1、3 砂轮的磨损与修整3.1 砂轮磨损的原因： A.磨耗磨损。在工件材料中，往往含有多种高硬度的质点，在磨粒与工件相对滑擦过程中，会使磨粒发生机械磨损，从而使砂轮被磨损。 B.氧化磨损。常用的磨料有氧化物、碳化物和氮化物。氧化物磨料在空气中稳定，其他磨料的表面会在高温下发生氧化作用，使其逐渐消耗。 C.扩散磨损。是指磨粒与被磨材料在高温下接触时，金刚石砂轮的元素相互扩散造成磨粒表层弱化而产生的磨损。两种材料间元素的相互扩散与材料的化学成分密切相关。由于金刚石磨料中碳元素扩散溶解于铁的能力 大于氮化硼磨料中元素扩散溶解于铁的能力，故金刚石砂轮不宜磨削钢料。 D.热应力破损。磨削过程中，磨粒的工作表
2、面瞬间升至高温 ，砂轮又在磨削液作用下急冷，其冷热循环的频率与砂轮的转速相同，从而在磨粒的表面上形成很大的交变热应力，使磨粒表面开裂破碎。热应力破损主要取决于磨料的 导热参数、线膨胀系数和磨削液的性能。导热系数越小，线膨胀系数越大，磨削液的冷却性能越好，则热应力越大，越易使磨粒受热冲击而开裂破碎。各种磨料导热 性能好坏的次序为，金刚石，立方氮化硼，碳化硅，刚玉。 E.塑性磨损。在磨削高温作用下，磨粒会因塑性变形而磨损。塑性磨损主要取决于工件材料的热硬度。 磨削时，若砂轮的切屑在磨粒前刀面上的热硬度大于磨粒接触区的热硬度，则磨粒发生塑性磨损。 以上几种造成砂轮磨损的原因并不是在每种意识到削情况下
3、同时存在。根据磨料、工件材料及磨削条件的不同，造成砂轮磨损的主要原因也会有所不同。 3.2 砂轮修整技术砂轮的修整可分为整形和修锐两个步骤。常用砂轮整形的方法有车削整形法、滚压整形法、磨削整形法等。近年来又出现了电加工整形法，激光整形法。电加工整形法只能用于金属结合剂砂轮，主要有电解法、电火花法等。砂轮修锐方法常用的有气体喷砂修锐、超声振动修锐法、弹性修锐法、游离磨粒挤压修锐、液压喷砂修锐、固结修锐工具修锐法等，此外，还有修锐棒、修锐膏、金属丝刷、硬质合金块、低碳钢磨削修锐法、磁性磨料修锐法等。近年来人们又开发了电加工修锐法、激光修锐法、高压水喷射修锐法等。3.21 砂轮整形技术（1）车削整形
4、法车削法是采用单颗粒金刚石笔、粉末冶金金刚石笔或金刚石修整片等整形工具车削砂轮，以达到整形目的。单颗粒金刚石笔具有极高硬度和良好的耐磨性，因此常用于陶瓷结合剂或树脂结合剂 CBN 砂轮的修整。 金刚石笔的尖端由于受到热和力的集中连续作用，磨损剧烈，因此修整时应通过合理供给冷却液进行充分冷却。采用单颗粒金刚石笔修整陶瓷结合剂 CBN 砂轮后，砂轮表面状态不易达到磨削加工要求，容屑空间较小，切削刃较宽，磨削刃不锋利，若直接用于磨削，初期磨削力和磨削温度均较大，容易出现磨削烧伤和振纹，因此必须用油石对修整后的砂轮表面进行合理修锐。采用粉末冶金方法将小粒度金刚石颗粒固结在硬质合金基体上，制成片状修整器
5、。用金刚石片状修整器修整 CBN 砂轮的优点是费用较低，且片状修整器磨损后性能变化不大，整形时可以采用较大的修整进给量而不会增大修整后砂轮的表面粗糙度。（2）滚压整形法滚压整形法是利用旋转的砂轮和滚压轮之间的相对滚动压裂结合剂桥，使磨粒表面崩碎出现微刃。滚压轮可用硬质合金或淬硬钢制成。滚压整形法的特点是修整压力大、修整效率及修整精度较低、修整后砂轮表面损伤层较深、切削刃密度较低、磨粒较尖锐、易磨损但不易堵塞。为降低滚压力，增加滚压稳定性，可在滚压轮表面开出斜槽或螺旋槽。为避免砂轮表面产生周期性波纹，必须控制砂轮轴与滚轮轴的同轴度。（3）磨削整形法磨削整形法是用普通磨料砂轮、金刚石砂轮、金刚石滚
