摘要：
       本論文提出了一種最適宜外圓切入干式磨削的工藝方法，該方法基于為砂輪表面修整出所需結(jié)構(gòu)的修整工藝。利用標準砂輪和結(jié)構(gòu)砂輪分別進行外圓切入干式磨削。實驗結(jié)果表明使用結(jié)構(gòu)砂輪的干式磨削工藝中的磨削力、區(qū)域性磨削能和對工件的熱損傷都要比使用普通砂輪的干式磨削工藝要低很多。使用結(jié)構(gòu)砂輪得到的表面粗糙度雖然相對較高，但通過額外的無火花磨削處理，表面粗糙度值可以得到降低，和普通砂輪所得表面粗糙度值基本一致。
關(guān)鍵詞：
       磨削,修整,砂輪結(jié)構(gòu)化,CBN砂輪,干式磨削
1、引言
       隨著冷卻液供應成本的提高和對環(huán)保型加工工藝的要求，近年來，不少研究者對干式磨削進行了研究。但由于干式磨削工藝需要額外的設備且熱損傷對工件影響極大，從而導致干式磨削的經(jīng)濟效率低下，在實際工業(yè)生產(chǎn)中并無廣發(fā)應用。
       為實現(xiàn)高效無熱損傷的干式磨削，需要對碎屑形成進行優(yōu)化并使砂輪-工件之間的摩擦最小化。碎屑形成的優(yōu)化取決于工件材料、砂輪參數(shù)和磨粒粒度等因素。優(yōu)化的碎屑尺寸主要取決于有效磨粒數(shù)量。為實現(xiàn)有效磨粒數(shù)量的最小化，一種利用結(jié)構(gòu)化砂輪的工藝方法近年來得到了研究發(fā)展。該方法基于通過在砂輪表面修整出特殊結(jié)構(gòu)以此來縮小靜態(tài)切削刃。結(jié)構(gòu)化的接觸層就會產(chǎn)生較低的切削力、加工能耗和熱量。實驗結(jié)果證明，結(jié)構(gòu)化砂輪的干式磨削可以實現(xiàn)干式磨削工藝的優(yōu)化。
2、砂輪結(jié)構(gòu)的制備
       圖一為標準砂輪、結(jié)構(gòu)砂輪進行外圓切入干式磨削的實驗裝置示意圖。如圖所示的砂輪表面結(jié)構(gòu)是諸多結(jié)構(gòu)中的一種，通過砂輪的整形、修銳處理獲得。 
       通過設置修整動態(tài)參數(shù)，如修整器形狀、切割修正深度aed和修整進給fad等制備出所需砂輪表面。如圖二所示，步驟一為砂輪的光滑平整加工。
       將修整進給fad調(diào)整得比有效寬度bd大一點，就可以在平整后的光滑砂輪表面上加工出所需的結(jié)構(gòu)形狀，如圖二步驟二所示。在特殊修整中，加工參數(shù)fad-stru和aed-stru必須比aed和fad大。
3、實驗
       利用HG 204 S型號的外圓磨床進行實驗操作，評估結(jié)構(gòu)砂輪的使用對干式磨削效率的影響。將工件固定在旋轉(zhuǎn)測力計上，測力計裝配在工件主軸上。利用測力計測量三個正交力（Fx、Fy、Fz）和繞Z軸的扭矩（圖三）。利用Wave systemTM Hommel Tester T8000型號的表面粗糙度測量儀對工件的表面粗糙度進行測量。
       所用砂輪為陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，外徑400mm，寬度15mm。工件為軸承鋼（100Cr6，HRC62±2）。磨削工藝中的實驗參數(shù)如表一所示。
4、結(jié)果和討論
4.1 接觸面縮小的影響
       圖四為干式磨削工藝中比材料去除率Q’w=9mm3/mm·s時，全接觸面以及接觸面縮小了25%、50%和75%后對比磨削力的影響?？梢钥闯鼋佑|面的縮小導致比磨削力的降低，直接導致未切割碎屑厚度和切削用量的增大。圖四還表明使用結(jié)構(gòu)砂輪進行磨削時的磨削力受接觸面比例大小的影響。接觸面積縮小程度由75%降至25%時，比磨削力有3.8N/mm降至2.7N/mm；這是由于接觸面較大時較高的有效磨粒所致。
       圖五為比材料去除率Q’w=9mm3/mm·s時，接觸面縮小對表面粗糙度Ra，Rz的影響。和接觸面縮小的結(jié)構(gòu)化砂輪相比，全接觸面普通砂輪的表面粗糙度更好；這主要是由于利用結(jié)構(gòu)化砂輪進行磨削時，摩擦作用減少從而改變了表面粗糙度。也即是說，當接觸面縮小，切削作用部分增大時，碎屑厚度變得相對較高。因此，工件的表面粗糙度值也就增大。圖五可以看出，接觸面積縮小程度由75%降至25%時平均粗糙度高度Ra有0.67μm增大至2.76μm。
4.2 熱影響
       圖六為CBN砂輪的結(jié)構(gòu)化對磨削力的影響。和干式、濕式磨削中100%接觸面的砂輪磨削相比，25%接觸面的干式磨削工藝中的磨削力比較低，這是由于新的砂輪表面結(jié)構(gòu)中動態(tài)切削刃的數(shù)量減少所致。這提供了一種優(yōu)化碎屑形成方法。
       結(jié)構(gòu)化對磨削區(qū)所產(chǎn)生的熱量的影響可以由區(qū)域性磨削能E’’c求得，區(qū)域性磨削能是一種能量過程參數(shù)，它說明了單位面積上傳導入工件的能量流，可以作為工件熱損傷的一個參考指標。圖七中，和100%接觸面的干式、濕式磨削相比，在所有不同的比材料去除率條件下25%接觸面砂輪的區(qū)域性磨削能都比較低。
       圖八為干式、濕式磨削中接觸面縮小對熱損傷的影響程度。100%接觸面干式磨削出現(xiàn)了燒痕；25%接觸面的干式磨削和100%接觸面的濕式磨削則沒有出現(xiàn)燒痕。
4.3 表面質(zhì)量
       圖九展示了砂輪的結(jié)構(gòu)化是如何影響工件的表面粗糙度的。和100%接觸面的砂輪磨削相比，25%接觸面的砂輪磨削出的試樣的表面粗糙度值要大。這是由于使用結(jié)構(gòu)化砂輪后，動態(tài)切削刃的數(shù)量減少，碎屑厚度增大所致。通過無火花磨削可以降低工件的表面粗糙度；無火花磨削時間對表面粗糙度的影響如圖十所示。
5、結(jié)論
       磨削力和區(qū)域性磨削能隨砂輪接觸面的縮小而降低；和100%接觸面干式磨削相比，25%接觸面的干式磨削中的熱損傷所致的比材料去除率更高；結(jié)構(gòu)化砂輪磨削的工件，其表面粗糙度要比普通砂輪磨削出的高，但通過無火花磨削可以降低其表面粗糙度。（編譯：中國超硬材料網(wǎng)）