磨削加工是一種應(yīng)用廣泛的金屬切削方法，主要加工傳統(tǒng)刀具難以切削的硬質(zhì)材料以及表面質(zhì)量、尺寸精度要求高的材料。隨著大量新材料的出現(xiàn)和運(yùn)用對零件精度、質(zhì)量的要求，磨削加工應(yīng)用的增長幅度超過其他傳統(tǒng)加工方法。 磨削加工中，磨粒的尺寸、形狀和分布對加工起著重要作用，但在加工韌性金屬時(shí)，出現(xiàn)砂輪急劇堵塞鈍化，導(dǎo)致砂輪壽命縮短，為避免砂輪堵塞鈍化和產(chǎn) 生的不利影響，分析砂輪堵塞機(jī)理、成因非常必要。

       1.磨屑的形成

       磨削過程是通過切除一定量的工件 材料獲得較髙表面質(zhì)量和精度，常用刀具為砂輪。砂輪是由磨料、結(jié)合劑經(jīng)壓坯、 干燥、燒結(jié)而行成的疏松體，其單個(gè)磨粒就是一把微小的切削刃，有很大的負(fù)前角和刃口鈍圓半徑。高速運(yùn)動磨粒經(jīng)過滑擦、耕犁后切入工件，切削層材料有明顯的沿剪切面滑移后形成了短而薄的切屑，這些磨屑在磨削區(qū)內(nèi)被加熱到很高的溫度，然后被氧化和熔化，而固化成微粒球體，在球體面上還有某些叉枝，是一種主要磨屑形式。磨削耐酸不 銹鋼Cr20Ni24Si4Ti時(shí)，發(fā)現(xiàn)大量球狀磨屑，還伴隨著帶狀、節(jié)狀磨屑以及灰燼, 這些磨屑有不少部分將會填充到砂輪氣孔中，依附在磨料的四周，引起砂輪的堵塞，導(dǎo)致磨削精度下降，燒傷工件， 縮短砂輪壽命。

       2.砂輪堵塞的類型和機(jī)理分析

       2.1砂輪堵塞的類型

       砂輪堵塞的類型有嵌入型、粘著型和混合型。嵌入型堵塞是磨屑嵌塞在砂輪工作表面空隙處的堵塞狀態(tài)；粘著型堵塞是磨屑熔結(jié)在磨粒及結(jié)合劑上的堵塞狀態(tài)；混合型堵塞是既有嵌入型堵塞又有粘著型堵塞。

       2.2嵌入型堵塞的機(jī)理分析

       外來因素：磨削加工有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，一般Fy/Fz大于2?10,工件 材料愈硬，塑性愈小，比值愈大，磨削區(qū)的磨屑在強(qiáng)大的正壓力作用下，被機(jī)械擠進(jìn)砂輪表面的空隙里。磨屑是沿磨粒前面滑出，磨粒前面的局部區(qū)域堆積著數(shù)層磨屑，在砂輪高速旋轉(zhuǎn)的作用， 磨粒后面形成氣流旋渦區(qū)，旋渦區(qū)的空氣壓力顯著減小，在負(fù)壓力作用下，使部分磨屑依附在磨粒的后面，形成磨粒后刀面的依附性堵塞，依附物多數(shù)是灰燼和微粒。

       靜電場的作用：在磨削區(qū)某些小區(qū)域內(nèi)形成了有砂輪和工件組成的小電場， 在電場的作用下，部分磨屑將呈現(xiàn)極性， 根據(jù)異性相吸原理，與砂輪極性相反的磨屑就被吸附在砂輪工作表面。借助于砂輪與工件之間較大的機(jī)械壓力，使己吸附在砂輪表面的磨屑能穩(wěn)定地嵌入砂輪表面空隙之間。

       2.3粘著型堵塞的機(jī)理分析

       熔化性粘結(jié)：磨削過程中絕大部分輸入功率轉(zhuǎn)變?yōu)槟ハ鳠幔鼓ハ鼽c(diǎn)溫度高達(dá)1200k以上，磨屑遇空氣快速氧化， 形成低熔點(diǎn)的金屬氧化物，在磨削區(qū)高 溫加熱呈熔化或微熔狀態(tài)，覆蓋在砂輪表面，當(dāng)砂輪上這部分表面再次參與磨削時(shí)，在磨削力的作用下被擠開或強(qiáng)化， 增加了與砂輪的親和力和附著力，有的被擠壓粘附在工件表面隆起的溝槽表面 中。通過多次隨機(jī)磨削，磨粒四周粘附許多磨屑，使磨削力增大，同時(shí)溫度升高, 由此引起惡性循環(huán)，加劇堵塞，直至磨粒破碎或脫落。

