李伯民：現(xiàn)代磨削技術(shù)第六章-磨加工表面質(zhì)量課件

1、現(xiàn)代磨削技術(shù)現(xiàn)代磨削技術(shù)李伯民李伯民 趙波趙波 主編主編第章磨削加工表面質(zhì)量第章磨削加工表面質(zhì)量 第六章第六章 磨削加工表面質(zhì)量磨削加工表面質(zhì)量6.1 6.1 磨削加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)使用性能的影響磨削加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)使用性能的影響6.2 6.2 磨削表面紋理磨削表面紋理6.3 6.3 磨削表面層物理力學(xué)性能磨削表面層物理力學(xué)性能6.4 6.4 磨削表面完整性參數(shù)綜合影響及改善措施磨削表面完整性參數(shù)綜合影響及改善措施6.5 6.5 磨削加工中的振動(dòng)磨削加工中的振動(dòng)6.1 6.1 磨削加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)使用性能的影響磨削加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)使用性能的影響機(jī)械加工方法導(dǎo)致工機(jī)

2、械加工方法導(dǎo)致工件存在問題件存在問題微觀不平度微觀不平度加工中冷作硬化加工中冷作硬化表層殘留應(yīng)力表層殘留應(yīng)力金相組織變化金相組織變化現(xiàn)代磨削技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì)高精度高精度低表面粗糙度值低表面粗糙度值低殘余應(yīng)力低殘余應(yīng)力低硬化層低硬化層實(shí)現(xiàn)零件實(shí)現(xiàn)零件6.1.1 6.1.1 表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量的含義 表面質(zhì)量是指機(jī)器零件加工后表面層的狀態(tài)。表面質(zhì)量是指機(jī)器零件加工后表面層的狀態(tài)。磨削表面磨削表面質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)表面紋理指標(biāo)表面紋理指標(biāo)表面層物理力學(xué)表面層物理力學(xué)性能指標(biāo)性能指標(biāo)表面粗糙度表面粗糙度波度波度紋理方向紋理方向表面瑕疵表面瑕疵表面層硬度表面層硬度表面層組織表面層組

3、織表面層殘余表面層殘余應(yīng)力應(yīng)力6.1.2 6.1.2 磨削表面粗糙度與磨削加工精度的關(guān)系磨削表面粗糙度與磨削加工精度的關(guān)系 零件的精度零件的精度零件的表面零件的表面粗糙度粗糙度 一定的精度應(yīng)有相應(yīng)的表面粗糙度，即一定的尺寸公差要有相一定的精度應(yīng)有相應(yīng)的表面粗糙度，即一定的尺寸公差要有相應(yīng)的表面粗糙度。一般情況下，對(duì)尺寸要進(jìn)行有效控制，表面粗應(yīng)的表面粗糙度。一般情況下，對(duì)尺寸要進(jìn)行有效控制，表面粗糙度糙度RaRa值應(yīng)不超過尺寸公差的值應(yīng)不超過尺寸公差的1/81/8。1.1.對(duì)零件的耐磨性的影響對(duì)零件的耐磨性的影響 2.2.對(duì)零件的耐疲勞性影響對(duì)零件的耐疲勞性影響3.3.對(duì)零件的耐腐蝕性影響對(duì)零件

4、的耐腐蝕性影響4.4.對(duì)零件的其它影響對(duì)零件的其它影響6.1.3 6.1.3 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 零件表面層狀態(tài)對(duì)其使用性能主要是因?yàn)椋毫慵砻鎸訝顟B(tài)對(duì)其使用性能主要是因?yàn)椋?1.1.承受載荷應(yīng)力的最大表面層是金屬的邊界，機(jī)械加工后破承受載荷應(yīng)力的最大表面層是金屬的邊界，機(jī)械加工后破壞了晶粒的完整性，從而降低了表面的某些機(jī)械性能。壞了晶粒的完整性，從而降低了表面的某些機(jī)械性能。 2.2.表面層有裂紋、加工痕跡等各種缺陷，在動(dòng)載荷的作用下，表面層有裂紋、加工痕跡等各種缺陷，在動(dòng)載荷的作用下，可能引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致破壞?？赡芤饝?yīng)力集中而導(dǎo)致破壞。 3. 3.

5、零件表面進(jìn)行加工后，表面層的物理、機(jī)械、冶金和化學(xué)零件表面進(jìn)行加工后，表面層的物理、機(jī)械、冶金和化學(xué)性能都變得和基體材料不同了。性能都變得和基體材料不同了。6.2 6.2 磨削表面紋理磨削表面紋理 6.2.1 6.2.1 磨削表面的創(chuàng)成機(jī)理磨削表面的創(chuàng)成機(jī)理 根據(jù)磨削表面溝痕的構(gòu)成來考察表面粗糙度的創(chuàng)根據(jù)磨削表面溝痕的構(gòu)成來考察表面粗糙度的創(chuàng) 成機(jī)理。從磨削表面上方觀察，眾多的切削溝痕的棱線和磨成機(jī)理。從磨削表面上方觀察，眾多的切削溝痕的棱線和磨削方向傾斜削方向傾斜 角。角。 其中，其中， 磨粒切削刃圓弧半徑磨粒切削刃圓弧半徑 Rs Rs 砂輪半徑砂輪半徑 S S 沿磨削方向上切削溝痕的間隔沿

6、磨削方向上切削溝痕的間隔 磨削表面上的切削溝痕磨削表面上的切削溝痕s2R 6.2.1 6.2.1 磨削表面的創(chuàng)成機(jī)理磨削表面的創(chuàng)成機(jī)理 砂輪的速度為砂輪的速度為Vs s，工件的速度為，工件的速度為Vw,w,砂輪工作表面每單位面積上切砂輪工作表面每單位面積上切削刃數(shù)為削刃數(shù)為Ce,Ce,則切削溝痕的長(zhǎng)度和寬度可由幾何關(guān)系求得：則切削溝痕的長(zhǎng)度和寬度可由幾何關(guān)系求得： 其中菱形切削溝痕模型的深度其中菱形切削溝痕模型的深度h h為：為：磨粒切削微刃都在同一高度情況磨削表面創(chuàng)成后，可以以切削溝磨粒切削微刃都在同一高度情況磨削表面創(chuàng)成后，可以以切削溝痕深度痕深度h h為基礎(chǔ)，能夠確定磨削表面最大粗糙度值

7、。但實(shí)際上切削為基礎(chǔ)，能夠確定磨削表面最大粗糙度值。但實(shí)際上切削刃高度不在同一高度上，其磨削表面的創(chuàng)成生成切削溝痕深度刃高度不在同一高度上，其磨削表面的創(chuàng)成生成切削溝痕深度h h的的變化大，從而使得表面粗糙度值增大。變化大，從而使得表面粗糙度值增大。6.2.2 6.2.2 磨削表面粗糙度的理論分析磨削表面粗糙度的理論分析 1.1.以磨粒切削刃路徑幾何學(xué)為基礎(chǔ)的理論以磨粒切削刃路徑幾何學(xué)為基礎(chǔ)的理論 外圓切入磨削表面理論粗糙度的最大值的理論公式為：外圓切入磨削表面理論粗糙度的最大值的理論公式為：第一項(xiàng)為沿磨削第一項(xiàng)為沿磨削方向上的粗糙度方向上的粗糙度第二項(xiàng)為垂直于磨削第二項(xiàng)為垂直于磨削方向斷面中