6、轮等与砂轮对磨整形，或用砂轮磨削低碳钢进行整形。A、普通砂轮磨削整形用绿色碳化硅或白刚玉陶瓷结合剂砂轮作为整形砂轮，用外圆磨削法对砂轮进行整形。整形砂轮轴上安装制动器，使整形砂轮与砂轮之间产生相对速度，可提高整形效率，相对速度越大，整形效率越高。该方法也可用于修锐，但应采用细粒度150#220#修整砂轮。制动整形法的特点是整形压力较大、对磨床刚性要求高，对树脂结合剂砂轮容易产生过整形。B、低碳钢磨削整形低碳钢磨削整形是利用砂轮磨削低碳钢时形成的流状切屑来刮除结合剂，达到整形目的该方法又可分为单滚筒法和双滚筒法。双滚筒法是利用两个滚筒的速度差实现平稳整形，可提高整形质量。低碳钢磨削整形的特点是修
7、整效率及修整精度较低、磨粒脱落较多、整形质量不稳定。C、杯形砂轮整形日本东京大学的庄司克雄研制的杯形砂轮修整器将修整进给变为切入进给，提高了修整精度。采用杯形砂轮对砂轮整形后，砂轮的表面磨粒产生微小破碎，具有良好的容屑槽和尖锐的切刃。杯形砂轮对砂轮的整形效果优于采用金刚石砂轮的整形效果。D、金刚石滚轮整形金刚石滚轮是采用电镀法或粉末冶金法将金刚石颗粒固结在金属基体的圆周表面上制成的高效成型修整工具，其修整机理是通过金刚石滚轮与砂轮的旋转运动之间产生的相对运动来实现砂轮整形。金刚石滚轮整形法的主要优点是结构简单、滚轮耐用度高、能同时在砂轮全宽度上进行修整、修整时间短、修整力小、能复制特定的砂轮轮
8、廓(尤其对复杂型面砂轮具有准确的复形能力)适用于自动化生产。该方法在有载或无载情况下均可使用，可使修整时间与其它加工辅助时间交叉重合。（4）电火花整形法电火花整形法则是利用旋转砂轮与工具电极之间产生脉冲火花放电的电腐蚀现象来蚀除砂轮表面的金属结事剂。在电火花整形过程中，电火花脉冲放电形成的放电凹坑相互重叠，逐渐将砂轮修整到所需形状，其加工力小、适于小直径和极薄砂轮的修整，如配以高精度电极和合理的放电参数，可方便地实现对成型砂轮的快速、高精度整形。（5）激光修整砂轮激光修整砂轮是一种新型的砂轮修整技术。通过控制激光放射参数和砂轮相对于激光束的运动，可以获得期望的几何形状和精度。在激光整形过程中，
9、树脂结合剂分解，青铜结合剂熔化或气化，并伴随着结合剂材料的溅射，从而达到去除结合剂的目的。而金刚石磨粒损伤较小，只是部分被去除。在一个循环的整形之后，砂轮表面形貌好、圆度误差明显减小。如必要，可进行第二次整形来进一步提高砂轮表面形貌和精度。激光修整为非接触加工，无机械作用力，无修整工具的消耗，不受砂轮材料的限制，热影响区小，超硬磨料砂轮的修整损耗小，修整效率高，容易实现自动化，是一种很有前途的砂轮整形和修锐技术”。3.22 砂轮修锐技术常用的砂轮修锐方法有自由磨粒修锐法、固结修锐工具修锐法、电加工修锐法、激光修锐法、高压水喷射修锐法等。（1）自由磨粒修锐法A、气体喷砂修锐以碳化硅、刚玉或玻璃珠
10、等游离磨粒作为修锐介质，用压缩空气将修锐介质高速喷射到转动的砂轮表面，以去除部分结合剂，形成切削刃，达到修锐砂轮的目的采用气体喷砂修锐法时，应正确选择磨料粒径、喷射压力和修锐时间。例如用粒径为100150m 玻璃珠，以6070KPa 压力 (或用粒径50mWA 颗粒，以100140KPa 压力) 对砂轮进行喷砂修锐，只需数分钟即可获得满意的修锐效果。B、超声振动修锐被修砂轮以一定速度旋转，将超声振动修锐装置调整到谐振状态，按一定频率和振幅作超频纵向振动。将混油磨料(20#机油+碳化硅或刚玉磨粒)注入到修锐器与砂轮之间，利用修整元件传递的能量和主动颤振，使游离磨粒直接撞击砂轮表面，对结合剂进行切
