金属结合剂金刚石多孔砂轮磨削温度的实验研究 - 图文-

1、2008年2月总第163期第1期金刚石与磨料磨具工程D iamond&Abrasives EngineeringFeb.2008Serial.163No.1文章编号:1006-852X(200801-0022-05金属结合剂金刚石多孔砂轮磨削温度的实验研究3王少武戴秋莲(华侨大学石材加工研究重点实验室,福建泉州362021摘要制备了不同孔隙率的金属结合剂细粒度和微粉金刚石多孔砂轮并进行了不同材质石材的磨削性能实验。采用热电偶测温法,研究了不同孔隙率、不同磨粒粒度的金属结合剂金刚石多孔砂轮对两种不同工件材料的磨削温度特性。实验结果表明,不同孔隙率、不同磨粒粒度的金属结合剂金刚石砂轮的磨削

2、温度均随着转速及切深的增加而增加;细粒度的金属结合剂金刚石砂轮随着孔隙率的增大,磨削温度降低;而微粉金属结合剂金刚石砂轮则表现出和细粒度金属结合剂金刚石砂轮不同的特性,即孔隙率达到一定值时,随着孔隙率继续增大,磨削温度反而升高;同一孔隙率金属结合剂金刚石砂轮,细粒度金刚石砂轮的磨削温度要低于微粉金刚石砂轮的磨削温度。关键词孔隙率;金属结合剂;金刚石砂轮;磨削温度;细粒度;微粉中图分类号T Q164文献标识码AExper im en t a l study on gr i n d i n g tem pera ture of porous m et a l bondedd i a m ond g

3、r i n d i n g wheelsW ang ShaowuDai Q iulian(P rovincial Key R esearch L ab for S tone M ach ining,Huaqiao U niversity,Q uanzhou362021,Fu jian,Ch inaAbstractI n this paper,metal2bonded dia mond wheels of different sized abrasive grain with different por osity were fabricated.Grinding experi m ents w

4、ith these wheels on t w o kinds of granite were carried out under different grinding conditi ons.Grinding te mperatures were measured with ther mocoup le.Experi m ental results revealed that the grinding te mperature of metal2bonded dia mond wheels of different sized abrasive grain with different po

5、r osity increased both with the r otating s peed and the dep th of cut of grinding wheels.The grinding te mperatures of fine grain dia mond grinding wheel decreased with the increase of its por osity.However,the relati onshi p bet w een the grinding te mperatures of ultra fine grain dia mond grindin

6、g wheel and its por osity differs fr om that of fine grain wheel.Its grinding te mperature decreased first with the increase of its por osity t o a certain amount and then increased with the further increase of its por osity.W ith the sa me por osity,the grinding te mperature of metal2bonded fine gr

7、ain dia mond grinding wheels was l ower than that of ultra fine grain dia mond wheel.Keywordspor osity;metal2bond;diamond grinding wheel;grinding te mperature;fine grain;ultra fine grain.0引言传统的金属结合剂砂轮均属于致密烧结型,此种砂轮由于容屑、排屑空间小,加上金属的塑性,在工作时容易发生堵塞而导致工件表面烧伤,从而制约了金属结合剂砂轮的广泛应用。为了克服金属结合剂砂轮容易堵塞的缺点,相继出现了电镀和单层钎

8、焊金刚石砂轮1。这两种砂轮允许的线速度很高,目前国外电镀砂轮的工作速度已高达250m/s300m/s,钎焊砂轮的最高速度可达500m/s。而且从容屑、排屑上得到了很大改善,但是由于只有单层磨料,寿命不高。为了使金属结合剂砂轮在保持原有优异特性的前提下,具备较好的容屑、排屑空间,乌克兰和日本的一些学者做了相关的研究工作,开发出多孔隙烧结型砂轮2,3。通过实验证实该种砂轮具有如下优点4:(1砂轮锋3福建省自然科学基金资助项目(E0410020第1期王少武等:金属结合剂金刚石多孔砂轮磨削温度的实验研究利,易于从工件上去除材料;(2相对于致密金属结合剂砂轮,易于整形和修锐,自锐能力较强;(3磨削温度低