8、的粗糙度方向斷面中的粗糙度2 2. .以菱形切削溝模型為基礎(chǔ)的理論公式以菱形切削溝模型為基礎(chǔ)的理論公式 實(shí)際磨削粗糙度高度處于實(shí)際磨削粗糙度高度處于hmin-hmaxhmin-hmax范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 6.2.3 6.2.3 影響磨削加工表面粗糙度的因素影響磨削加工表面粗糙度的因素 6.2.4 6.2.4 磨削加工表面粗糙度的經(jīng)驗(yàn)公式磨削加工表面粗糙度的經(jīng)驗(yàn)公式 磨削條件與表面粗糙度磨削條件與表面粗糙度RaRa值間的經(jīng)驗(yàn)公式：值間的經(jīng)驗(yàn)公式： 式中，式中， 與被磨材料物理力學(xué)性能有關(guān)的參數(shù)與被磨材料物理力學(xué)性能有關(guān)的參數(shù) 與砂輪粒度有關(guān)的系數(shù)與砂輪粒度有關(guān)的系數(shù) 與無火花磨削次數(shù)有關(guān)的系數(shù)與無

9、火花磨削次數(shù)有關(guān)的系數(shù) 與磨削液有關(guān)的系數(shù)與磨削液有關(guān)的系數(shù)123axypRwpaazqnsssCv afK K KRv d BaRC1K2K3K6.3 6.3 磨削表面層物理力學(xué)性能磨削表面層物理力學(xué)性能 6.3.1 6.3.1 磨削表面加工硬化層的產(chǎn)生磨削表面加工硬化層的產(chǎn)生 1.1.加工硬化的產(chǎn)生及其指標(biāo)加工硬化的產(chǎn)生及其指標(biāo)工件材料工件材料磨削表面磨削表面磨削力磨削力磨削熱磨削熱加工硬化加工硬化( (或稱或稱強(qiáng)化強(qiáng)化) )表面硬度提高，表面硬度提高，塑性降低塑性降低使塑性變形產(chǎn)生使塑性變形產(chǎn)生恢復(fù)和再結(jié)晶恢復(fù)和再結(jié)晶失去加工硬化失去加工硬化軟化軟化 衡量加工硬化的指標(biāo)：衡量加工硬化的指

10、標(biāo)： 表面層顯微硬度表面層顯微硬度 HV HV 硬化層深度硬化層深度 h h（mmmm） 硬化程度硬化程度 N N 其中：其中： N=N=（ HV- HVHV- HV0 0)/HV)/HV0 0 式中的式中的HVHV0 0為金屬原來的顯微硬度為金屬原來的顯微硬度2.2.磨削加工表面層加工硬化的影響因素磨削加工表面層加工硬化的影響因素加加工工硬硬化化的的影影響響因因素素磨削徑向磨削徑向力力磨削溫度磨削溫度磨削力愈大，塑性變形大，硬化程度愈磨削力愈大，塑性變形大，硬化程度愈大，硬化層深度也愈大大，硬化層深度也愈大磨削溫度愈高，軟化作用增大，使冷硬磨削溫度愈高，軟化作用增大，使冷硬作用減少，硬化深度

11、和程度都減少作用減少，硬化深度和程度都減少 3.3.加工硬化層深度測(cè)量方法加工硬化層深度測(cè)量方法 金相法金相法 測(cè)量顯微硬度法測(cè)量顯微硬度法 X X光法光法 激光全息攝影法激光全息攝影法6.3.2 6.3.2 磨削表面金相組織變化磨削表面金相組織變化磨削燒傷磨削燒傷 1.1.磨削燒傷的產(chǎn)生與實(shí)質(zhì)磨削燒傷的產(chǎn)生與實(shí)質(zhì) 負(fù)前負(fù)前角的角的磨粒磨粒在高在高速磨速磨削的削的條件條件下下很高的磨削溫度，工件表很高的磨削溫度，工件表層的金相組織產(chǎn)生變化層的金相組織產(chǎn)生變化工件工件表面表面呈現(xiàn)呈現(xiàn)氧化氧化膜的膜的顏色顏色磨削磨削燒傷燒傷實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)6.3.2 6.3.2 磨削表面金相組織變化磨削表面金相組織變化磨

12、削燒傷磨削燒傷 磨削淬火鋼時(shí)表面層產(chǎn)生的燒傷有以下幾種：磨削淬火鋼時(shí)表面層產(chǎn)生的燒傷有以下幾種：磨磨削削燒燒傷傷的的分分類類回火回火燒傷燒傷淬火淬火燒傷燒傷退火退火燒傷燒傷磨削區(qū)溫度超過了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超過相磨削區(qū)溫度超過了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超過相變溫度，則馬氏體變溫度，則馬氏體 回火組織（索氏體或者回火組織（索氏體或者屈氏體）。屈氏體）。磨削區(qū)的溫度超過了相變溫度磨削區(qū)的溫度超過了相變溫度, ,馬氏體馬氏體 奧氏奧氏體，又由于冷卻液的急冷作用，表層會(huì)出現(xiàn)二體，又由于冷卻液的急冷作用，表層會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體次淬火馬氏體干磨削時(shí)，磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，馬氏干磨削時(shí)，磨削區(qū)溫度超過了相變

13、溫度，馬氏體體 奧氏體，因工件冷卻緩慢工件表層被退火奧氏體，因工件冷卻緩慢工件表層被退火暗層組織由回火屈氏體、暗層組織由回火屈氏體、回火馬氏體組成，其中靠回火馬氏體組成，其中靠近白層處為回火屈氏體并近白層處為回火屈氏體并含少量的黑色團(tuán)狀索氏體含少量的黑色團(tuán)狀索氏體 馬氏體馬氏體二次淬火馬二次淬火馬氏體氏體索氏體索氏體2.2.影響磨削燒傷的工藝因素影響磨削燒傷的工藝因素磨磨削削溫溫度度高高磨削磨削燒傷燒傷（工（工藝因藝因素）素）磨削磨削用量用量 加工加工材料材料 砂輪砂輪參數(shù)參數(shù) 磨削磨削液液 工件表面層的溫度工件表面層的溫度 t ta a 可表示為：可表示為：0.20.350.30.25awp

14、stCvafv 耐熱鋼、不銹鋼和軸承鋼等傳熱性耐熱鋼、不銹鋼和軸承鋼等傳熱性能差的材料，磨削時(shí)易產(chǎn)生燒傷能差的材料，磨削時(shí)易產(chǎn)生燒傷軟砂輪和粗砂輪可以減輕燒傷軟砂輪和粗砂輪可以減輕燒傷磨削充分冷卻有利于防止燒傷和裂紋磨削充分冷卻有利于防止燒傷和裂紋 3. 3. 表面層磨削燒傷的測(cè)定表面層磨削燒傷的測(cè)定 磨削表面燒傷后，工件表面呈現(xiàn)氧化膜，隨著溫度的變化，氧化磨削表面燒傷后，工件表面呈現(xiàn)氧化膜，隨著溫度的變化，氧化膜呈現(xiàn)黃色、褐色、紫色、青色及灰色。膜呈現(xiàn)黃色、褐色、紫色、青色及灰色。 常用的測(cè)量表面磨削燒傷的方法有：常用的測(cè)量表面磨削燒傷的方法有： 氧化膜顏色法氧化膜顏色法 顯微硬度法顯微硬度

