[实用新型]一种砂轮磨损及G比率的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及磨削加工领域的实验装置及其磨削温度和磨削力测量装置，具体的为一种砂轮磨损及G比率的测量装置。

背景技术

磨削加工实质上是一种由大量无规则的离散分布在砂轮工作面上的磨粒所完成的划擦、耕犁和切削作用的随机综合。借助砂轮表面的大量磨粒切削刃去除材料的一种加工方法，作为一种获得高精度、低粗糙的加工表面以及对高硬度表面进行精加工的工艺方法，在制造加工技术领域占有十分重要的地位。随着现代化制造技术的发展，磨削加工在切削加工中的比重越来越大，成为现代制造技术的关键。提高磨削加工效率、加工精度和减少砂轮磨损一直是磨削领域研究的重要内容。砂轮磨损机理一直是国内外致力于探讨的问题，其中砂轮磨损可分为磨耗磨损、破碎磨损和堵塞粘附，磨耗磨损时由砂粒和工件之间摩擦而引起的；破碎磨损是砂粒的破碎或结合剂的破碎，它取决于磨削力的大小和结合剂的强度。磨削过程中随着被磨材料体积的增加，砂轮磨损逐渐增大，对砂轮的磨损与金属材料磨除体积之间的关系，有关学者把砂轮的磨损过程分为三个磨损期，当砂轮修整之后，初期磨损阶段主要是磨粒的破碎和整体脱落，其原因是修整后的砂轮工作表面上磨粒受修整工具冲击而产生裂纹。在磨削力作用下，产生裂纹的磨粒会出现大块碎裂，而松动的磨粒则会整体脱落，表现曲线上升较陡。第二期磨损阶段，即正常磨损阶段，因在力的作用下，仍会有一些磨粒破碎，但主要是磨粒经历长时间的切削钝化，为磨耗磨损。由于该阶段磨粒切削刃较稳定的切削，使砂轮的磨损曲线变得比较平坦。第三期磨损阶段，由于磨粒切削刃进一步钝化，使作用在磨粒上的力急剧增大，导致磨粒产生大块碎裂、结合剂破碎及整个磨粒脱落。此时曲线上升很陡，砂轮不能正常工作。

所谓声发射现象是固体材料由于结构变化引起应变能的快速释放而产生的弹性波，简称AE。在外力作用下，材料中的缺陷或微观不均匀处于应力集中状态，这种状态是一种极不稳定的高能状态，必然要过渡到低能状态，如果这种过渡是在瞬间快速进行的，则多余能量的一部分将以弹忡波的形式放出，从而产生声发射现象，它可用固定在固体表面的AE传感器检测出来。磨削过程是一个很复杂的过程，磨削区具有相当高的变形率和摩擦磨损以及金属相变、冲击、砂粒的崩碎、切削液的冲击等现象，这些都是强裂的声发射源。Hunt W等学者研究了磨削过程中产生的各种声发射源，指出当砂轮与工件弹性接触、砂轮粘结剂破裂、砂轮磨粒崩碎、砂轮磨粒与工件摩擦、工件表面裂纹等均可发射出弹性波。这些因素和工件材料、磨削条件、砂轮表面的状态等因素都有着密切的关系；这些因素的改变必然会引起声发射信号的幅值、频谱等方面发生变化，这就使得我们可以通过检测声发射信号的变化来对磨削状态进行判别。影响磨削过程的因素特别多，如磨削过程中砂轮的磨损、对刀精度等，仅靠操作者来获得较好的磨削效果难度较大，迫切需要找到一种对磨削加丁进行在线监测的方法。1984年以来，声发射技术被引入磨削研究领域，利用它来监测磨削质量(主要包括磨削裂纹和磨削烧伤)、磨削过程(包括砂轮磨损、砂轮与工件接触等)以及砂轮参数的测定(砂轮修整质量参数和砂轮硬度等)，并取得了令了满意的效果。

磨削力是磨削过程中的重要物理量。磨削力来源于工件与砂轮接触后引起的弹性变形、塑性变形、切削形成以及磨粒和结合剂与工件表面之间的摩擦作用。磨削力与砂轮的耐用度、磨削表面粗糙度、G比率等均有直接关系。磨削过程中所切下的磨屑虽然很小，每颗磨粒上承受的磨削力也很小，但大量同时进行切削的细小磨粒上所受到的力的总和就可以产生较大的磨削力。当切出的磨削断面积愈大、数量愈多、被加工材料的强度愈大时，磨削力就愈大；而砂轮的工作表面愈锋利，则磨削力就愈小。磨削过程中的磨削温度测量也是十分必要的，因为磨削过程中磨削能较其他切削方法大很多倍，这些能量绝大部分转化为热能，而这些热能的分配与其他切削方式也有很大的不同，其中绝大部分约80％的磨削热传入工件(车削约3％～9％)，切屑带走约4％～8％，砂轮带走约10％～16％，另有少部分以传导和辐射形式散出。由于磨削速度高，热量来不及传入工件深处而瞬时集聚在很薄的表层，形成表层中极大的温度梯度。进入工件的热量将引起工件表层温度的显著升高，造成局部高温和过大的温度梯度，从而产生工件尺寸形状偏差，表面变质层，以及表面烧伤和裂纹等加工缺陷。磨削产生的高温对砂轮磨粒的切削性能也有很大的影响，会降低砂轮的使用寿命。