磨削技術(shù)
平面磨床砂輪堵塞的形成機(jī)理 |
| 發(fā)布時間：2022/12/30 |
| 嵌入型堵塞主要是磨屑機(jī)械地侵嵌在砂輪空隙里，其中磨屑與磨粒之間并無化學(xué)黏著作用發(fā)生。關(guān)于黏著型堵塞的形成過程是，首先在磨鸝和磨粒之闖產(chǎn)生化學(xué)黏合，然后磨屑之間在機(jī)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(chǎn)生化學(xué)黏合，這個問題比較復(fù)雜。不同磨料與不同的工件材料之間有不同的化學(xué)粘合機(jī)理。 在平面磨床磨削碳鋼時，當(dāng)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(fā)展、長大，使工作磨粒、結(jié)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(zhì)量也明顯惡化，當(dāng)繼續(xù)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(jìn)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(jī)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(jīng)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(xué)反應(yīng)的痕跡，雖然磨粒本身并沒有磨平其峰部，但經(jīng)過這種劇烈化學(xué)反應(yīng)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(xiàn)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(jié)果表明，它們是鈦與氧、鋁的復(fù)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(fā)生了化學(xué)反應(yīng)： 3Ti＋2A12 03—一3+ri02＋4Al 為了進(jìn)一步證明這種化學(xué)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(fù)磨削試驗(yàn)，結(jié)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(wěn)定性好，與鐵族元素的化學(xué)惰性大，不易與工件材料發(fā)生化學(xué)親和作用，磨削碳鋼時不發(fā)生這種化學(xué)反應(yīng)，這是因?yàn)槟ハ髌胀ㄌ间摃r，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(chǎn)生化學(xué)親和作用的氧化膜。曾有人做過這樣的實(shí)驗(yàn)，將碳鋼置于充有氮?dú)獗Ｗo(hù)的環(huán)境中進(jìn)行磨削，這時由于失去了氧化膜的保護(hù)，結(jié)果立即發(fā)生了類似鈦合金磨削的情況，磨削力增大25倍，砂輪堵塞嚴(yán)重，磨損劇增。應(yīng)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(jī)理主要有以下幾點(diǎn)。 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(dāng)，這種硬度一致的材料在高溫、高壓下易產(chǎn)生黏合現(xiàn)象。 ②氧化物Ti202和剛玉A1203晶體結(jié)構(gòu)相同，點(diǎn)陣參數(shù)相近，所以Alz03和Ti203之間有很好的親和力。 ③Ti元素化學(xué)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(qiáng)結(jié)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(chǎn)生化學(xué)黏合現(xiàn)象，造成砂輪堵塞。當(dāng)磨粒刃口被第一層化學(xué)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(jìn)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(tài)，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(jī)理。 |
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