彈性砂輪在磨削加工鋁合金鏡面中的應(yīng)用

尹志宏 太原工業(yè)學(xué)院

一、彈性砂輪的磨削加工工藝原理

現(xiàn)階段，人們所使用的彈性砂輪大多是由多種混合磨料所制作而成的，其主要成分為聚氨酯基，是一種較為典型的高分子聚合物。相比于普通的陶瓷砂輪，聚氨酯彈性砂輪有著不同的加工原理，其在進(jìn)行磨削時(shí)，砂輪中的磨粒均是利用粘結(jié)劑在聚氨酯基體表面中進(jìn)行彈性固結(jié)的，這使得磨粒因粘結(jié)劑的作用而導(dǎo)致其無法在聚氨酯基體中進(jìn)行自由移動(dòng)，并且磨粒在移動(dòng)時(shí)還會(huì)受到來自于粘結(jié)劑的彈性約束作用，其在移動(dòng)過程中只會(huì)出現(xiàn)姿態(tài)與位移變化，并且大量磨粒受力時(shí)還會(huì)產(chǎn)生群體效應(yīng)。

二、試驗(yàn)條件及方法

在利用彈性砂輪來對(duì)鋁合金鏡面進(jìn)行磨削加工時(shí)，該鋁合金鏡面材料的強(qiáng)度中等，在塑性以及耐蝕性方面表現(xiàn)優(yōu)良，工件尺寸是20mm×15mm×50mm。在磨削加工之前，需要修整彈性砂輪，使其外圓跳動(dòng)能夠控制在0.02mm 以內(nèi)。在試驗(yàn)過程中，對(duì)折線走刀軌跡進(jìn)行設(shè)定，這樣可避免因砂輪的不均勻質(zhì)地而影響到鋁合金的磨削加工效果。本次試驗(yàn)應(yīng)用彈性砂輪來對(duì)15mm×50mm 的面進(jìn)行磨削加工，以15mm 作為切入磨削方向，并通過正交法對(duì)砂輪線速度、磨削深度、進(jìn)給速度的差異進(jìn)行記錄，考察這些磨削參數(shù)給鋁合金材料去除率以及表面磨削質(zhì)量所造成的影響。正交試驗(yàn)因素綜合表具體如下：

表1 正交試驗(yàn)因素綜合表

利用白光干涉儀來測量磨削加工后的鋁合金表面粗糙度，并通過電子天平來對(duì)鋁合金在不同磨削工藝參數(shù)組合下的質(zhì)量差進(jìn)行測量，然后通過無水乙醇以及無塵紙來對(duì)工件表面的切屑及切削液進(jìn)行清除后測量。

三、結(jié)果分析及討論

由表1 可知，彈性砂輪的磨料粒度越小，則鋁合金鏡面在經(jīng)過磨削后所產(chǎn)生的表面粗糙度就越低，并且其下降趨勢為先快后慢，原因在于砂輪的磨粒粒度較小時(shí)，會(huì)有更多的磨粒參與到鋁合金鏡面切削中，從而使磨粒在工件表面上所殘留的切削痕跡要更小，并且因砂輪修整精度限制，鋁合金工件的表面粗糙度的下降趨勢會(huì)逐漸放緩。而進(jìn)給速度增加時(shí)，則鋁合金鏡面在經(jīng)過磨削后產(chǎn)生的表面粗糙度會(huì)提高，進(jìn)給速度越快，會(huì)導(dǎo)致工件單位長度中參與磨削的磨粒數(shù)量大幅減少，并且縮短磨粒對(duì)工件表面的作用時(shí)間，提高增削深度，進(jìn)而使工件在磨削后其表面變得更加粗糙。當(dāng)提高彈性砂輪的轉(zhuǎn)速時(shí)，則會(huì)使鋁合金工件的表面粗糙度降低，因?yàn)樯拜嗈D(zhuǎn)速越快，則參與磨削的磨粒數(shù)量就越多，單顆磨粒對(duì)工件表面所造成的磨削深度就越小，進(jìn)而使工件在磨削后的表面變得更加平滑。當(dāng)提高切削深度時(shí)，則會(huì)使鋁合金工件的表面粗糙度提高，原因是切深提高會(huì)增加單顆磨粒的磨削厚度，使磨削溫度與磨削力也會(huì)隨之增加，工件所受到的徑向磨削力也會(huì)增加，迫使磨粒在壓力作用下被擠壓至基材中，使磨削厚度減小，工件表面變得更加粗糙。

在分析不同磨削參數(shù)對(duì)鋁合金工件的材料去除率影響時(shí)，當(dāng)磨料粒度減小時(shí)，會(huì)降低鋁合金在磨削加工中的材料去除率，原因在于磨粒粒度減小會(huì)減少磨粒切削刃，降低單顆磨粒在工件上的磨削厚度。當(dāng)進(jìn)給速度提高時(shí)，也會(huì)降低材料去除率，原因是進(jìn)給速度提高會(huì)降低單顆磨粒所受到的載荷，進(jìn)而減小鋁合金在磨削過程中的塑性變形，使磨削厚度得以減少。當(dāng)砂輪轉(zhuǎn)速提高時(shí)，會(huì)提高鋁合金工件的材料去除率，原因在于較高的轉(zhuǎn)速會(huì)增加參與磨削的磨粒數(shù)量，不過當(dāng)砂輪轉(zhuǎn)速過大，則會(huì)降低單顆磨粒的切削深度，從而影響到砂輪的自銳能力，使材料去除率降低。當(dāng)切削深度增加時(shí)，會(huì)提高材料去除率，其原因在于切削深度的增加會(huì)使彈性砂輪在應(yīng)用過程中出現(xiàn)更大的塑性變形，進(jìn)而提高參與切削的磨粒數(shù)量，使材料去除率提高。通過正交極差可以確定磨料粒度以及切削深度分別會(huì)對(duì)鋁合金鏡面的表面粗糙度與材料去除率產(chǎn)生最為明顯的影響，而進(jìn)給速度對(duì)兩者的影響程度則最小。通過對(duì)綜合影響率最大的切削參數(shù)進(jìn)行取值，形成最佳的磨削工藝參數(shù)組合，可以確定彈性砂輪的最佳磨削工藝參數(shù)為600#的磨料粒度、2000r/min 的砂輪轉(zhuǎn)速、20mm/min 的進(jìn)給速度以及0.04mm 的切削深度。

四、結(jié)語

本文針對(duì)鋁合金金屬外殼在磨削加工過程中存在拋光效果不理想的問題，分析了彈性砂輪在應(yīng)用過程中不同磨削參數(shù)對(duì)鋁合金表面粗糙度與材料去除率所造成的影響，明確了不同磨削參數(shù)的影響程度，并確定了最佳的磨削工藝參數(shù)組合，從而有效提高了鋁合金的磨削加工質(zhì)量，有效避免了因磨削工藝參數(shù)不合理而產(chǎn)生的工件劃傷、碰傷、塑性粘附等問題。