磨削技術
平面磨床砂輪堵塞的形成機理 |
| 發布時間：2022/12/30 |
| 嵌入型堵塞主要是磨屑機械地侵嵌在砂輪空隙里，其中磨屑與磨粒之間并無化學黏著作用發生。關于黏著型堵塞的形成過程是，首先在磨鸝和磨粒之闖產生化學黏合，然后磨屑之間在機械黏力和壓力作用下相互熔焊，形成了黏著型堵塞。 為什么磨屑與磨粒之間能產生化學黏合，這個問題比較復雜。不同磨料與不同的工件材料之間有不同的化學粘合機理。 在平面磨床磨削碳鋼時，當磨粒在金屬表面上摩擦或磨削時，磨粒的磨損就開始，即磨粒的鋒利邊沿開始被磨去，這就在磨粒上形成若干個平面。該平面變得越來越大，甚至于作用在磨粒上的摩擦力大得足以引起砂輪表面砂粒脫落或斷裂，從而露出新的磨削刃。這時砂輪的堵塞是磨屑嵌塞在空隙處而形成嵌入型堵塞。 磨削鈦合金時，磨屬很快地黏附在磨粒的尖峰上。隨著這種黏附物迅速發展、長大，使工作磨粒、結合劑以及空隙處的表面都被黏附物封包起來。這時磨削條件迅速惡化，磨削力和磨削熱劇增，工件表面質量也明顯惡化，當繼續磨下去，磨削力大到一定程度時，粘著的磨屑與磨粒一起脫落，露出了新的磨粒，而黏附又在新的磨粒上開始。在這個過程中，磨粒的切削刃幾乎沒有什么磨損的痕跡就被磨屑封包住。在這種堵塞鈍化的情況下，為使磨削進行下去，無論是修整砂輪，還是硬擠掉表層砂粒，都將加速砂輪的損耗。這就是鈦合金磨削時磨削比低的原因。 為了探索這種急尉黏附的機理以及磨粒與磨屑表面上的變化，將磨削鈦合金的砂輪表面經酸洗清除掉磨屑后，在掃描電鏡下觀察分析。從觀察中可以清晰地看到，清除磨粒黏附物后磨粒表面殘留有明顯化學反應的痕跡，雖然磨粒本身并沒有磨平其峰部，但經過這種劇烈化學反應的磨粒，已完全喪失了切削性能。從砂粒的微觀形貌來看：一是砂粒表面形成了新盼晶體，既不是磨屑，又不是砂粒本來的形貌；二是砂粒在新的晶體下面出現了許多皺折和磁死。 對于這些殘留物是何成分，用電子探針顯微分析儀檢測結果表明，它們是鈦與氧、鋁的復雜化合物，其中以鈦和氧的化合物為主，也有一部分游離的鋁。由此可見，在磨粒與磨屑之間發生了化學反應： 3Ti＋2A12 03—一3+ri02＋4Al 為了進一步證明這種化學親和作用是造成黏著型堵塞的起始原因，曾用立方氮化硼砂輪對鈦合金反復磨削試驗，結果比用白剛玉砂輪的磨削比提高了幾十倍。其主要原因是立方氮化硼磨料熱穩定性好，與鐵族元素的化學惰性大，不易與工件材料發生化學親和作用，磨削碳鋼時不發生這種化學反應，這是因為磨削普通碳鋼時，被磨的碳鋼在空氣中與氧生成一層很薄的、能阻止碳鋼與磨粒間產生化學親和作用的氧化膜。曾有人做過這樣的實驗，將碳鋼置于充有氮氣保護的環境中進行磨削，這時由于失去了氧化膜的保護，結果立即發生了類似鈦合金磨削的情況，磨削力增大25倍，砂輪堵塞嚴重，磨損劇增。應用俄歇電子能譜儀(AES)和X射線光電子能譜儀檢測可知，鈦合金磨削時，在磨削界面上是由Ti02和Ti203組成的氧化物。 通過以上檢測分析可知，平面磨床磨削鈦合金時砂輪堵塞的機理主要有以下幾點。 ①鐵合金在磨削過程中，由于磨削溫度的作用，易生成Ti02和Ti202，這種氧化物硬度與剛玉砂輪基本相當，這種硬度一致的材料在高溫、高壓下易產生黏合現象。 ②氧化物Ti202和剛玉A1203晶體結構相同，點陣參數相近，所以Alz03和Ti203之間有很好的親和力。 ③Ti元素化學活性大，易和碳、氮、氧生成化合物，這種化合物又易與剛玉形成一種鈦酸鋁的固溶體A1203·Ti202，使鈦與剛玉有了較強結合，形成了新的化合物。 ④鈦的氧化物和剛玉的熱膨脹率很接近，更提高了對剛玉黏附的可靠性。 由于以上原因，使鈦合金在平面磨床磨削時，砂粒與磨屑之間極易產生化學黏合現象，造成砂輪堵塞。當磨粒刃口被第一層化學黏附層包住后，大大減小了磨削能力。以后的磨削是在黏附的磨屑與待加工表面間的滑動和擠壓過程中進行的，磨削力和摩擦熱都劇增。這種高溫、高壓、高摩擦力的狀態，促成了磨屑與磨屑之間的壓焊過程，這種多個單元磨屑多次的相互壓焊，形成了砂輪的堵塞。這就是黏著型堵塞的形成機理。 |
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