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金刚砂磨料磨削的切削刃形状与分布

  • 磨削时,磨床上相应的机构控制砂轮,使它与工件接触,逐渐切除工件与砂轮相互干涉的部分,形成被磨表面。影响磨削加工过程的因素很多,使得对磨削机理的研究比对切削机理的研究变得更加困难和复杂。为了实现磨削过程的最优控制,就必须研究磨削加工中输入参数和输出参数之间的相互关系,也就是必须研究磨削加工过程的物理规律-磨削原理。
    为了描述磨削机理,必须找出一些能明确表征输入或输出条件的主要参数。表征输入条件的参数有磨刃几何参数、有效金刚砂磨粒(刃)数、切削厚度、切削宽度、接触弧长和砂轮当量直径等。表征输出的主要参数有材料切除率、砂轮耗损率、磨削比、磨削力、功率消耗和磨削比能、加工精度及表面完整性指标等。其中,磨刃几何参数、有效磨刃数、切削厚度、切削宽度和磨削比等比较重要,称为磨削基本参数。
  • 金刚砂磨削的切削刃形状与分布金刚砂磨料磨削的切削刃形状
    由于制造砂轮用的金刚砂磨粒晶体生长机理不同或制粒过程的破碎方法不同,金刚砂磨粒的形状一般是很不规则的。从宏观上看,磨粒的形状近似于多棱锥体形状,可以分别用长(l),宽(b)、高(h)和楔角(θ)表示,如图3-1(a)所示。在磨粒切削刃的几何特征研究中,常根据刀具切削部分的几何参数定义,来确定金刚砂磨粒切削刃的几何参数。几何参数包括磨刃的前角γg、后角αg、顶锥角2θ和磨刃钝圆半径γg[图3-1(b)]及容屑槽(磨粒和结合剂的孔隙)的结构参数。它们影响砂轮的锋锐程度、切削能力和容屑能力。
  • 事实上,磨削时每颗金刚砂磨粒有多个顶尖,因而会出现多个顶锥角。按统计规律可知,顶锥角2θ在80°-145°之间变动。若顶锥角2θ小于90°的磨粒尖角所占比例增多,表示以正前角切削的磨粒概率增大。所以,顶锥角2θ的比例是非常重要的。它关系到磨粒的切削性能。研究表明,顶锥角2θ的比例及磨刃钝圆平径γg的大小均与磨粒的尺寸有关,如图3-2所示。可见,2θ随磨粒宽度b及γg增大而略有增大。在b=20~70μm范围内,2~从90°增至100°;在b=70-420μm范围内,2θ从100°增至110°;γg随磨粒尺寸b及2θ增大而增大,在b= 30-420μm范围内,rg几乎是线性地从3μm增至28μm。由统计规律可知:一般情况下刚玉磨粒的顶锥角2θ和磨刃钝圆半径rg比碳化硅磨粒大些,且随磨粒尺寸的变化具有相同的变化规律。磨粒在砂轮中的分布是随机的,这主要是由于砂轮的结构及制造工艺方面的原因所决定。金刚砂磨粒在砂轮工作表面的空间分布状态如图3-3所示,x-y坐标平面即砂轮外层工作表面,沿平行于y-z坐标平面所截取的磨粒轮廓图即为砂轮的工作表面形貌图(也称为砂轮的地貌)。由图3-3可以看出,磨粒有效磨刃间距λs和磨粒切削刃尖端距砂轮表面的距离Zs不一定相等,因而在磨削过程中有的切削刃是有效的,而有的切削刃是无效的。即便是有效切削刃,其切削截面积的大小也不会相同。
    金刚砂磨料磨削的切削刃分布
    由于磨粒的特殊形状、尺寸以及在砂轮工作表面分布的随机特征等,造成了磨削过程与一般切削过程的不同。
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