摘要　通過測量磨削力，研究細(xì)粒度釬焊金剛石砂輪磨削花崗石過程磨削力隨加工參數(shù)的變化特征。結(jié)果表明：磨削力是隨著砂輪線速度的增大而減小，隨著工件進(jìn)給速度的變大而增大，隨著磨削嘗試的增大而增大?；貧w分析表明，磨削力受磨削深度的影響程度最大。不同加工條件下，法向磨削力與切向磨削力之間存大良好的線性關(guān)系，比值約為7.6。磨削過程中，金剛石與花崗石之間的運動符合Coulomb定律描述的滑動摩擦方式。

       近20年來，釬焊金剛石砂輪因其具有強(qiáng)化學(xué)結(jié)合力把持、高出刃度（磨料裸露高度可達(dá)磨料自身粒徑的70%~80%）、大容屑空間、不易堵塞、有效磨料切刃多和表面地貌銳利等優(yōu)異特性而成為業(yè)界研究的特點[1]。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)[2－3]來看，過去的研究主要集中于粗粒度金剛石的釬焊及應(yīng)用，主要包括制備工藝和應(yīng)用過程評價等。隨著釬焊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，針對細(xì)粒度金剛石釬焊及評價工作逐步進(jìn)入研究者視野。南京航空航天大學(xué)的　自明等采用細(xì)粒度釬焊金剛石砂輪磨削氧化鋯等陶瓷，研究了磨削力和表面粗糙度的變化特征；左麗麗[5]等采用鑲塊式細(xì)粒度釬焊金剛石砂輪進(jìn)行氧化鋯陶瓷磨削，結(jié)合對磨削表面/亞表面損傷層變化特征的觀察，分析了磨削后工件表面粗糙度的形成特征。華僑大學(xué)陳建毅[6]用細(xì)粒度進(jìn)行氧化鋁等陶瓷的高速磨削，研究了磨削力、磨削溫度等過程參量的變化特征。為了進(jìn)一步了解細(xì)粒度釬焊金剛石砂輪的磨削特性，本試驗以花崗巖為磨削對象，從磨削力方面進(jìn)行相關(guān)的研究，以期為進(jìn)一步發(fā)揮釬焊金剛石磨具的磨削性能、優(yōu)選加工參數(shù)提供參考作用。

       1 試驗條件及方案

       試驗所用的細(xì)粒度釬焊金剛石砂輪是真空釬焊爐上完成制備。砂輪基體采用45鋼，Φ120mm，厚度8mm，內(nèi)徑Φ31.75mm；所用金剛石磨粒為IMD-D140/170（粒度90~106μm），普通級，無鍍膜；所用釬料為粉狀300目Ni-Cr合金粉，釬焊溫度為1030℃。釬焊后的砂輪實物如圖1所示。

　　磨削加工試驗在MSG-250HMD三井精密平面磨床上進(jìn)行。工件為花崗巖（山西黑），尺寸Kistler9255型三向壓電動態(tài)測力儀和DEVE2010型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測量不同磨削參數(shù)下工件所承受的垂直磨削力Fv和水平磨削力Fh信號。Fh和Fv的合力沿砂輪的切向和法向方向可以分解為切向磨削力Ft和法向磨削力Fn。在切深較小的平面磨削條件下，可以近似取法向磨削力Fn等于Fv，切向磨削力Ft等于Fh。

　　磨削試驗所用磨削參數(shù)（砂輪線速度Vs、磨削深度ap和進(jìn)給速度vw）組合如表1所列。每組參數(shù)的磨削力測量重復(fù)三次，然后取平均值。

表1　磨削試驗加工參數(shù)組合

　　2 試驗結(jié)果

          