15、法 金相組織法金相組織法 酸洗法酸洗法氧化膜顏色和膜氧化膜顏色和膜厚數(shù)值的大小厚數(shù)值的大小來判斷來判斷磨削燒傷磨削燒傷 回火處理的回火處理的AISI D2鋼磨削加工二次回火空冷熱處理鋼磨削加工二次回火空冷熱處理 根據(jù)不同溫度二次回火試樣的根據(jù)不同溫度二次回火試樣的氧化膜顏色氧化膜顏色近似估計(jì)磨削中所能達(dá)到的平均溫近似估計(jì)磨削中所能達(dá)到的平均溫度度 磨削表面與二次回火后試樣表面的氧化膜顏色對(duì)比氧化膜顏色預(yù)測(cè)磨削區(qū)平均溫度氧化膜顏色預(yù)測(cè)磨削區(qū)平均溫度 不同二次回火溫度時(shí)AISI D2鋼試樣塊表面氧化顏色286.3.3 6.3.3 表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力 1.1.表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生表面層殘余

16、應(yīng)力的產(chǎn)生 磨削加工時(shí)，殘余應(yīng)力是指在沒有外力作用情況下磨削加工時(shí)，殘余應(yīng)力是指在沒有外力作用情況下, ,在物體在物體內(nèi)部保持平衡而存在的殘余應(yīng)力，有殘余壓應(yīng)力與拉應(yīng)力。內(nèi)部保持平衡而存在的殘余應(yīng)力，有殘余壓應(yīng)力與拉應(yīng)力。殘殘余余應(yīng)應(yīng)力力的的分分類類宏觀殘余應(yīng)力宏觀殘余應(yīng)力晶粒范圍內(nèi)平衡的晶粒范圍內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力原始晶胞內(nèi)平衡的原始晶胞內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力它是整個(gè)工件內(nèi)互相平衡的殘余應(yīng)力，它是整個(gè)工件內(nèi)互相平衡的殘余應(yīng)力，由力、熱作用產(chǎn)生塑性變形不均勻而引由力、熱作用產(chǎn)生塑性變形不均勻而引起，起，引起零件變形，產(chǎn)生裂紋引起零件變形，產(chǎn)生裂紋。晶粒范圍內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力晶粒范圍內(nèi)平衡的

17、殘余應(yīng)力, ,它只存在它只存在于多晶體金屬中，是由于各晶粒變形程于多晶體金屬中，是由于各晶粒變形程度不同而產(chǎn)生的，度不同而產(chǎn)生的，產(chǎn)生微觀裂紋。產(chǎn)生微觀裂紋。在原始晶胞內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力，它是工在原始晶胞內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力，它是工件受到冷作硬化所產(chǎn)生的，件受到冷作硬化所產(chǎn)生的，產(chǎn)生微觀裂產(chǎn)生微觀裂紋。紋。 2.2.表面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生的原因表面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生的原因 表面表面殘余殘余應(yīng)力應(yīng)力的產(chǎn)的產(chǎn)生的生的原因原因冷態(tài)塑性冷態(tài)塑性變形變形熱態(tài)塑性熱態(tài)塑性變形變形金相組織金相組織變化變化表面層受磨削表面層受磨削力的作用力的作用熱的作用熱的作用溫度的作用溫度的作用不同的磨削方式不同的磨削方式3.3.磨削裂

18、紋及影響因素磨削裂紋及影響因素 磨削加工中熱態(tài)塑性變形和金相組織變化影響較大，故大多數(shù)磨削加工中熱態(tài)塑性變形和金相組織變化影響較大，故大多數(shù)磨削零件的表面層往往有殘余拉應(yīng)力。當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過材料磨削零件的表面層往往有殘余拉應(yīng)力。當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，零件表面就會(huì)出現(xiàn)裂的強(qiáng)度極限時(shí)，零件表面就會(huì)出現(xiàn)裂紋。紋。熱態(tài)塑熱態(tài)塑性變形性變形金相組金相組織變化織變化表面層易產(chǎn)生殘表面層易產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力余拉應(yīng)力當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過材當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)料的強(qiáng)度極限時(shí)磨削裂紋磨削裂紋6.3.3 6.3.3 表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力 影響磨削裂紋產(chǎn)生的因素主要有：影響磨削裂紋產(chǎn)生的因素主

19、要有：磨磨削削裂裂紋紋磨削用量磨削用量被加工材料被加工材料熱處理熱處理提高工件速度，減少殘余拉應(yīng)力，消除燒傷與裂紋提高工件速度，減少殘余拉應(yīng)力，消除燒傷與裂紋降低砂輪速度可以得到殘余壓應(yīng)力，消除燒傷、裂紋降低砂輪速度可以得到殘余壓應(yīng)力，消除燒傷、裂紋滲碳鋼和滲氮鋼受溫度影響易在晶界面析出脆性碳化滲碳鋼和滲氮鋼受溫度影響易在晶界面析出脆性碳化物和氧化物，故在磨削時(shí)易出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋物和氧化物，故在磨削時(shí)易出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋磨削導(dǎo)熱性能差的材料磨削導(dǎo)熱性能差的材料( (如高強(qiáng)度合金鋼、不銹鋼等如高強(qiáng)度合金鋼、不銹鋼等) )及及脆性大材料時(shí)，在磨削加工中表面易產(chǎn)生裂紋脆性大材料時(shí)，在磨削加工中表面易產(chǎn)生裂紋提

20、高砂輪速度同時(shí)提高工件速度，得到好的表面質(zhì)量提高砂輪速度同時(shí)提高工件速度，得到好的表面質(zhì)量減少磨削深度，可以減少殘余應(yīng)力減少磨削深度，可以減少殘余應(yīng)力磨削淬火鋼易產(chǎn)生裂紋磨削淬火鋼易產(chǎn)生裂紋磨削碳鋼時(shí)，鋼中含碳量愈高，亦易產(chǎn)生裂紋磨削碳鋼時(shí)，鋼中含碳量愈高，亦易產(chǎn)生裂紋4.4.改善磨削表層殘余應(yīng)力的措施：改善磨削表層殘余應(yīng)力的措施： 無火花磨削無火花磨削對(duì)被磨表面進(jìn)行滾光對(duì)被磨表面進(jìn)行滾光加工加工使用珩磨工藝使用珩磨工藝低應(yīng)力磨削，選擇合低應(yīng)力磨削，選擇合適的磨削參數(shù)適的磨削參數(shù)可以可以很好很好地改地改善表善表層殘層殘余應(yīng)余應(yīng)力力 5 5. .殘余應(yīng)力及裂紋的測(cè)量殘余應(yīng)力及裂紋的測(cè)量 殘余殘余

