工件表面粗糙度受磨屑形成影响的过程

1.磨粒磨刃的挤压、刻划、切削、摩擦、抛光作用

磨削加工是工件被磨削的金属表层在无数磨粒磨刃的瞬间挤压、刻划、切削、摩擦、抛光作用下进行的。

磨削与车削相比是完全不同的两个过程。车削是利用车刀的切削刃进行切削，且车刀具有切削刃及合理的几何角度；磨削的砂轮磨粒则有些类似于铣刀的刀齿，是多刃的间断切削。但铣刀有多个刀齿，铣刀经过刃磨后具有切削刃及合理的几何角度，并能切除很多的金属。砂轮的结构与上述刀具完全不同。砂轮是由非金属晶体的磨粒依靠结合剂粘结在一起，结合剂与刚玉表面相互浸溶形成多孔网状玻璃组织。砂轮工作表面无数裸露的磨粒起磨削作用。磨粒、结合剂、空隙构成砂轮结构的三要素。砂轮在磨削时还具有自锐性，即部分磨钝的磨粒在一定条件下能自动脱落或崩碎，从而露出新的磨粒磨刃，使砂轮保持良好的磨削性能，这是砂轮的独特能力。

砂轮上磨粒的形状及其分布都极不规则，所以各磨粒磨刃的切削厚度相差很大。磨料结晶块经机械破碎而成磨粒，其形状各异，呈有尖角的多面体形，与上述铣刀的刀齿完全不同。在砂轮每25.4×25.4（mm²）面积上，约有400～9000颗磨粒，每克白刚玉磨料的磨粒数见表7-1。砂轮工作表面有成千上万颗磨粒，磨削速度又极高，故每颗磨粒所切下的磨屑很微小，磨屑厚度约0.01mm左右，长度约1～25mm。大部分熔化成灰烬。磨屑的形状如图7-1所示。图形将带状的磨屑放大了350倍。

表7-1 每克白刚玉磨料的磨粒数

磨粒磨刃的顶尖角大致在90°～120°之间，磨粒磨刃以尖角作为不规则切削刃进行磨削，故而磨粒磨刃磨削时具有很大的负前角和较大的切削刃钝圆半径。表7-2所列为刚玉、碳化硅磨料的磨粒顶尖角和圆弧半径。磨粒平均前角为负45°，磨刃钝圆半径约为20μm。磨粒在砂轮表面的分布是不规则的，一些比较突出、锋利的磨粒切入工件，起切削作用，形成磨屑；突出高度较小且不锋利的磨粒，切削厚度较小，切不下磨屑，只起挤压、刻划作用，磨粒在工件表面上刻划出痕迹，工件材料被挤向磨粒两侧而隆起；隐藏在其他磨粒下面的磨粒则只起摩擦作用。显然，砂轮的磨削与刀具的切削完全不同。

磨粒在磨削过程中具有切削、刻划、挤压、摩擦抛光四个作用。

图7-1 磨屑的形状

表7-2 磨粒结构

通常，磨削前要修整砂轮，并形成一定的磨刃。粗磨时用较粗磨刃，砂轮以切削作用为主；高精度磨削时，用较细磨刃，砂轮以摩擦、抛光为主。通常，细磨刃称为微刃，可获得低表面粗糙度值。(www.xing528.com)

2.金属磨削的过程

单颗磨粒的磨削过程仅10^-4～10^-5s，因此，磨削过程是很难想象的。金属磨削的瞬间如图7-2a所示，金属层变形经历了以下四个阶段：

（1）挤压和摩擦阶段 当磨粒与工件刚接触时，工件表层的金属受到压力的作用，发生弹性变形。磨粒与工件表层间进行挤压和滑动摩擦作用。在此区域金属发生弹性变形。

（2）滑移阶段 磨粒磨刃尖端压入工件金属层，金属受到更大的压力，使金属的晶格沿某方向滑移，在此区域金属表层发生剧烈的塑性变形，这个变形过程较长，如图7-2a所示的刻划区和切削区，在工件表面留下一个刻痕。由于磨粒是利用负前角对金属的表层进行挤压和刻划，磨削区域的塑性变形就很大。在图中可见，除了在被刻划的沟痕两旁发生明显的隆起外，在被磨粒磨削过的地方也会产生塑性隆起现象，它对工件表面粗糙度有很大的影响。磨削硬度较低的塑性材料时，隆起现象最为明显。在磨削条件相同的情况下，工件材料的硬度越低，加工的表面粗糙度就越高。如纯铜很难磨光，就是这个原因。

不同材料的塑性变形也不同，随着磨粒尖角刻入深度的加深、磨屑的变形也加大。钢材的成份和组织影响着磨削过程。

（3）挤裂阶段 当磨粒对金属层的压力超过金属的强度极限时，金属沿某方向挤裂。

（4）切离阶段 磨粒走完磨削的全程，形成磨屑，磨屑被切离工件表面，并在工件表面留下一条划痕。

综上所述，磨削过程是无数磨刃点对工件表面的挤压、刻划、切削、摩擦抛光的综合作用的结果，故可以获得光洁的加工表面。如图7-2b所示，单颗理论磨粒的磨削是尖点A对金属层加压的结果，切下磨屑，并在工件表面留下很小的划痕，磨削表面的残留面积很小；低表面粗糙度值磨削时，利用磨粒微刃的尖点磨削，划痕更微小，把工件表面磨得很光，故可获得镜面。

图7-2 磨粒的切削过程

a）磨削区域 b）理论有效磨刃

1—切削区 2—刻划区 3—滑擦区