圖3　砂輪線速度vs對磨削力的影響

　　3 分析與討論
　　3.1 磨削參數(shù)對磨削力的影響
　　磨削力是磨削過程的一個重要特征參量，是深入研究和探討磨削過程、磨削機(jī)理的基礎(chǔ)，也是磨削用量選擇的關(guān)鍵參考依據(jù)。為了了解磨削力對磨削參量的依賴程度，下面借助指數(shù)型磨削力經(jīng)驗公式（見式1）進(jìn)行分析?！　　?/p>

　　式中：Ｆ——磨削力；Ｃ——系數(shù)；x,y,z——與砂輪線速度、磨削深度、工件進(jìn)給速度相關(guān)的指數(shù)。
采用三元回歸法分析獲得切身磨削力Ft和法向磨削力Fn與砂輪磨削深度、工件進(jìn)給速度和砂輪線速度之間的數(shù)學(xué)對應(yīng)關(guān)系如式2和3所列，其回歸一致性效果如圖6所示。
　　

　　從式2和式3的指數(shù)系數(shù)可以看出，工件進(jìn)給速度和磨削深度對切向磨削力和法向磨削力的影響都是正指數(shù)效應(yīng)，而砂輪線速度的影響則是負(fù)指數(shù)效應(yīng)。從指數(shù)大小的對比可知，不管是切向磨削力還是法向磨削力，磨削深度對其影響程度遠(yuǎn)比另兩個參數(shù)要明顯的多。因此實際磨削過程中，在保證磨削效率的情況下，應(yīng)適當(dāng)提高砂輪圓周線速度和減小磨削深度，可以降低磨削力的大小，提高砂輪使用壽命。

圖4

圖5

圖6

　　3.2 磨削力比特征

       在磨削加工中，材料磨削的難易程度可以用法向力與切向力之比值Fn/Ft來說明，它表示了磨粒切入工件的難易程度，又反映砂輪表面磨粒的鋒利度，所以可以用來評價砂輪磨削性能。

       圖7是不同磨削參數(shù)下法向磨削力與切向磨削力之比。從圖7上可以看出，在磨削過程中，法向磨削力與切向磨削力之間存在良好的線性對應(yīng)關(guān)系。采用最小二乘法擬合得到不同加工條件下力比為7.6，比文獻(xiàn)[7]中采用樹脂金剛石砂輪磨削花崗石的平均力比11要小。這應(yīng)當(dāng)與釬焊金剛石砂輪表面磨粒的高出刃、大容屑空間所帶來的銳利加工性能有關(guān)。

       從摩擦學(xué)來看，磨削過程中與工件可以視為一對摩擦副，那么Fn/Ft的倒數(shù)Ft/Fn實際上就反映了這對摩擦副的摩擦系數(shù)[8]。從圖7的擬合效果來看，在不同加工條件下，摩擦系數(shù)Fn/Ft基本為常數(shù)，可見細(xì)粒度釬焊金剛石砂輪在磨削花崗石時，金剛石與花崗石之間的運動符合 Coulomb定律描述的滑動摩擦方式，與粗粒度釬焊金剛石砂輪的磨削過程相一致[9]。

　　4 結(jié)論

      隨著工件進(jìn)給速度和磨削深度的增大，法向磨削力和切向磨削力都逐漸增大；而增大砂輪的線速度，法向磨削力和切向磨削力都是先減小后增大。

      法向磨削力和切向磨削力之間存在良好的線性關(guān)系，其比值約為7.6。金剛石與花崗石之間的相對運動符合Coulomb滑動摩擦方式。

      參考文獻(xiàn)：
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　　[8] 徐西鵬，黃輝，于怡青，等.鋸切過程中花崗石與金剛石間的摩擦效應(yīng)[Ｊ].摩擦學(xué)報，1999，19（4）：304－310.
　　[9]　詹友基，李遠(yuǎn)，黃輝，等.釬焊金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金的磨削力研究.中國機(jī)械工程，2010，21（15）：1844－1849.

      作者簡介

      劉文鋒，1986年生，男碩士研究生，主要從事脆性材料的加工。