21、應(yīng)力應(yīng)力的測(cè)的測(cè)量方量方法法物理化學(xué)法物理化學(xué)法X X光法光法磁粉探傷法磁粉探傷法機(jī)械法機(jī)械法聲發(fā)射檢測(cè)聲發(fā)射檢測(cè)顯微分析法顯微分析法渦流探傷法渦流探傷法超聲波探傷法超聲波探傷法裂紋裂紋的測(cè)的測(cè)量方量方法法 5 5. .殘余應(yīng)力及裂紋的測(cè)量殘余應(yīng)力及裂紋的測(cè)量 5 5. .殘余應(yīng)力及裂紋的測(cè)量殘余應(yīng)力及裂紋的測(cè)量 6.4 6.4 磨削表面完整性參數(shù)綜合影響及改善措施磨削表面完整性參數(shù)綜合影響及改善措施 6.4.16.4.1磨削表面缺陷磨削表面缺陷磨磨削削表表面面缺缺陷陷微裂紋微裂紋表面層污染表面層污染表面劃傷表面劃傷金相組織變化金相組織變化磨削裂紋在磨削表面上表現(xiàn)為微裂紋，呈不磨削裂紋在磨削表

22、面上表現(xiàn)為微裂紋，呈不規(guī)則的網(wǎng)狀，大體上與磨削方向垂直它的規(guī)則的網(wǎng)狀，大體上與磨削方向垂直它的形成與殘余應(yīng)力、熱處理引起的內(nèi)應(yīng)力有關(guān)形成與殘余應(yīng)力、熱處理引起的內(nèi)應(yīng)力有關(guān)磨削鋼時(shí)，由于磨削熱作用下，除發(fā)生燒傷磨削鋼時(shí)，由于磨削熱作用下，除發(fā)生燒傷與裂紋外，還會(huì)產(chǎn)生氧化膜。熱作用時(shí)間越與裂紋外，還會(huì)產(chǎn)生氧化膜。熱作用時(shí)間越長(zhǎng)，氧化膜厚度越大長(zhǎng)，氧化膜厚度越大光磨時(shí)由于磨粒脫落、塵埃等原因，容易出光磨時(shí)由于磨粒脫落、塵埃等原因，容易出現(xiàn)表面劃傷現(xiàn)表面劃傷6.4.2 6.4.2 磨削表面完整性參數(shù)間關(guān)系磨削表面完整性參數(shù)間關(guān)系 磨削表面完整性是由表面粗糙度、波度、加工硬化、殘余應(yīng)力，磨削表面完整性是

23、由表面粗糙度、波度、加工硬化、殘余應(yīng)力，金相組織相變、燒傷與裂紋各因素參數(shù)組成的，各因素之間有一金相組織相變、燒傷與裂紋各因素參數(shù)組成的，各因素之間有一定的關(guān)系。定的關(guān)系。表面粗糙度增大表面粗糙度增大硬化層深度及程度均增大硬化層深度及程度均增大殘余應(yīng)力增大殘余應(yīng)力增大裂紋增加裂紋增加殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力加工硬化層加工硬化層如磨削淬火鋼，在出現(xiàn)二次淬火馬氏體時(shí)，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，如磨削淬火鋼，在出現(xiàn)二次淬火馬氏體時(shí)，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而回火組織中分布的是殘余拉應(yīng)力。組織不同，其硬度不同。而回火組織中分布的是殘余拉應(yīng)力。組織不同，其硬度不同。硬度最低時(shí)，應(yīng)力最大。硬度最低時(shí)，應(yīng)力最大。 6.4.3 6.4

24、.3 改善磨削加工零件表面完整性措施改善磨削加工零件表面完整性措施改善改善磨削磨削加工加工零件零件表面表面完整完整性措性措施施低應(yīng)力磨削低應(yīng)力磨削合理選擇合理選擇V Vw wV Vs s之比之比保持砂輪間隙和保持砂輪間隙和鋒利鋒利修整砂輪，保持磨具的鋒利性。注意解決砂輪的自動(dòng)修整修整砂輪，保持磨具的鋒利性。注意解決砂輪的自動(dòng)修整與補(bǔ)償與補(bǔ)償供給充分的磨削供給充分的磨削液液選擇合適的磨削條件，注意操作規(guī)范選擇合適的磨削條件，注意操作規(guī)范減少變形和表面損傷，產(chǎn)生低應(yīng)力表減少變形和表面損傷，產(chǎn)生低應(yīng)力表面面提高表面完整性提高表面完整性降低磨削區(qū)的溫度，降低磨削區(qū)的溫度， 減少燒傷減少燒傷降低砂輪與工

25、件接觸區(qū)的磨削溫度，降低砂輪與工件接觸區(qū)的磨削溫度，減少磨削表面的損傷減少磨削表面的損傷 6.5 6.5 磨削加工中的振動(dòng)磨削加工中的振動(dòng) 6.5.1 6.5.1 磨削加工中的顫振現(xiàn)象磨削加工中的顫振現(xiàn)象 顫振顫振: : 在磨削加工中產(chǎn)生了振動(dòng)，加工就不能進(jìn)行，即使加工進(jìn)在磨削加工中產(chǎn)生了振動(dòng)，加工就不能進(jìn)行，即使加工進(jìn)行下去，也不能得到良好的加工表面。行下去，也不能得到良好的加工表面。 從產(chǎn)生顫振的機(jī)理來分：從產(chǎn)生顫振的機(jī)理來分：強(qiáng)迫顫振強(qiáng)迫顫振和和自激顫振。自激顫振。 強(qiáng)迫顫振：強(qiáng)迫顫振：由于某種強(qiáng)制性的振動(dòng)原因的影響而產(chǎn)生的，分為外由于某種強(qiáng)制性的振動(dòng)原因的影響而產(chǎn)生的，分為外力干擾型強(qiáng)

26、迫顫振和位移干擾型強(qiáng)迫顫振。力干擾型強(qiáng)迫顫振和位移干擾型強(qiáng)迫顫振。 自激顫振：自激顫振：是不存在強(qiáng)迫振源情況下，機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是不存在強(qiáng)迫振源情況下，機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及切削過程的動(dòng)態(tài)特性二者的耦合滿足一定條件下所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)及切削過程的動(dòng)態(tài)特性二者的耦合滿足一定條件下所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。不穩(wěn)定現(xiàn)象。6.5.1 6.5.1 磨削加工中的顫振現(xiàn)象磨削加工中的顫振現(xiàn)象p 外圓磨削過程中，工件轉(zhuǎn)速高，且磨床系統(tǒng)固有頻率低于外圓磨削過程中，工件轉(zhuǎn)速高，且磨床系統(tǒng)固有頻率低于200HZ200HZ以下，很容易產(chǎn)生顫振，如砂輪不經(jīng)修整，砂輪外圓磨損的波以下，很容易產(chǎn)生顫振，如砂輪不經(jīng)修整，砂輪

27、外圓磨損的波紋，就會(huì)復(fù)印到工件表面，影響工件表面質(zhì)量，即紋，就會(huì)復(fù)印到工件表面，影響工件表面質(zhì)量，即砂輪表面再砂輪表面再生效應(yīng)。生效應(yīng)。p 外圓磨床的強(qiáng)迫振源是驅(qū)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，不同頻率與機(jī)床外圓磨床的強(qiáng)迫振源是驅(qū)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，不同頻率與機(jī)床系統(tǒng)固有頻率將近會(huì)發(fā)生共振，引起砂輪與工件之間產(chǎn)生相對(duì)系統(tǒng)固有頻率將近會(huì)發(fā)生共振，引起砂輪與工件之間產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)位移。振動(dòng)位移。p 影響磨床的磨削性能的因素：砂輪軸的彎曲振動(dòng)固有頻率及動(dòng)影響磨床的磨削性能的因素：砂輪軸的彎曲振動(dòng)固有頻率及動(dòng)剛度，磨床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率與砂輪軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)關(guān)系，砂剛度，磨床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率與砂輪軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)關(guān)系，砂輪軸

