砂輪剛性對磨削性能及產品加工質量的影響

馮柯

摘 ?要：在我國互聯網產業崛起與不斷騰飛過程中，數碼產業也實現了高速發展，致使數碼產品種類日益繁多，也無形中致使CNC機臺用高光刀具的應用也越來越廣泛。文章就針對砂輪剛性對磨削性能及產品加工質量的影響進行深入研究，并為獲知最準確的理論成果，為此設計相關驗證實驗，以確保該研究具有真實性、可靠性。

關鍵詞：砂輪剛性;磨削性能;產品;加工質量;影響

中圖分類號：TG659 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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 實驗系統環節

1.1 實驗準備環節

搜集三組樣本，將這三類樣本分別進行標記，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厚的膠木過渡層，c組樣本為砂輪中加入10%體積分數的尼龍1012材料。這三類樣本要按照以上要求進行準備，其中各組砂輪的規格、特征及用途可見表1。

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

1.2 結果分析環節

（1）砂輪硬度

砂輪硬度對刀具表面質量的磨削效率的影響不可小覷，兩者之間存在必然關聯，砂輪的硬度強與弱勢必會造成產品質量的兩種結果。砂輪硬度較強時，加工出的工件表面粗糙度恰好、精度高;而當砂輪硬度較弱時，加工出的工件表面會呈現較大缺陷，如常見的裂紋、燒傷痕跡等等，往往產品質量不盡如人意。

（2）機床負載

機床負載也深受其他因素影響，對其影響最深的要數磨削力。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，會呈現不同結局與效果。法向力較高時，往往會導致誤差;當切向力較高時，則會輕易發生磨損工件的問題。

為了清晰不同的機床負載在砂輪轉速下的狀況，我們將砂輪轉速設定為25/s、切深0.03mm、進給速率62mm/min，測得的不同樣本呈現不同的差異變化。其中a2組精加工功率約0.6kW，緊隨著磨削進行，機床磨削功率逐漸增強，磨削工件的增多，也致使最初精磨功率呈現上升趨勢;當工件數量達到100時，功率遠超最初數值，已為最初數值的300%。

b2組的磨削功率也基本同a1一樣，呈現上升態勢，宏觀來看，并無太大差異。但是該組的增長速率是相對較慢的，當磨削工件數達到100時，功率為最初的240%。反觀c2組，功率增長緩慢的多，且增遞增幅較小，當磨削工件數達到100時，功率為最初的150%。

由此不難得出結論，在相同的磨削條件下，c2組表現最為優異，其機床負載最低、功率增長最慢。

（3）磨削區溫度

磨削加工過程中，通常情況下磨削能均會轉變為熱能，產生的熱能則會傳遞到工件、砂輪、磨屑等物質中，這樣一來，會造成磨削區溫度迅速提升。磨削溫度一旦超出合理范圍，則會對工件表面造成損傷，基本為熱損傷，如材料氧化、裂紋等等，這些問題的出現，將嚴重影響工件使用壽命、降低其工作效能，還可能會造成工件使用過程中的故障及相關問題。所以，為了避免磨削區產生過高溫度進而損傷工件，可對磨削區溫度進行透徹研究，以此來得出科學結論，進而有策略進行監管。

在測量磨削區溫度時，可采用紅外測溫手段，這類手段的優勢是得出數值的時間較快，且操作簡單、不會對測量溫度的相關工人造成傷害。但是其缺陷也是明顯的，只因不是接觸性溫度測量，得出的數值的精準性不能得到保障，且還會受到外界環境、距離等因素的影響，為此，要減少不必要的干擾與影響，才可確保最終檢測結果數值可靠、準確與真實。

為了進一步清晰磨削區溫度狀況，可將砂輪速度設定為26m/s，磨削液流量控制在5L/min，測量切深0.03mm干磨加工時進行溫度測定;緊接著，在濕磨狀態下再次改變切深，分別測得每個樣本的磨削區溫度，詳見表2。

不難得出結論，切深與3組砂輪的磨削區溫度呈正比，且相同磨削環境與背景下，c2組砂輪的磨削區溫度最低，a2組砂輪磨削區溫度最高?？砷g接表明，砂輪剛性越小，磨削區的溫度則越低。

（4）刀具表面粗糙度和刃口質量

通過相同的磨削參數完成磨削，三組砂輪磨削后的刀具精度均達到了指定標準，通過其表面粗糙度，不難看出，b2組砂輪性能是略強于a2砂輪的，而c2砂輪刀具粗糙度是最好的，可得出結論：相同磨削情況下，砂輪剛性過大、硬度較強則會造成刀具表層金屬變形，進而影響刀刃質量。在刀刃質量方面，屬a2組刀刃質量最差，刀刃表面呈鋸齒狀;其次是b2組刀刃質量，有磨損痕跡;最后是c2組刀刃質量，幾乎看不到傷痕和破裂。

2 結論

本次實驗是嚴謹的、客觀的，充分考慮了所有影響因素，也充分的考量了每一組數據，更是在實驗初期做到了萬全的實驗準備。在每一次的測驗過后，我們都對得出的數據進行了仔細登記，以此來真實的反映不同狀況下的砂輪剛性對磨削性能及產品加工質量的影響。不難從數據中、細節變化中發現砂輪剛性對磨削性能及產品加工質量的影響，本次研究具有一定參考價值，也可加深對砂輪及磨削性能、產品加工質量的認知。具體來說，可劃分四點來闡述砂輪剛性對磨削性能及產品加工質量的影響，以供參考和借鑒。

（1）相較于普通砂輪，增加彈性過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，也是從實驗中得出的具體結論，可見剛性的改變與材質有著莫大的關系。前者而言，硬度下降有5%，后者硬度則下降15%，降低成效明顯，由精準測量機械測得。而降低的主要緣由，是因為砂輪剛性過高則會對磨削質量有明顯影響。

（2）砂輪剛性決定多方面的內容及數據走向，如砂輪剛性的降低，會給機床負載和磨削區溫度帶來直接影響，這類影響呈減小趨勢進行延展。相同磨削環境中，加入韌性材料的砂輪的改善更為突出和顯著，磨削區溫度比增加過鍍層砂輪的磨削區溫度有所降低，降低指數大致50%。當磨削工件持續增多并達到100數量時，機床的負載約為普通砂輪的30%-50%，可有效降低工件在加工過程中的損傷指數和損傷風險，可不必過于擔憂溫度帶來產品質量的負面影響。

（3）砂輪剛性在粗糙度方面而言，有著具體要求和指標，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，可進一步加強刀具生產精密度水平，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崩裂及裂痕問題的，可確保刃口不出現較大、較小質量問題，且還可保持磨削紋路規則、有序，刃口質量也可進一步得到提升，可謂一舉兩得。

（4）從以上眾多數據的搜集和記錄，可發現采用磨料層中加入增韌材料的方法，可有效改善磨削質量，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渡層的方式、方法，希望更多人認清和了解，從而進一步推廣和使用。

參考文獻：

[1]趙延軍，錢灌文，劉權威，等.砂輪剛性對磨削性能及產品加工質量的影響[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分析[J].模具制造，2016，16（12）：73-79.