9、;(4由于砂轮工作面与工件接触面积减少而使磨削力降低。然而,国外开发的多孔金属结合剂金刚石砂轮是采用真空烧结5、通电烧结2和热等静压6等方法烧结而成的,其工艺过程复杂、成本高,不便于在实际生产中得到广泛应用。资料指出7,采用普通热压烧结法,通过选用合适的造孔剂并调节造孔剂的添加量,可以制备不同孔隙率的金属结合剂金刚石砂轮。目前国内对金属结合剂金刚石多孔砂轮的磨削温度的实验研究还未见相关的报道,而磨削温度是影响砂轮磨削性能和被磨工件表面质量的重要因素。本文采用普通热压烧结法,通过选用合适的造孔剂并调节造孔剂的添加量制备了不同孔隙率、不同磨粒粒度的金属结合剂金刚石多孔砂轮,测定不同磨粒粒度、不同孔

10、隙率的金属结合剂金刚石多孔砂轮在不同磨削条件下磨削两种不同工件材料的磨削温度,并对这些砂轮的磨削温度特征进行分析比较。1实验内容及方法磨削温度测量采用磨丝工艺热电偶夹丝测温法,图1为测温实验装置示意图,图2为人工热电偶夹丝示意图。镍铬、镍硅热电偶的单丝直径约为0.4mm,被磨后的热电偶丝截面最大厚度约为0.08mm,两丝之间的云母片厚度约为0.01mm,热电偶丝的输出连接到DE W E2010动态信号采集系统,检测系统量程选择-0.1V0.1V,采样频率为1kHz,磨削区的温度以微电压的形式被采集到系统中。图1测温实验装置示意图实验用了两种不同粒度的金刚石,其中的砂轮、和是粒度为230/270

11、目的金刚石砂轮,称为细粒度金属结合剂金刚石砂轮,而砂轮、和是粒度为W10的金刚石,称为微粉金属结合剂金刚石砂轮。实验条件详见表1。图2人工热电偶夹丝示意图表1磨削实验条件参数实验条件整形、修锐装置用钎焊的金刚石铁块整形,粒度50/60、70/80,氧化铝砂轮修锐修整参数砂轮转速600r/m in,工作台往复速度7.2m/s工件花岗岩G603和枫叶红:长×宽×高30×20×20金刚石砂轮直径120mm,宽度10mm,粒度230/270、W10,金属结合剂,金刚石浓度100%砂轮转速1000r/m in、1400r/m in、1800r/m in、2000r

12、/m in、2200r/m in、2400r/m in磨削深度1m、2m、3m、4m、5m、8m、10m磨削方式往返一次,干磨砂轮孔隙率(24%,230/270、(38%,230/270、(46%,230/270、(24%,W10、(38%,W10、(46%,W10磨床型号日本M I TS U I精密磨床(型号:MSG-250HMD2实验结果及分析本文平面磨削的弧区热源模型采用三角形热源模型,三角形分布热源理论解析式为8(x,z=2qmvX+LX-L(1+XL-uLK(u2+z2du(1其中:u=(x-xv2;X=vx2;Z=vz2;L=vl2式中,qm为热源强度;为传入到工件的热量比例;K为

13、零阶二类修正贝塞尔函数;v为热源运动速度;l为磨削弧长;b为磨削弧区宽度;为热导率;为热扩散率。利用DE W E2010动态信号采集系统得到磨削弧区的电压值,通过镍铬镍硅热电偶(K型分度表将电压值转化为温度值,再利用上面的三角热源理论解析式拟合出一条与原曲线近似的拟合曲线,通过温度32 金刚石与磨料磨具工程总第163期的拟合曲线图可以得到磨削温度值。2.1不同孔隙率砂轮磨削不同材料的磨削温度变化从图3图6可以看出,孔隙率均为24%的细粒度金刚石多孔砂轮和微粉金刚石多孔砂轮磨削G603和枫叶红时,它们的磨削温度都是随着切深的增大和砂轮转速的提高而不断升高。对孔隙率分别为38%、46%的细粒度金刚