28、的精度及動(dòng)平衡，砂輪軸的軸承精度等。輪軸的精度及動(dòng)平衡，砂輪軸的軸承精度等。6.5.2 6.5.2 強(qiáng)迫顫振強(qiáng)迫顫振 1.1.力引起的強(qiáng)迫顫振力引起的強(qiáng)迫顫振：強(qiáng)迫振動(dòng)是由外界周期性的干擾力所：強(qiáng)迫振動(dòng)是由外界周期性的干擾力所支持的不衰減振動(dòng)，如沖床、氣錘工作的周期性干擾，電動(dòng)支持的不衰減振動(dòng)，如沖床、氣錘工作的周期性干擾，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、砂輪不平衡產(chǎn)生的周期干擾力。機(jī)轉(zhuǎn)子、砂輪不平衡產(chǎn)生的周期干擾力。強(qiáng)迫強(qiáng)迫振動(dòng)振動(dòng)的特的特點(diǎn)點(diǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過程是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，外界力存在，就存在振強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過程是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，外界力存在，就存在振動(dòng)。動(dòng)。當(dāng)阻尼較小，而外界交變力頻率又接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻當(dāng)阻尼較小，

29、而外界交變力頻率又接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，系統(tǒng)易出現(xiàn)共振。率時(shí)，系統(tǒng)易出現(xiàn)共振。強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率等于外界支持振動(dòng)交變力的頻率強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率等于外界支持振動(dòng)交變力的頻率消除消除強(qiáng)迫強(qiáng)迫顫振顫振的途的途徑徑最有效的途徑最有效的途徑找出外界干擾力找出外界干擾力( (根源根源) )并并把它去除把它去除 2.2.位移引起的強(qiáng)迫振動(dòng)（顫振）位移引起的強(qiáng)迫振動(dòng)（顫振） 對(duì)于有粘性阻尼的單自由度系統(tǒng)，力不直接加在質(zhì)量上，依靠對(duì)于有粘性阻尼的單自由度系統(tǒng)，力不直接加在質(zhì)量上，依靠基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)，力通過彈簧和阻尼器間接地作用給質(zhì)量時(shí)，這就基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)，力通過彈簧和阻尼器間接地作用給質(zhì)量時(shí)，這就是由位移引起的強(qiáng)迫振動(dòng)。是

30、由位移引起的強(qiáng)迫振動(dòng)。6.5.3 6.5.3 再生顫振再生顫振 再生顫振是再生顫振是自激顫振一種形式，如磨削時(shí)，由于某種原因使的自激顫振一種形式，如磨削時(shí)，由于某種原因使的砂輪在半徑方向上有微小位移，則砂輪軸就隨之作短時(shí)間的砂輪在半徑方向上有微小位移，則砂輪軸就隨之作短時(shí)間的振動(dòng)，在工件表面殘余一系列波紋，工件繼續(xù)回轉(zhuǎn)，波紋表振動(dòng)，在工件表面殘余一系列波紋，工件繼續(xù)回轉(zhuǎn)，波紋表面再次與砂輪接觸時(shí)，砂輪產(chǎn)生交變力作用。面再次與砂輪接觸時(shí)，砂輪產(chǎn)生交變力作用。 再生效應(yīng)：再生效應(yīng)：由于前一次磨削的振動(dòng)的原因殘留在加工表面上的由于前一次磨削的振動(dòng)的原因殘留在加工表面上的波紋，在下一次再磨削到同一個(gè)地

31、力時(shí)使磨削力發(fā)生變動(dòng)，波紋，在下一次再磨削到同一個(gè)地力時(shí)使磨削力發(fā)生變動(dòng)，再一次發(fā)生振動(dòng)，而又產(chǎn)生新的波紋的現(xiàn)象稱之為再生效應(yīng)。再一次發(fā)生振動(dòng)，而又產(chǎn)生新的波紋的現(xiàn)象稱之為再生效應(yīng)。再再生生顫顫振振的的特特點(diǎn)點(diǎn)易形成傾斜的條狀花紋易形成傾斜的條狀花紋加大進(jìn)給量，不易產(chǎn)生顫振加大進(jìn)給量，不易產(chǎn)生顫振低速穩(wěn)定性效應(yīng)可以防止顫振低速穩(wěn)定性效應(yīng)可以防止顫振產(chǎn)生刀瘤時(shí)，動(dòng)態(tài)切削力系數(shù)降低，不易產(chǎn)生再生顫振產(chǎn)生刀瘤時(shí)，動(dòng)態(tài)切削力系數(shù)降低，不易產(chǎn)生再生顫振切削力只產(chǎn)生小的振動(dòng)時(shí)不易引起再生顫振切削力只產(chǎn)生小的振動(dòng)時(shí)不易引起再生顫振決定了機(jī)床強(qiáng)力切削性能的界限決定了機(jī)床強(qiáng)力切削性能的界限上述特征巳成為實(shí)際解決

32、顫振時(shí)區(qū)別再生顫振和共他上述特征巳成為實(shí)際解決顫振時(shí)區(qū)別再生顫振和共他種類顫振的判別根據(jù)，是抑制和消除顫振的有效途徑。種類顫振的判別根據(jù)，是抑制和消除顫振的有效途徑。磨削加工時(shí)，由于被磨金屬層比較薄，大約磨削加工時(shí)，由于被磨金屬層比較薄，大約60-95%60-95%的熱被傳入的熱被傳入工件，僅有不到工件，僅有不到1010的熱量被磨屑帶走。這些傳入工件的熱量的熱量被磨屑帶走。這些傳入工件的熱量在磨削過程中來不及傳入工件深處，而聚集在表面層里形成局在磨削過程中來不及傳入工件深處，而聚集在表面層里形成局部高溫。工件表面溫度可高達(dá)部高溫。工件表面溫度可高達(dá)10001000以上，易引起表面熱燒傷。以上，

33、易引起表面熱燒傷。 1.1.磨削的熱效應(yīng)對(duì)工件表面質(zhì)量和使用性能影響極大。磨削的熱效應(yīng)對(duì)工件表面質(zhì)量和使用性能影響極大。 2. 2.磨削區(qū)的磨削熱影響到砂輪的使用壽命。磨削區(qū)的磨削熱影響到砂輪的使用壽命。6.4 6.4 磨削溫度磨削溫度 磨削熱來源于磨削功率的消耗。磨削熱來源于磨削功率的消耗。磨削磨削加工時(shí)，磨除單位體積（或質(zhì)量）金屬所消耗的能量稱為加工時(shí)，磨除單位體積（或質(zhì)量）金屬所消耗的能量稱為比磨削能比磨削能Ee。單位：。單位：Nm/mm3或或J/mm3。下式表示：下式表示： 公式中逆磨取公式中逆磨取“+”+”，順磨取，順磨取“-”-”。磨削能量絕大部分消耗在加熱工件、砂輪和磨屑以及輻射