       化學(xué)性粘結(jié)：不同元素之間的化學(xué)親和力是粘結(jié)性堵塞的又一重要原因。 磨粒和被磨削材料在髙溫下接觸，溫度因素使它們活動能力增強(qiáng)，親和力加劇， 當(dāng)具備一定條件時(shí)就導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)，使磨粒和磨屑在砂輪表面生成一種喪失切削能力的晶體。

       3.砂輪自身對堵塞的影響

       3.1磨料種類

       不同砂輪堵塞程度差別很大，從減少堵塞程度，改善磨削效果來看，不同的工件材料，應(yīng)選用不同的磨料種類。 如果選用的磨料不能適應(yīng)工件材料的磨削性能，就容易產(chǎn)生急劇堵塞，使加工無法正常進(jìn)行。如用剛玉類磨料磨削鐵碳合金，碳在空氣中與氧氣生成一層很薄的氧化膜，能有效地阻止工件與磨料之間的化學(xué)親和作用，但如磨削鈦合金， 堵塞則嚴(yán)重的多。有的工廠磨床上的砂輪久用不換，能磨萬物，好似節(jié)約、方便， 實(shí)際上損失了效率和精度。

       3.2磨料粒度

       磨料粒度對砂輪堵塞有一定影響， 一般來說細(xì)粒度比粗粒度容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。因?yàn)榧?xì)粒度砂輪的孔隙容積和磨屑截面積都小，細(xì)粒度砂輪的切刃數(shù)增加，切屑也多，加上磨削溫度升高等原因，在切入次數(shù)較小的范圍內(nèi)，細(xì)粒度砂輪容易堵塞。隨著切入次數(shù)的增多， 粗粒度的砂輪與細(xì)粒度砂輪相比，切入的深度要大，磨粒切刃磨損量就大，且磨削溫度上升，在孔隙里的切屑熔結(jié)物就增多。到一定次數(shù)后，粗粒度砂輪的堵塞量反而要超過細(xì)粒度砂輪的堵塞量。 半精磨和精磨時(shí)，切入量小，溫度低， 堵塞輕，選擇細(xì)砂輪；粗磨切入量大， 溫度高，堵塞在空隙的磨屑、熔結(jié)物多， 選擇粗砂輪。

       3.3砂輪的硬度

       砂輪的硬度指磨粒脫落的難易程度， 由粘結(jié)劑的強(qiáng)度予以保證。粘結(jié)劑強(qiáng)度愈高，砂輪硬度也愈大，磨粒磨鈍量就愈多，磨粒脫落前對工件的滑擦、擠壓愈加嚴(yán)重，磨屑更容易機(jī)械地填充到砂輪空隙中去，同時(shí)還伴隨著產(chǎn)生更多的摩擦熱，摩擦熱為粘結(jié)性堵塞提供熔結(jié)物。因此砂輪的硬度對堵塞量影響較大， 砂輪越硬，堵塞量越大。一般情況下， 砂輪硬度選用G?H,在一些難加工的材料中，也采用D?0的硬度。

       3.4砂輪組織

       砂輪組織反映了磨料、粘結(jié)劑、氣 孔三者之間的比例關(guān)系。砂輪組織越密， 工作得磨粒數(shù)越多，切削刃間距離變小， 砂輪更容易堵塞。含有45%磨料的砂輪比含49.2%磨粒的平均堵塞量要少一半；含有53%磨料的砂輪比含49. 2%磨料的砂輪磨削工件的堵塞量高二倍。在磨削難加工 材料時(shí)應(yīng)選擇組織號為7至9號的砂輪， 大氣孔的砂輪就大氣孔砂輪效果較好。