14、石多孔砂轮、及微粉金刚石多孔砂轮和进行磨削实验,也得到与砂轮、相类似结果。这是由于随着切深的增大,磨削体积相应增加,单颗磨粒切削厚度增大,故其所需要消耗的磨削能量也随之增加,使得温度上升。同样地,随着砂轮转速的增加,单位时间内工作的磨粒数增多,磨削厚度变薄,切屑变形能增大,同时产生滑檫和耕犁的磨粒数增多,摩擦加剧,比磨削能增大,因而导致磨削温度升高。上述实验结果表明不同孔隙率砂轮的磨削温度随磨削参数的变化规律和以往人们所得出的致密型砂轮的磨削温度随磨削参数的变化规律是一致的。2.2不同孔隙率砂轮磨削不同材料的磨削温度比较42 第1期王少武等:金属结合剂金刚石多孔砂轮磨削温度的实验研究图10n

15、=1800r/m in 时,不同孔隙率微粉砂轮磨削枫叶红温度的比较从图7和图8可以看出,对于细粒度的砂轮来说,相同磨削条件下,孔隙率为24%的砂轮磨削温度最高,38%的砂轮次之,的砂轮温度最低,即随着孔隙率的增加,砂轮的磨削温度降低,最高和最低相差可达20。这是由于随着孔隙率的增加,砂轮的容屑、排屑空间加大,因此磨削温度降低。而从图9和图10微粉砂轮的实验结果可以看出,46%的微粉砂轮温度最高,24%的砂轮次之,38%的砂轮温度最低。在其它砂轮转速条件下也得到类似的实验结果,说明微粉金刚石多孔砂轮存在一个最优孔隙率值(38%。出现这种结果的原因可能是因为微粉砂轮的磨粒出刃高度很小,孔隙的尺寸也

16、小,当孔隙率在一定范围时,孔隙的存在能增加砂轮的容屑、排屑空间,并使砂轮易于散热和冷却,因此磨削温度会有所降低。但当孔隙率超过一定值时,由于大量的孔隙减少了其金属结合桥的体积,降低了结合桥的强度及其对磨粒的机械把持能力,导致了金刚石磨粒的脱落,使得参与磨削的金刚石磨粒数减少,消耗的磨削能量增加,此时因为能量消耗的增加所带来的磨削温度的增加大于孔隙结构所能带来的降低温度的作用,因此,太高的孔隙率反而使微粉金刚石多孔砂轮的磨削温度升高。2.3同一孔隙率不同粒度砂轮磨削不同材料的磨削温度比较图11A p =2m 时,24%孔隙率的砂轮和磨削G603磨削温度的比较52金刚石与磨料磨具工程总第163期 从图13图16可以看出,在同样的磨削条件下,相同孔隙率的细粒度砂轮的磨削温度要小于微粉砂轮的磨削温度,而且两者之间的磨削温度的差值较大。这是由于同样的孔隙率,细粒度砂轮的金刚石出露高度要比微粉砂轮的金刚石出露高度高,磨削时细粒度砂轮的磨削力会小于微粉砂轮,所需消耗的磨削能量较小,因此磨削温度比较低。还因为细粒度砂轮的孔隙尺寸较大,对增加砂轮的容屑,排屑空间,提高砂轮的散热和冷却效果更大,因此细粒度金刚石多孔砂轮的磨削温度低于微粉金刚石多孔砂轮的磨削温度。2.4同一砂轮磨削不同材料磨削温度的比较 从图17图22可以看出,不同孔隙率的细粒度砂轮磨