34、散逸。磨削能量絕大部分消耗在加熱工件、砂輪和磨屑以及輻射散逸。6.4.1 6.4.1 磨削熱的產(chǎn)生和傳散磨削熱的產(chǎn)生和傳散()swtstewpwpvvFv FEv a bv a b比磨削能比磨削能2060J/mm3比磨削能比磨削能1030J/mm3n切割磨削磨屑厚度較大，耗于磨屑形成的比能小，傳入工件切割磨削磨屑厚度較大，耗于磨屑形成的比能小，傳入工件的熱量小。的熱量小。n當(dāng)進(jìn)給速度選擇適當(dāng)時(shí)，切割磨削時(shí)，大部分預(yù)熱的材料被當(dāng)進(jìn)給速度選擇適當(dāng)時(shí)，切割磨削時(shí)，大部分預(yù)熱的材料被迅速去除，避免熱向工件內(nèi)部傳遞。迅速去除，避免熱向工件內(nèi)部傳遞。6.4.2 6.4.2 磨削區(qū)溫度分布的理論解析磨削區(qū)溫

35、度分布的理論解析 1 1磨削區(qū)的熱模型磨削區(qū)的熱模型 磨削的熱問題視作帶狀熱源在半無限體磨削的熱問題視作帶狀熱源在半無限體表面上移動(dòng)的情況來考慮。實(shí)驗(yàn)表明，表面上移動(dòng)的情況來考慮。實(shí)驗(yàn)表明，由三角形熱源計(jì)算的溫度分布情況，更由三角形熱源計(jì)算的溫度分布情況，更接 近 實(shí) 際 測(cè) 定 的 情 況 。 如 圖 為接 近 實(shí) 際 測(cè) 定 的 情 況 。 如 圖 為J.C.Jaeger在在1942年提出的磨削運(yùn)動(dòng)熱年提出的磨削運(yùn)動(dòng)熱源的理論模型。源的理論模型。矩形熱模型矩形熱模型 2.2.帶狀運(yùn)動(dòng)熱源引起溫度分布的理論解析帶狀運(yùn)動(dòng)熱源引起溫度分布的理論解析矩形熱模型矩形熱模型()22()002222(

36、)( )x l vvxuuvxx l vmqqe K udue K u duvv 為任意點(diǎn)為任意點(diǎn)m（x，z）處的溫度：）處的溫度：mK K0 0(u)-(u)-零階二類修正貝塞爾函數(shù)。零階二類修正貝塞爾函數(shù)。m m-任意點(diǎn)任意點(diǎn)m m（x x，z z）出的溫度）出的溫度（）x xm m -m-m點(diǎn)在點(diǎn)在x x坐標(biāo)方向上離開熱源的距離。坐標(biāo)方向上離開熱源的距離。z zm m -m -m點(diǎn)在點(diǎn)在z z坐標(biāo)方向上離開熱源的距離。坐標(biāo)方向上離開熱源的距離。v-v-線熱源運(yùn)動(dòng)速度（線熱源運(yùn)動(dòng)速度（cm/scm/s）；）；q-q-熱源強(qiáng)度熱源強(qiáng)度J/J/（ m m2 2ksks） ；-熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率（w/

37、w/（m mk k）； - -熱擴(kuò)散率，熱擴(kuò)散率， ；c c為質(zhì)量定壓比熱容為質(zhì)量定壓比熱容（J/J/（kgKkgK）。3 3三角形分布熱源引起的溫度分布理論解析三角形分布熱源引起的溫度分布理論解析 在三角形熱源分布的情況下，可在三角形熱源分布的情況下，可將整個(gè)磨削區(qū)的熱源看成無限個(gè)將整個(gè)磨削區(qū)的熱源看成無限個(gè)不斷增大的，熱源強(qiáng)度為不斷增大的，熱源強(qiáng)度為q q的線的線熱源從熱源從x xi i=0=0到到x xi i=l=l形成的形成的 。其熱。其熱量量Q Qm m可表達(dá)為：可表達(dá)為： ( )2imiiixQq x dxqdxl2200()2exp()22limiiixx vqvxKxxzdxl

38、令令z=0z=0，可得工件表面溫度分布公式：，可得工件表面溫度分布公式： 利用數(shù)值解法可解得：利用數(shù)值解法可解得：200()2exp()22limiiixx vqvxKxxdxl()01()101()210()2104()()()31()()( )( )3314( )()331()( )3A LmA LAAA LA LAqALxAL eKALK ALcpvLlAxAL eK ALAeKAK ALLlqALxAeK AeKALLcpvLlALxeK ALeKALl131( )3AAxALlAxeK AALl在單向?qū)嵊?jì)算中，在單向?qū)嵊?jì)算中，maxmax出現(xiàn)在出現(xiàn)在x/l=1/2x/l=1/2處

39、，在雙向?qū)嵊?jì)算處，在雙向?qū)嵊?jì)算中，估計(jì)結(jié)果相差不會(huì)太大。中，估計(jì)結(jié)果相差不會(huì)太大。L=vl/4 4工件表面的平均溫度及其簡(jiǎn)化計(jì)算工件表面的平均溫度及其簡(jiǎn)化計(jì)算 （1）Jeager模型分析模型分析 l 圖 2-46 圖 2-47 當(dāng)當(dāng) L L2020時(shí)，沿著滑動(dòng)體的溫度變化可近似為線性的。若所時(shí)，沿著滑動(dòng)體的溫度變化可近似為線性的。若所有熱能都傳入工件，砂輪與工件接觸的單位寬度上的平均表有熱能都傳入工件，砂輪與工件接觸的單位寬度上的平均表面溫度為：面溫度為：0.50.754qlL（2）Jeager模型的線性化模型的線性化 120.707GwpwpwU v av lC用線性化模型計(jì)算出的工件表

40、面平均溫度和經(jīng)典解的平均溫用線性化模型計(jì)算出的工件表面平均溫度和經(jīng)典解的平均溫度除系數(shù)不同外，其余均相同，兩種計(jì)算的誤差僅在度除系數(shù)不同外，其余均相同，兩種計(jì)算的誤差僅在6%6%之內(nèi)，之內(nèi)，即由線性模型求出的工件表面平均溫度比經(jīng)典解略低即由線性模型求出的工件表面平均溫度比經(jīng)典解略低6%6%。5 5磨削磨粒點(diǎn)的平均溫度和最高溫度磨削磨粒點(diǎn)的平均溫度和最高溫度 (1)(1)磨削磨粒點(diǎn)的平均溫度磨削磨粒點(diǎn)的平均溫度 根據(jù)磨削情況作如下假設(shè)：根據(jù)磨削情況作如下假設(shè)：n假設(shè)砂輪為一直徑為假設(shè)砂輪為一直徑為dsds寬度為寬度為bsbs的盤狀銑刀，在銑刀上分布著的盤狀銑刀，在銑刀上分布著和砂輪磨粒數(shù)相等的切