       4.磨削條件的影響

       4. 1砂輪線速度

       砂輪線速度的增加使磨粒的最大切深減少，切屑截面積減小，同時(shí)切削次數(shù)和磨削熱增加，這兩個(gè)因素均使堵塞量增加，但是當(dāng)砂輪線速度高達(dá)一定程度時(shí)（如達(dá)50m/s以上）砂輪的堵塞量反而大大下降。在生產(chǎn)中磨削不銹鋼、 高溫合金時(shí)，50m/s砂輪速度比30m/s砂輪的堵塞量減少30%?100%。因此，在磨削難磨材料時(shí)，要么采用低于20m/s 的速度，要么采用高于50m/s的速度， 選在其之間的磨削速度對砂輪的堵塞是很不利的。對于各種工件材料來說，各有一定的其堵塞量小的臨界砂輪速度值。

       4. 2工件速度

       工件的速度對砂輪堵塞程度的影響， 與切削條件中其他因素有密切關(guān)系。工件線速度提高一倍，砂輪堵塞量增加三倍。這是因?yàn)楣ぜ俣仍礁吣チＧ腥肷疃染驮綔\，切屑截面積變小，相當(dāng)于砂輪特性變硬，故容易引起砂輪堵塞。

       4. 3磨削方式

       切入磨削比縱向磨削堵塞嚴(yán)重。在切入磨削時(shí)，砂輪與工件間接觸面積大， 磨粒切削刃在同一條磨痕上要擦過幾次， 磨削液進(jìn)入磨削區(qū)困難，磨削時(shí)熱量高，易造成堵塞。縱磨接觸工件材料的是砂輪一側(cè)緣，當(dāng)磨損面增大到一定程度時(shí)， 在磨削力作用下磨粒破碎、斷裂，實(shí)現(xiàn)自銳。大多數(shù)磨粒能處于鋒利狀態(tài)下工作，使磨削力和磨削熱相對來說較低。 同時(shí)，受磨削力和磨削熱影響區(qū)的相當(dāng) 一部分可以順縱磨方向排出到工件之外， 故降低了發(fā)生化學(xué)粘附的可能性。

       4.4徑向切入量

       徑向切入量對砂輪堵塞的影響呈駝峰趨勢。當(dāng)徑向切入量較小時(shí) (ap<0.01mm),產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，隨著切入量的增加，平均堵塞量也增加，當(dāng)切 入量增大到一定程度（ap=0.03mm)時(shí)， 堵塞量又呈減少趨勢，之后隨著切入量的繼續(xù)增加（達(dá)到ap=0.04mm)時(shí)，堵塞量又急劇上升。在磨削難磨材料時(shí)，控制最后一次徑向切入量，對于提高工件的表面質(zhì)量和精度是至關(guān)重要的。

       4.5磨削溫度

       磨削時(shí)，凡是增加磨削熱、導(dǎo)致磨削溫度升高的因素，都會加劇砂輪的堵塞，堵塞形式主要是粘結(jié)型堵塞，當(dāng)然也伴隨著擴(kuò)散型堵塞。

       4.6砂輪修整速度

       砂輪修整速度對堵塞有明顯影響， 當(dāng)砂輪修整速度低時(shí)，砂輪工作表面平坦，單位面積內(nèi)有效磨刀數(shù)增加，使切屑的截面積變小，切削數(shù)量增多，故容易產(chǎn)生堵塞。當(dāng)砂輪修整速度髙時(shí)，砂輪工作面變粗，有效磨粒數(shù)減小，在砂輪表面出現(xiàn)凹部，起到孔隙作用，切屑易被沖走，熔結(jié)物容易脫落。

       4.7磨削液

       不同的磨削液對磨削效果影響很大， 目前通用的乳化液，含有大量礦物油和油性添加劑，稀釋后呈水包油乳白色液體，它的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)小，在劇烈摩擦過程中很容易造成砂輪與工件之間的粘附磨損和擴(kuò)散性磨損，使砂輪堵塞， 磨削力增加，最后引起磨粒過早破碎和脫落，使磨削比降低。選用優(yōu)良的磨削液對改善磨削性能有重要作用。

       5.結(jié)語

       砂輪堵塞是磨削加工中的普遍現(xiàn)象， 無論加工條件選擇得如何合理，要完全防止堵塞是不可能的，只是程度上有所不同。砂輪種類和加工條件對砂輪堵塞 有較大影響，但最主要的是被加工材料 的物理、力學(xué)性能和有無磨削液。