砂輪磨削力計算.docx

磨削力、磨削功率及磨削溫度一、磨削力和磨削功率 （一）磨削力的主要特征及計算 砂輪上單個磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同時對被磨金屬層進行擠壓、刻劃和滑擦，加之磨粒的工作角度又很不合理，因此總的磨削力很大。為便于測量和計算，將總磨削力分解為三個相互垂直的分力 F x (軸向磨削力)、 F y (徑向磨削力)、 F z (切向磨削力)，如圖4-4所示，和切削力相比，磨削力有如下特征： 1.徑向磨削力 F y 最大。這是因為磨粒的刃棱大都以負前角工作，而且刃棱鈍化后，形成小的棱面增大了與工件的實際接觸面積，從而使 F y 增大。通常 F y =（1.63.2） F z 。 2.軸向磨削力 F x 很小，一般可以不必考慮。 3.磨削力隨不同的磨削階段而變化。在初磨階段，磨削力由小至大變化較大；進入穩(wěn)定階段，工藝系統(tǒng)的彈性變形達到一定程度，此時磨削力較為穩(wěn)定；光磨階段實際磨削深度近趨于零，此時磨削力漸小。 磨削力的計算公式如下： （4-5） （4-6） 式中 F z ， F y 分別為切向和徑向磨削力（ N ）； v w ， v 分別為工件和砂輪的速度（ m/s ）； f r 徑向進給量（ mm ）； B 磨削寬度（ mm ）； 假設磨粒為圓錐時的錐頂半角； C F 切除單位體積的切屑所需的能（ KJ/mm 2 ）； 工件和砂輪間的摩擦系數(shù)。 磨削過程很復雜，影響磨削力的因素也很多，上述理論公式的精確度不高。目前一般采用實驗方法來測定磨削力的大小。 （二）磨削功率的計算 磨削時，由于砂輪速度很高，功率消耗很大。主運動所消耗的功率定義為磨削功率。其計算公式如下：(kW) （ 4-7 ） 式中 F z 砂輪的切向力（ N ）； v 砂輪的線速度（ mm/s ）。 二、磨削溫度 由于磨削的線速度很高，功率消耗較大，所以磨削溫度很高。這樣高的溫度會直接影響工件的精度及表面質(zhì)量。因此，控制磨削溫度是提高工件表面質(zhì)量和保證加工精度的重要途徑。 （二）磨削溫度對工件表面質(zhì)量的影響 磨削工件的表面質(zhì)量主要表現(xiàn)在表面粗糙度、表面燒傷、表面殘余應力和裂紋幾個方面，這里重點討論磨削燒傷問題。 1 磨削燒傷的產(chǎn)生和實質(zhì) 磨削加工時，磨粒的切削、刻劃和滑擦作用，大多數(shù)磨粒的副前角切削以及高的磨削速度，使得工件表面層有很高的溫度。因此對已淬火的鋼件往往會使表面層的金相組織產(chǎn)生變化，從而使表面層的硬度下降，嚴重的影響了零件的使用性能，同時表面呈現(xiàn)氧化膜顏色，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。所以磨削燒傷的實質(zhì)是材料表面層的金相組織發(fā)生變化。圖 4-6 所示為淬火高速鋼磨削后表面層硬度的變化情況。由此可以看出，磨削燒傷會破壞工件表面層組織，嚴重的會出現(xiàn)裂紋，從而影響工件的耐磨性和使用壽命。 2 磨削燒傷的表現(xiàn)形式 磨削燒傷主要表現(xiàn)為以下三種形式： （ 1 ）退火燒傷 在磨削時，如工件表面層溫度超過相變溫度 A c3 ，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，如果此時無冷卻液，則表面層硬度急劇下降，工件表面層被退火，故這種燒傷稱退火燒傷。工件干磨時常發(fā)生這種情況。 （ 2 ）淬火燒傷 磨削時，工件表面層溫度超過相變溫度 A c3 ，如果此時冷卻充分，則表層將急冷形成二次淬火馬氏體組織。工件表層硬度較原來的回火馬氏體高，但很薄，其下層因冷卻速度慢仍為硬度較低的回火索氏體和屈氏體。這種情況稱為淬火燒傷。 （ 3 ）回火燒傷 磨削時，工件表面層溫度未超過相變溫度 A c3 ，但超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，這時工件表層的組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火屈氏體或索氏體。這種情況稱為回火燒傷。 3 影響磨削燒傷的工藝因素 （ 1 ）磨削用量 影響最大的是砂輪的速度 v 和徑向進給量 f r 。當 v 和 f r 較小時，不易出現(xiàn)燒傷。 （ 2 ）冷卻方法加大冷卻