41、削刃。和砂輪磨粒數(shù)相等的切削刃。 n切削刃以均等的間隔分布在刀具的外圓周上。切削刃以均等的間隔分布在刀具的外圓周上。 傳入磨粒的比例系數(shù)不隨溫度變化而變化，那么傳入磨粒的熱傳入磨粒的比例系數(shù)不隨溫度變化而變化，那么傳入磨粒的熱可看作與能量可看作與能量E E成正比，得到磨粒磨削的平均溫度為：成正比，得到磨粒磨削的平均溫度為：tlFBCN bFtFt切向磨削力，切向磨削力，B B砂輪寬度，砂輪寬度，b b工件寬度，工件寬度，N Nt單位長(zhǎng)度上的有效單位長(zhǎng)度上的有效磨粒刃數(shù)。磨粒刃數(shù)。上式似乎于磨削條件的上式似乎于磨削條件的v vs s、v vw w、a ap p無關(guān)，但是由于無關(guān)，但是由于F Ft

42、 t和和N Nt t是是v vs s、v vw w、a ap p的函數(shù)，根據(jù)第三節(jié)的計(jì)算公式，可以從理論上得到的函數(shù)，根據(jù)第三節(jié)的計(jì)算公式，可以從理論上得到F Ft t和和N Nt的解析值。的解析值。 由于磨削過程的復(fù)雜性，由理論解析式所得到的計(jì)算值與實(shí)測(cè)由于磨削過程的復(fù)雜性，由理論解析式所得到的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相差較大，因此值相差較大，因此F Ft t和和N Nt t采用實(shí)驗(yàn)方法來選取。采用實(shí)驗(yàn)方法來選取。tlFBCN b根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可得根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可得: :令工件磨削寬度等于砂輪寬度，得出磨削磨粒點(diǎn)的平均磨削令工件磨削寬度等于砂輪寬度，得出磨削磨粒點(diǎn)的平均磨削溫度為：溫度為：由上式可見：

43、磨削磨粒點(diǎn)的平均磨削溫度取決于砂輪速度由上式可見：磨削磨粒點(diǎn)的平均磨削溫度取決于砂輪速度Vs及及砂輪和工件材料的特性砂輪和工件材料的特性C C3 3，而與工件速度和磨削深度，而與工件速度和磨削深度a ap p關(guān)系不關(guān)系不大。大。314212tpwsFC a v v143 sC v不同磨削條件對(duì)磨削溫度的影響：不同磨削條件對(duì)磨削溫度的影響：三種不同砂輪磨削三種不同砂輪磨削5555鋼時(shí)的磨粒點(diǎn)的平均溫度分布：鋼時(shí)的磨粒點(diǎn)的平均溫度分布：磨削點(diǎn)的平均溫度與砂輪的磨料有關(guān)。磨削點(diǎn)的平均溫度與砂輪的磨料有關(guān)。 （2 2）磨削磨粒點(diǎn)的最高溫度）磨削磨粒點(diǎn)的最高溫度19931993年年TUedaTUeda等

44、人用三種不同的砂輪（白剛玉、等人用三種不同的砂輪（白剛玉、CBNCBN、金剛石）、金剛石）對(duì)三種不同材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)論指出，磨削點(diǎn)切削磨粒的最高溫度大對(duì)三種不同材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)論指出，磨削點(diǎn)切削磨粒的最高溫度大約等于磨削鋼質(zhì)工件材料熔點(diǎn)的溫度。約等于磨削鋼質(zhì)工件材料熔點(diǎn)的溫度。右圖為磨削時(shí)磨粒右圖為磨削時(shí)磨粒上的溫度與頻率數(shù)上的溫度與頻率數(shù)的關(guān)系。的關(guān)系。p磨削磨粒點(diǎn)最高溫度與磨削參數(shù)的關(guān)系和平均溫度的變化大磨削磨粒點(diǎn)最高溫度與磨削參數(shù)的關(guān)系和平均溫度的變化大致相同，最高磨削溫度隨磨削深度增加略呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。致相同，最高磨削溫度隨磨削深度增加略呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。p磨削磨粒點(diǎn)的最高溫度的極限是工件材料的熔點(diǎn)

45、溫度。磨削磨粒點(diǎn)的最高溫度的極限是工件材料的熔點(diǎn)溫度。p隨著隨著v vs s的增加的增加, ,最高溫度減少。所以采用高速磨削比低速磨最高溫度減少。所以采用高速磨削比低速磨削對(duì)砂輪的磨削特性更有利。削對(duì)砂輪的磨削特性更有利。結(jié)論：結(jié)論：緩進(jìn)給磨削是一種采用增大磨削深度、降低進(jìn)給速度、形成砂緩進(jìn)給磨削是一種采用增大磨削深度、降低進(jìn)給速度、形成砂輪與工件有較大的接觸面積，及高的速度比輪與工件有較大的接觸面積，及高的速度比Vs/Vw，達(dá)到高的磨，達(dá)到高的磨除率和表面質(zhì)量。除率和表面質(zhì)量。1 1、正常緩進(jìn)給磨削時(shí)弧區(qū)工件表面的平均溫度分布、正常緩進(jìn)給磨削時(shí)弧區(qū)工件表面的平均溫度分布 6.4.3 6.4.

46、3 緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削的溫度分布特征緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削的溫度分布特征 實(shí)驗(yàn)條件：實(shí)驗(yàn)條件：MM7125MM7125平面磨平面磨床，逆磨直槽，槽寬床，逆磨直槽，槽寬12mm12mm，砂輪：棕剛玉砂輪，粒度砂輪：棕剛玉砂輪，粒度代號(hào)代號(hào)4646，砂輪速度，砂輪速度19m/s19m/s 結(jié)結(jié) 論：論：（1 1）平均溫度分布光滑連續(xù)，峰點(diǎn)位置靠近弧區(qū)高端峰點(diǎn)附）平均溫度分布光滑連續(xù)，峰點(diǎn)位置靠近弧區(qū)高端峰點(diǎn)附近曲線變化平穩(wěn)，緩進(jìn)給磨削時(shí)熱流密度沿弧長(zhǎng)的分布是連近曲線變化平穩(wěn)，緩進(jìn)給磨削時(shí)熱流密度沿弧長(zhǎng)的分布是連續(xù)的，接近三角形分布的熱源模型。續(xù)的，接近三角形分布的熱源模型。 （2 2）弧區(qū)工件表面平均溫度數(shù)值

47、很低，弧區(qū)低端溫度更低，）弧區(qū)工件表面平均溫度數(shù)值很低，弧區(qū)低端溫度更低，說明正常緩進(jìn)給磨削時(shí)已加工表面的實(shí)際生成的溫度是很低說明正常緩進(jìn)給磨削時(shí)已加工表面的實(shí)際生成的溫度是很低的。的。 （3 3）相對(duì)于平均溫度而言，磨粒磨削點(diǎn)上的溫度高，但正）相對(duì)于平均溫度而言，磨粒磨削點(diǎn)上的溫度高，但正常緩進(jìn)給磨削工件時(shí)表面溫度低。常緩進(jìn)給磨削工件時(shí)表面溫度低。2.2.使用與不使用磨削液時(shí)使用與不使用磨削液時(shí)弧區(qū)溫度的對(duì)比弧區(qū)溫度的對(duì)比 圖 2-61 實(shí)驗(yàn)是在使用普通剛玉砂輪及常壓磨削液的條件下進(jìn)行，說實(shí)驗(yàn)是在使用普通剛玉砂輪及常壓磨削液的條件下進(jìn)行，說明緩進(jìn)給磨削低溫并不只是大氣孔超軟砂輪與高壓噴注磨削

