硬度較弱時(shí)，加工出的工件表面會(huì)呈現(xiàn)較大缺陷，如常見(jiàn)的裂紋、燒傷痕跡等等，往往產(chǎn)品質(zhì)量不盡如人意。

（2）機(jī)床負(fù)載

機(jī)床負(fù)載也深受其他因素影響，對(duì)其影響最深的要數(shù)磨削力。一般情況下，磨削力也存在法向力與切向力的顯著差異，這兩種力的使用，會(huì)呈現(xiàn)不同結(jié)局與效果。法向力較高時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致誤差;當(dāng)切向力較高時(shí)，則會(huì)輕易發(fā)生磨損工件的問(wèn)題。

為了清晰不同的機(jī)床負(fù)載在砂輪轉(zhuǎn)速下的狀況，我們將砂輪轉(zhuǎn)速設(shè)定為25/s、切深0.03mm、進(jìn)給速率62mm/min，測(cè)得的不同樣本呈現(xiàn)不同的差異變化。其中a2組精加工功率約0.6kW，緊隨著磨削進(jìn)行，機(jī)床磨削功率逐漸增強(qiáng)，磨削工件的增多，也致使最初精磨功率呈現(xiàn)上升趨勢(shì);當(dāng)工件數(shù)量達(dá)到100時(shí)，功率遠(yuǎn)超最初數(shù)值，已為最初數(shù)值的300%。

b2組的磨削功率也基本同a1一樣，呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，宏觀來(lái)看，并無(wú)太大差異。但是該組的增長(zhǎng)速率是相對(duì)較慢的，當(dāng)磨削工件數(shù)達(dá)到100時(shí)，功率為最初的240%。反觀c2組，功率增長(zhǎng)緩慢的多，且增遞增幅較小，當(dāng)磨削工件數(shù)達(dá)到100時(shí)，功率為最初的150%。

由此不難得出結(jié)論，在相同的磨削條件下，c2組表現(xiàn)最為優(yōu)異，其機(jī)床負(fù)載最低、功率增長(zhǎng)最慢。

（3）磨削區(qū)溫度

磨削加工過(guò)程中，通常情況下磨削能均會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽a(chǎn)生的熱能則會(huì)傳遞到工件、砂輪、磨屑等物質(zhì)中，這樣一來(lái)，會(huì)造成磨削區(qū)溫度迅速提升。磨削溫度一旦超出合理范圍，則會(huì)對(duì)工件表面造成損傷，基本為熱損傷，如材料氧化、裂紋等等，這些問(wèn)題的出現(xiàn)，將嚴(yán)重影響工件使用壽命、降低其工作效能，還可能會(huì)造成工件使用過(guò)程中的故障及相關(guān)問(wèn)題。所以，為了避免磨削區(qū)產(chǎn)生過(guò)高溫度進(jìn)而損傷工件，可對(duì)磨削區(qū)溫度進(jìn)行透徹研究，以此來(lái)得出科學(xué)結(jié)論，進(jìn)而有策略進(jìn)行監(jiān)管。

在測(cè)量磨削區(qū)溫度時(shí)，可采用紅外測(cè)溫手段，這類手段的優(yōu)勢(shì)是得出數(shù)值的時(shí)間較快，且操作簡(jiǎn)單、不會(huì)對(duì)測(cè)量溫度的相關(guān)工人造成傷害。但是其缺陷也是明顯的，只因不是接觸性溫度測(cè)量，得出的數(shù)值的精準(zhǔn)性不能得到保障，且還會(huì)受到外界環(huán)境、距離等因素的影響，為此，要減少不必要的干擾與影響，才可確保最終檢測(cè)結(jié)果數(shù)值可靠、準(zhǔn)確與真實(shí)。

為了進(jìn)一步清晰磨削區(qū)溫度狀況，可將砂輪速度設(shè)定為26m/s，磨削液流量控制在5L/min，測(cè)量切深0.03mm干磨加工時(shí)進(jìn)行溫度測(cè)定;緊接著，在濕磨狀態(tài)下再次改變切深，分別測(cè)得每個(gè)樣本的磨削區(qū)溫度，詳見(jiàn)表2。

不難得出結(jié)論，切深與3組砂輪的磨削區(qū)溫度呈正比，且相同磨削環(huán)境與背景下，c2組砂輪的磨削區(qū)溫度最低，a2組砂輪磨削區(qū)溫度最高。可間接表明，砂輪剛性越小，磨削區(qū)的溫度則越低。

