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平面磨床砂轮堵塞的形成机理

文章来源:  发布时间:2019-6-15  浏览次数:11
  嵌入型堵塞主要是磨屑机械地侵嵌在砂轮空隙里,其中磨屑与磨粒之间并无化学黏着作用发生。关于黏着型堵塞的形成过程是,首先在磨鹂和磨粒之闯产生化学黏合,然后磨屑之间在机械黏力和压力作用下相互熔焊,形成了黏着型堵塞。
  为什么磨屑与磨粒之间能产生化学黏合,这个问题比较复杂。不同磨料与不同的工件材料之间有不同的化学粘合机理。
  在平面磨床磨削碳钢时,当磨粒在金属表面上摩擦或磨削时,磨粒的磨损就开始,即磨粒的锋利边沿开始被磨去,这就在磨粒上形成若干个平面。该平面变得越来越大,甚至于作用在磨粒上的摩擦力大得足以引起砂轮表面砂粒脱落或断裂,从而露出新的磨削刃。这时砂轮的堵塞是磨屑嵌塞在空隙处而形成嵌入型堵塞。
  磨削钛合金时,磨属很快地黏附在磨粒的尖峰上。随着这种黏附物迅速发展、长大,使工作磨粒、结合剂以及空隙处的表面都被黏附物封包起来。这时磨削条件迅速恶化,磨削力和磨削热剧增,工件表面质量也明显恶化,当继续磨下去,磨削力大到一定程度时,粘着的磨屑与磨粒一起脱落,露出了新的磨粒,而黏附又在新的磨粒上开始。在这个过程中,磨粒的切削刃几乎没有什么磨损的痕迹就被磨屑封包住。在这种堵塞钝化的情况下,为使磨削进行下去,无论是修整砂轮,还是硬挤掉表层砂粒,都将加速砂轮的损耗。这就是钛合金磨削时磨削比低的原因。
  为了探索这种急尉黏附的机理以及磨粒与磨屑表面上的变化,将磨削钛合金的砂轮表面经酸洗清除掉磨屑后,在扫描电镜下观察分析。从观察中可以清晰地看到,清除磨粒黏附物后磨粒表面残留有明显化学反应的痕迹,虽然磨粒本身并没有磨平其峰部,但经过这种剧烈化学反应的磨粒,已完全丧失了切削性能。从砂粒的微观形貌来看:一是砂粒表面形成了新盼晶体,既不是磨屑,又不是砂粒本来的形貌;二是砂粒在新的晶体下面出现了许多皱折和磁死。
  对于这些残留物是何成分,用电子探针显微分析仪检测结果表明,它们是钛与氧、铝的复杂化合物,其中以钛和氧的化合物为主,也有一部分游离的铝。由此可见,在磨粒与磨屑之间发生了化学反应:
  3Ti+2A12 03—一3+ri02+4Al
  为了进一步证明这种化学亲和作用是造成黏着型堵塞的起始原因,曾用立方氮化硼砂轮对钛合金反复磨削试验,结果比用白刚玉砂轮的磨削比提高了几十倍。其主要原因是立方氮化硼磨料热稳定性好,与铁族元素的化学惰性大,不易与工件材料发生化学亲和作用,磨削碳钢时不发生这种化学反应,这是因为磨削普通碳钢时,被磨的碳钢在空气中与氧生成一层很薄的、能阻止碳钢与磨粒间产生化学亲和作用的氧化膜。曾有人做过这样的实验,将碳钢置于充有氮气保护的环境中进行磨削,这时由于失去了氧化膜的保护,结果立即发生了类似钛合金磨削的情况,磨削力增大25倍,砂轮堵塞严重,磨损剧增。应用俄歇电子能谱仪(AES)和X射线光电子能谱仪检测可知,钛合金磨削时,在磨削界面上是由Ti02和Ti203组成的氧化物。
  通过以上检测分析可知,平面磨床磨削钛合金时砂轮堵塞的机理主要有以下几点。
  ①铁合金在磨削过程中,由于磨削温度的作用,易生成Ti02和Ti202,这种氧化物硬度与刚玉砂轮基本相当,这种硬度一致的材料在高温、高压下易产生黏合现象。
  ②氧化物Ti202和刚玉A1203晶体结构相同,点阵参数相近,所以Alz03和Ti203之间有很好的亲和力。
  ③Ti元素化学活性大,易和碳、氮、氧生成化合物,这种化合物又易与刚玉形成一种钛酸铝的固溶体A1203·Ti202,使钛与刚玉有了较强结合,形成了新的化合物。
  ④钛的氧化物和刚玉的热膨胀率很接近,更提高了对刚玉黏附的可靠性。
  由于以上原因,使钛合金在平面磨床磨削时,砂粒与磨屑之间极易产生化学黏合现象,造成砂轮堵塞。当磨粒刃口被第一层化学黏附层包住后,大大减小了磨削能力。以后的磨削是在黏附的磨屑与待加工表面间的滑动和挤压过程中进行的,磨削力和摩擦热都剧增。这种高温、高压、高摩擦力的状态,促成了磨屑与磨屑之间的压焊过程,这种多个单元磨屑多次的相互压焊,形成了砂轮的堵塞。这就是黏着型堵塞的形成机理。


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