• 關鍵詞： 砂輪 磨削原理
• 摘要：磨削時砂輪表面上有許多磨粒參與磨削工作，每個磨粒都可以看做是一把微小的刀具。

一、砂輪的特性和選擇

1.普通砂輪的特性和選擇

普通砂輪是用結合劑把磨粒粘結起來，經壓坯、干燥、焙燒及車整制成，它的特性決定于磨料、粒度、結合劑、硬度、組織及形狀尺寸等。

（1）磨料

磨料是砂輪的主要成分，普通砂輪常用的磨料有氧化物系和碳化物系兩類。

（2）粒度

粒度表示磨料顆粒的尺寸大小。當磨粒尺寸較大時，用篩選法分級，以其能通過的篩網上每英寸長度上的孔數來表示粒度號，如F60表示磨粒剛能通過每英寸60個孔眼的篩網；粒度號越大，磨粒越細。直徑小于63?m的磨粒稱為微粉，用光電沉降儀法分級；微粉的粒度號為F230~F1200，F后的數字越大，微粉越細。

粗磨加工選用顆粒較粗的砂輪，以提高生產效率；精磨加工選用顆粒較細的砂輪，以減小加工表面粗糙度。砂輪與工件接觸面積較大時，選用顆粒較粗的砂輪，防止燒傷工件。

（3）結合劑

結合劑的作用是將磨粒粘結在一起，形成具有一定形狀和強度的砂輪。常用的結合劑種類有陶瓷結合劑、樹脂結合劑和橡膠結合劑。

（4）硬度

砂輪的硬度是指磨粒在磨削力作用下，從砂輪表面上脫落的難易程度，砂輪硬度越高，磨粒越不容易脫落。砂輪的硬度分七個等級。

磨削時，如砂輪硬度過高，則磨鈍了的磨粒不能及時脫落，會使磨削溫度升高而造成工件燒傷；若砂輪太軟，則磨粒脫落過快，不能充分發揮磨粒的磨削效能，也不易保持砂輪的外形。

工件材料硬度較高時應選用較軟的砂輪；工件材料硬度較低時，應選用較硬的砂輪；砂輪與工件接觸面較大時，應選用較軟砂輪；磨薄壁件及導熱性差的工件時應選用較軟的砂輪；精磨和成形磨時，應選用較硬的砂輪；砂輪粒度號大時，應選用較軟的砂輪。

（5）組織

砂輪的組織是指磨粒、結合劑、氣孔三者之間的比例關系。磨粒在砂輪體積中所占的比例越大，則組織越緊密。

（6）砂輪形狀

在砂輪的端面上一般都印有標志，用以標示砂輪的特性。

2. 超硬砂輪的特性和選擇

超硬砂輪采用人造金剛石或立方氮化硼為磨料，除使用樹脂結合劑和陶瓷結合劑外，還使用青銅和鑄鐵纖維等金屬結合劑。

超硬砂輪用濃度來表示砂輪內含有磨粒的疏密程度；濃度的高低用百分比表示。加工石材、玻璃時選較低濃度的金剛石砂輪，加工超硬合金、金屬陶瓷等難加工材料時選高濃度金剛石砂輪。立方氮化硼砂輪只用于加工金屬材料，應選用較高濃度的砂輪。成型磨削和鏡面磨削選用高濃度砂輪。

二、磨削過程

磨削時砂輪表面上有許多磨粒參與磨削工作，每個磨粒都可以看做是一把微小的刀具。磨粒的形狀很不規則，其尖點的頂錐角大多為90°~120°。磨粒上刃尖的鈍圓半徑 大約在幾微米至幾十微米之間，磨粒磨損后 值還將增大。由于磨粒以較大的負前角和鈍圓半徑對工件進行切削（如圖2-44所示），磨粒接觸工件的初期不會切下切屑，只有在磨粒的切削厚度增大到某一臨界值后才開始切下切屑。磨削過程中磨粒對工件的作用包括滑擦、耕犁和形成切屑三個階段。

（1）滑擦階段 磨粒剛開始與工件接觸時，由于切削厚度非常小，磨粒只是在工件上滑擦， 砂輪和工件接觸面上只有彈性變形和由摩擦產生的熱量。

（2）耕犁階段 隨著切削厚度逐漸加大，被磨工件表面開始產生塑性變形，磨粒逐漸切入工件表層材料中。表層材料被擠向磨粒的前方和兩側，工件表面出現溝痕，溝痕兩側產生隆起。此階段磨粒對工件的擠壓摩擦劇烈，產生的熱量大大增加。

（3）形成切屑 當磨粒的切削厚度增加到某一臨界值時，磨粒前面的金屬產生明顯的剪切滑移形成切屑。

磨削過程中產生的溝痕兩側隆起現象對磨削表面粗糙度影響較大。隆起量與磨削速度的關系，隨著磨削速度的增加，隆起減小，這是因為在較高磨削速度條件下，工件材料塑性變形的傳播速度遠小于磨削速度，磨粒側面的材料來不及變形。由圖知，增加磨削速度對減小隆起量是有利的。

三、磨削力

磨削力可以分解為三個分力：主磨削力（切向磨削力），背向力 ，進給力

與切削力相比，磨削力具有以下特征：

1）單位磨削力

2）三向磨削分力中

四、磨削溫度

1．磨削溫度

由于磨削時單位磨削力 比車削時大得多，切除金屬體積相同時，磨削所消耗的能量遠遠大于車削所消耗的能量。這些能量在磨削中將迅速轉變為熱能，磨粒磨削點溫度高達1000~1400℃，砂輪磨削區溫度也有幾百度。磨削溫度對加工表面質量影響很大，須設法控制。

2．影響磨削溫度的因素

（1）砂輪速度

提高砂輪速度，單位時間通過工件表面的磨粒數增多，單顆磨粒切削厚度減小，擠壓和摩擦作用加劇，單位時間內產生的熱量增加，使磨削溫度升高。

（2）工件速度

增大工件速度，單位時間內進入磨削區的工件材料增加，單顆磨粒的切削厚度加大，磨削力及能耗增加，磨削溫度上升；但從熱量傳遞的觀點分析，提高工件速度 ，工件表面與砂輪的接觸時間縮短，工件上受熱影響區的深度較淺，可以有效防止工件表面層產生磨削燒傷和磨削裂紋，在生產實踐中常采用提高 的方法來減少工件表面燒傷和裂紋。

（3）徑向進給量

徑向進給量增大，單顆磨粒的切削厚度增大，產生的熱量增多，使磨削溫度升高。

（4）工件材料 磨削韌性大、強度高、導熱性差的材料，因為消耗于金屬變形和摩擦的能量大，發熱多，而散熱性能又差，故磨削溫度較高；磨削脆性大、強度低、導熱性好的材料，磨削溫度相對較低。

（5）砂輪特性 選用低硬度砂輪磨削時，砂輪自銳性好，磨粒切削刃鋒利，磨削力和磨削溫度都比較低。選用粗粒度砂輪磨削時，容屑空間大，磨屑不易堵塞砂輪，磨削溫度比選用細粒度砂輪磨削時低。