（4）刀具表面粗糙度和刃口質(zhì)量

通過(guò)相同的磨削參數(shù)完成磨削，三組砂輪磨削后的刀具精度均達(dá)到了指定標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)其表面粗糙度，不難看出，b2組砂輪性能是略強(qiáng)于a2砂輪的，而c2砂輪刀具粗糙度是最好的，可得出結(jié)論：相同磨削情況下，砂輪剛性過(guò)大、硬度較強(qiáng)則會(huì)造成刀具表層金屬變形，進(jìn)而影響刀刃質(zhì)量。在刀刃質(zhì)量方面，屬a2組刀刃質(zhì)量最差，刀刃表面呈鋸齒狀;其次是b2組刀刃質(zhì)量，有磨損痕跡;最后是c2組刀刃質(zhì)量，幾乎看不到傷痕和破裂。

2 結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒖陀^的，充分考慮了所有影響因素，也充分的考量了每一組數(shù)據(jù)，更是在實(shí)驗(yàn)初期做到了萬(wàn)全的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。在每一次的測(cè)驗(yàn)過(guò)后，我們都對(duì)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行了仔細(xì)登記，以此來(lái)真實(shí)的反映不同狀況下的砂輪剛性對(duì)磨削性能及產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響。不難從數(shù)據(jù)中、細(xì)節(jié)變化中發(fā)現(xiàn)砂輪剛性對(duì)磨削性能及產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響，本次研究具有一定參考價(jià)值，也可加深對(duì)砂輪及磨削性能、產(chǎn)品加工質(zhì)量的認(rèn)知。具體來(lái)說(shuō)，可劃分四點(diǎn)來(lái)闡述砂輪剛性對(duì)磨削性能及產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響，以供參考和借鑒。

（1）相較于普通砂輪，增加彈性過(guò)渡層及加入韌性材料的砂輪，更可有效降低砂輪的剛性，這是毋庸置疑的，也是從實(shí)驗(yàn)中得出的具體結(jié)論，可見(jiàn)剛性的改變與材質(zhì)有著莫大的關(guān)系。前者而言，硬度下降有5%，后者硬度則下降15%，降低成效明顯，由精準(zhǔn)測(cè)量機(jī)械測(cè)得。而降低的主要緣由，是因?yàn)樯拜唲傂赃^(guò)高則會(huì)對(duì)磨削質(zhì)量有明顯影響。

（2）砂輪剛性決定多方面的內(nèi)容及數(shù)據(jù)走向，如砂輪剛性的降低，會(huì)給機(jī)床負(fù)載和磨削區(qū)溫度帶來(lái)直接影響，這類影響呈減小趨勢(shì)進(jìn)行延展。相同磨削環(huán)境中，加入韌性材料的砂輪的改善更為突出和顯著，磨削區(qū)溫度比增加過(guò)鍍層砂輪的磨削區(qū)溫度有所降低，降低指數(shù)大致50%。當(dāng)磨削工件持續(xù)增多并達(dá)到100數(shù)量時(shí)，機(jī)床的負(fù)載約為普通砂輪的30%-50%，可有效降低工件在加工過(guò)程中的損傷指數(shù)和損傷風(fēng)險(xiǎn)，可不必過(guò)于擔(dān)憂溫度帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量的負(fù)面影響。

（3）砂輪剛性在粗糙度方面而言，有著具體要求和指標(biāo)，砂輪剛性降低，是有明顯好處的，可直接降低刀具表面粗糙指數(shù)，可進(jìn)一步加強(qiáng)刀具生產(chǎn)精密度水平，其磨削表面粗糙度保持在0.02以下，是可以有效保障刃口不出現(xiàn)崩裂及裂痕問(wèn)題的，可確保刃口不出現(xiàn)較大、較小質(zhì)量問(wèn)題，且還可保持磨削紋路規(guī)則、有序，刃口質(zhì)量也可進(jìn)一步得到提升，可謂一舉兩得。

（4）從以上眾多數(shù)據(jù)的搜集和記錄，可發(fā)現(xiàn)采用磨料層中加入增韌材料的方法，可有效改善磨削質(zhì)量，其作用與積極影響是突出的、顯著的，效果要明顯好于增加彈性過(guò)渡層的方式、方法，希望更多人認(rèn)清和了解，從而進(jìn)一步推廣和使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙延軍，錢灌文，劉權(quán)威，等.砂輪剛性對(duì)磨削性能及產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響[J].金剛石與磨料磨具工程，2017，37（01）：56-60.

[2]馮克明，王慶偉.超薄砂輪高速精密切割磨削影響因素系統(tǒng)分析[J].模具制造，2016，16（12）：73-79.