11、削去除，使磨粒凸出砂轮表面，获得较好的修整效果。试验表明，砂轮与修整元件之间的预留间隙小于游离磨粒平均尺寸的1/2时，间隙大小对修锐效果没有影响。C、弹性修锐将混油磨料注入砂轮与修整元件之间，由旋转的砂轮带动混油磨料通过砂轮与修整元件的间隙，游离磨粒挤研砂轮上的结合剂以达到修锐目的当游离磨粒碰到硬质点磨粒时，可以转向或退让，而专门切削和挤研软质点结合剂，同时修整过程中修整元件的自然颤振也增强了修整效果。弹性修锐法能有效修锐砂轮，而不会破坏砂轮的形状精度，可以通过选择修整磨粒的平均尺寸，较准确地控制磨粒的凸出高度。弹性修锐法常用于树脂结合剂砂轮的修锐。D、游离磨粒挤压修锐利用压力(也可不用压力)
12、 将碳化硅或刚玉磨粒注射到砂轮与钢修整轮之间，二者间隙应小于磨粒平均直径。游离磨粒挤研砂轮上的结合剂，使砂轮磨粒凸出结合剂表面，达到修锐目的用该法修锐树脂结合剂砂轮时，初始磨损较大，磨削比较低。E、液压喷砂修锐该方法是利用高压液体和磨粒的运动达到去除砂轮表面结合剂的目的高压泵以约15MPa 压力和20l/min 流量输出冷却液，冷却液进入旋涡室形成负压，并从侧孔吸入大量空气和修锐介质(碳化硅或刚玉游离磨粒)与冷却液混合后，通过陶瓷喷嘴以一定速度和倾角 a 喷射到转动的砂轮表面。液压喷砂修锐是一种高效修锐方法，可在短时间内获得满意的修锐效果。用金刚石滚轮整形的同时进行液压喷砂修锐可减少金刚石滚轮
13、的磨损。磨削过程中同时进行液压喷砂修锐可增加金属切除率。（2）固结修锐工具修锐法碳化硅或刚玉块切入修锐修锐块在半径方向上以切入速度 vfr 压向砂轮进行修锐，修锐块磨粒的硬度足以切除磨粒间的结合剂。当磨粒与修锐块磨粒相遇时，由于磨粒硬度更高，修锐块磨粒将发生破碎。修锐块磨粒间隙中填满碎磨粒有助于对结合剂进行切削，从而使砂轮上较浅的磨粒脱落。被修整砂轮的有效粗糙度与刚玉块单位宽度磨耗体积以及切入速度 vfr 有关，被修整砂轮的有效粗糙度最终将趋于一极限值，该极限值随 vfr 增大而增大。（3）电加工修锐法常用的电加工修锐法有电解在线修整法(ELID 电火花修锐法、电解电火花复合修锐法等。电加工修
14、锐法的效率较高，可进行在线、位修锐。电解在线修锐(ELID 法可实现对单晶硅、陶瓷钢结硬质合金等的精密超精密镜面磨削。轴承钢外圆磨削方面也取得了良好效果。例如用 ELID 法磨削轴承钢外圆，采用4000#铸铁结合剂砂轮，表面粗糙度约为 Ra0.020m 磨后表面压应力为150400MPa电火花修锐方法包括电火花放电修锐法、接触放电修整(ECDD 法等，其工作原理与电火花整形相同。ECDD 修锐技术可使磨粒凸出量为常数，并能获得高的材料去除率。应用 ECDD 线修锐磨削，可减小磨削力，延长砂轮寿命，提高磨削质量。（4）激光修锐法将激光束垂直照射于砂轮上，利用激光产生的热量使砂轮表面的结合剂部分融
15、化蒸发或汽化，从而增加砂轮表面磨粒高度和有效磨粒数，改善容屑空间和磨粒等高性。当扫描能量密度一定时，激光的脉冲频率和占空比对修锐效果有一定影响，其中激光频率的影响更为显著，频率越高，修锐效果越差；增大占空比有利于改善修锐效果；增大激光功率有助于增大磨粒凸出高度。（5）高压水喷射修锐法将高压水柱垂直喷射于砂轮表面，利用水柱的高压冲击力去除砂轮表面的磨屑及部分结合剂，从而增加磨粒凸出高度，形成足够的容屑空间。合理控制喷射压力和喷射距离，可获得良好的修锐效果。例如用325#砂轮精磨 Ti6A l4V合金时，采用107.1MPa 喷射压力和20mm 喷射距离进行修锐，可显著延长修整周期和降低工件表面粗糙度，但过高的喷射压力会导致砂轮损伤。高压水喷射修锐法的特点是无需考虑修锐工具的磨损，修锐装置简单，易于控制和操作。