48、明緩進(jìn)給磨削低溫并不只是大氣孔超軟砂輪與高壓噴注磨削液綜合作用的結(jié)果，而是緩進(jìn)給磨削本身特有的現(xiàn)象。液綜合作用的結(jié)果，而是緩進(jìn)給磨削本身特有的現(xiàn)象。不使用磨削不使用磨削液液3.3.燒傷前兆燒傷前兆弧區(qū)溫度分布的特征變化弧區(qū)溫度分布的特征變化 緩進(jìn)給磨削中磨削液成膜沸騰即磨削熱流密度超過磨削液的緩進(jìn)給磨削中磨削液成膜沸騰即磨削熱流密度超過磨削液的臨界熱流密度，弧區(qū)磨削液出現(xiàn)成膜沸騰引起二相流換熱曲臨界熱流密度，弧區(qū)磨削液出現(xiàn)成膜沸騰引起二相流換熱曲線上熱平衡點(diǎn)的躍遷，工件表面從正常低溫躍升到新熱平衡線上熱平衡點(diǎn)的躍遷，工件表面從正常低溫躍升到新熱平衡點(diǎn)的溫度，從而導(dǎo)致工件突發(fā)燒傷。點(diǎn)的溫度，從而

49、導(dǎo)致工件突發(fā)燒傷。（1 1）在約占接觸弧長(zhǎng)）在約占接觸弧長(zhǎng)1/101/10的相當(dāng)局限的區(qū)段上出現(xiàn)了明顯高于正常緩進(jìn)給磨的相當(dāng)局限的區(qū)段上出現(xiàn)了明顯高于正常緩進(jìn)給磨削低溫的高溫區(qū)，且高低溫區(qū)截然分開，表明磨削液存在膜沸騰發(fā)生。削低溫的高溫區(qū)，且高低溫區(qū)截然分開，表明磨削液存在膜沸騰發(fā)生。（2 2）成膜的高溫段出現(xiàn)在弧區(qū)高端，這與通常認(rèn)為的磨削熱源呈三角形分布）成膜的高溫段出現(xiàn)在弧區(qū)高端，這與通常認(rèn)為的磨削熱源呈三角形分布的假設(shè)相吻合。提示了燒傷的先發(fā)部位一定在弧區(qū)高段。的假設(shè)相吻合。提示了燒傷的先發(fā)部位一定在弧區(qū)高段。（3 3）成膜高溫區(qū)溫度雖高，在此條件下試驗(yàn)證明該無燒傷發(fā)生。因此，緩進(jìn)）成膜

50、高溫區(qū)溫度雖高，在此條件下試驗(yàn)證明該無燒傷發(fā)生。因此，緩進(jìn)給磨削時(shí)弧區(qū)磨削液確已沸騰但工件并不產(chǎn)生燒傷。給磨削時(shí)弧區(qū)磨削液確已沸騰但工件并不產(chǎn)生燒傷。4.4.燒傷的過程燒傷的過程燒傷前后溫度的時(shí)空分布燒傷前后溫度的時(shí)空分布 采用一個(gè)特長(zhǎng)型多塊組合夾絲測(cè)溫試件，使之能在一次連續(xù)緩采用一個(gè)特長(zhǎng)型多塊組合夾絲測(cè)溫試件，使之能在一次連續(xù)緩磨中等間隔地觀察到不同階段的弧區(qū)工件表面的平均溫度分布。磨中等間隔地觀察到不同階段的弧區(qū)工件表面的平均溫度分布。結(jié)論：結(jié)論：n弧區(qū)工件表面溫度弧區(qū)工件表面溫度的時(shí)空分布表明磨削的時(shí)空分布表明磨削液成膜沸騰是一個(gè)逐液成膜沸騰是一個(gè)逐步擴(kuò)展過程；步擴(kuò)展過程；n緩進(jìn)給磨削燒

51、傷是緩進(jìn)給磨削燒傷是一個(gè)典型的緩變過程。一個(gè)典型的緩變過程。5.5.弧區(qū)工件表面固定點(diǎn)上溫度的瞬變特性弧區(qū)工件表面固定點(diǎn)上溫度的瞬變特性 就弧區(qū)工件表面上某一點(diǎn)而言，就弧區(qū)工件表面上某一點(diǎn)而言，其溫度在其進(jìn)入成膜區(qū)前后是其溫度在其進(jìn)入成膜區(qū)前后是有突變的，特別是當(dāng)該點(diǎn)距弧有突變的，特別是當(dāng)該點(diǎn)距弧區(qū)高端足夠遠(yuǎn)時(shí)，其溫度完全區(qū)高端足夠遠(yuǎn)時(shí)，其溫度完全有可能自正常低溫瞬時(shí)躍增到有可能自正常低溫瞬時(shí)躍增到燒傷溫度以上，這是因?yàn)楫?dāng)成燒傷溫度以上，這是因?yàn)楫?dāng)成膜區(qū)擴(kuò)展到該點(diǎn)時(shí)，成膜區(qū)內(nèi)膜區(qū)擴(kuò)展到該點(diǎn)時(shí)，成膜區(qū)內(nèi)溫度已經(jīng)達(dá)到或超過燒傷溫度溫度已經(jīng)達(dá)到或超過燒傷溫度的緣故。的緣故。6.4.4 6.4.4 磨

52、削溫度的測(cè)量磨削溫度的測(cè)量 研究磨削區(qū)的溫度分布，除了采用分析法外，采用實(shí)驗(yàn)方法能得研究磨削區(qū)的溫度分布，除了采用分析法外，采用實(shí)驗(yàn)方法能得到更加準(zhǔn)確的結(jié)論。到更加準(zhǔn)確的結(jié)論。 1 1熱電偶測(cè)量法熱電偶測(cè)量法 兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A A和和B B組合成組合成如圖所示如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體閉合回路，若導(dǎo)體A A和和B B的連接處溫度不同（設(shè)的連接處溫度不同（設(shè)T TT T0 0），則在此閉合回路中就有電），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在這種現(xiàn)象早在182

53、11821年首先由西拜克發(fā)現(xiàn)年首先由西拜克發(fā)現(xiàn), ,所以又稱西拜克效應(yīng)。所以又稱西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB 一、熱電偶的工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)由兩部叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)由兩部分組成，即分組成，即溫差電勢(shì)和接溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。觸電勢(shì)。熱端冷端6.4.4 6.4.4 磨削溫度的測(cè)量磨削溫度的測(cè)量 1 1熱電偶測(cè)量法熱電偶測(cè)量法 （1 1）熱電偶常用材料）熱電偶常用材料 鉑鉑鉑銠熱電偶鉑銠熱電偶(S(S型型) )：鎳鉻：鎳鉻鎳硅鎳硅( (鎳鋁鎳鋁) )熱電偶熱電偶(K(K型型) ) 鎳鉻鎳鉻考銅熱電偶考銅熱電偶(E(E型型) )：鉑銠：鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6熱電偶熱電偶(B(B型型) ) 鐵鐵康銅熱電偶：銅康銅熱電偶：銅康銅熱電偶康銅熱電偶 （2 2）測(cè)溫試件的結(jié)構(gòu)）測(cè)溫試件