砂轮作为机械加工中不可或缺的工具，其性能与状态对加工效率与品质有着巨大影响。
在研磨过程中，砂轮的结构、磨粒特性、研磨型态以及所产生的磨屑形状皆会随加工条件而变化，进而影响切削效果和工件表面光洁度。
本篇深入探讨砂轮的各项特性与研磨过程中的动态变化，不仅有助于了解研磨现象的本质，更为加工参数与提升加工品质提供了理论依据。本文将对砂轮的构造、磨粒作用机理、研磨状态以及磨屑形态进行分析
目录
砂轮的结构
砂轮:砂轮的外型主要以圆形为主，通常设计为带有内孔以便于安装在研磨机上。除了标准的圆形，砂轮还有多种形状，例如扁平形、杯形和碟形等。
- 扁平形砂轮适合进行大面积的平面研磨。
- 杯形砂轮常用于内部或特殊形状的加工。
- 尖形砂轮则专为精细工件设计，能够进入狭窄的空间进行研磨。
磨粒:于研磨作业中，砂轮表面上的各磨粒以锐利的切刃从工件削出微小的细屑。磨粒的形状各异，可能是尖锐的、平坦的或其他形状。
磨粒特性
切削能力：磨粒的锋利程度直接影响其切削能力，锋利的磨粒能更有效地削除工件材料。
斜角与负斜角：磨粒的斜角影响切削过程中的切削力和切屑的流动，具有负斜角的磨粒可以减少切削阻力。
粒度：磨粒的粒度大小会影响工件表面的光洁度，较细的磨粒通常能达到更好的光洁度。
磨粒在工件上的四种作用型态
通常磨粒切刃的切入量为1um或更小，刀刃即使接触切削，也未必会排出磨屑，依存于切刃形状、切入量的大小、工件的性质、切削速度，主要分为四种切削型态(1)摩擦(2)塑性变形(3)掘起(4)切削
1. 摩擦
特征：磨粒与工件表面之间的接触主要以摩擦为主，磨屑的排出非常有限。
影响因素：切入量小、切削速度低时，摩擦型态较为明显。
2. 塑性变形
特征：工件材料在磨粒的作用下发生塑性变形，未必有明显的磨屑产生。
影响因素：材料的硬度和韧性会影响塑性变形的程度。
3. 掘起
特征：磨粒在切削过程中，工件材料被掘起形成小片状的磨屑。
影响因素：切入量适中时，掘起型态会更为明显，且与磨粒的形状有关。
4. 切削
特征：磨粒以锋利的切刃直接切削工件材料，产生明显的磨屑。
影响因素：切入量大、切削速度高时，切削型态为主，能有效去除材料。
砂轮常出现的四种状态
研磨现象即使研磨条件一定，在时间上也不保持一定型态，砂轮上的切刃依作用于它的热性、机械性负荷而随之变化，磨屑的排出状态随之变化，此变化的型态可分为四种1.脱落型2.正常形3.填塞形4.平滑形
1. 脱落型
在脱落型研磨作业中，当磨料的切刃磨灭时，研磨阻力会增大，导致磨料大量脱落。这种情况下，磨料粒子之间的间隔增大，砂轮表面呈现粗糙状态。
- 磨屑形状：在脱落型中，磨屑的形状可能呈现流动性或剪断状态，影响加工结果。
- 研磨阻力增大：随着磨料的磨损，切削效率降低，导致研磨阻力上升。
- 磨料大量脱落：磨料在切削过程中因磨损而脱落，影响整体加工性能。
- 磨料粒子间格增大：磨料之间的间隙变大，使砂轮表面呈现粗糙状态。
- 砂轮面粗糙：磨料的磨损导致砂轮表面不平整，增加了加工的难度。
- 加工精度差：只依赖特定的切入量无法实现理想的加工精度。
- 加工面粗糙度大：由于磨料的磨损和砂轮表面的粗糙，最终加工面会较为粗糙。
2. 正常型
在进行研磨时，当磨料的切刃钝化，会导致研磨阻力增大。此时，磨料会劈开，显现出新的切刃，这样可以恢复原本的切削力，维持理想的研磨效果。
- 研磨阻力：虽然研磨阻力大于脱落型，但仍低于其他研磨方式。
- 粒子间隔小：磨料粒子紧密排列，有助于提高切削效率。
- 磨屑形状：磨屑不黏着，通常为流动型或剪断型。
- 砂轮耗损：砂轮的耗损少于脱落型，延长使用寿命。
- 加工图面滑顺：提供良好的表面品质。
- 加工精度高：能够达到较高的加工精度。
3. 填塞型
在填塞型研磨中，磨屑会黏附在砂轮表面，这会妨碍其他研磨作业的进行。磨屑的形状通常为撕裂形或熔融形，这些磨屑可能会构成刃尖，进一步影响切削效果。
- 磨屑黏着：磨屑附着于砂轮表面，影响研磨效率。
- 磨屑形状：常见撕裂形和熔融形，降低切削性能。
- 研磨阻力大：增加了研磨过程中的阻力，容易引起震动。
- 加工面品质：加工面可能出现撕裂或颤纹，影响表面光滑度。
- 砂轮耗损：砂轮的耗损程度比正常型更大，降低了其使用寿命。
小知识-颤纹:是指在加工或研磨过程中，工件表面出现的微小波纹或凹凸不平的现象。这种现象通常会影响最终产品的表面品质，并可能导致不合格的产品。
4. 平滑型
在平滑形研磨中，磨料钝化至失去研磨能力的状态，导致磨料表面变得圆滑，整个砂轮被包覆，这对研磨效果造成了负面影响。
- 磨屑形状：磨屑多为撕裂形或熔融形，进一步影响加工品质。
- 磨料钝化：磨料失去切削能力，表现为圆角状态。
- 全面包覆：整个砂轮表面均被平滑的磨料包覆。
- 切削力差：由于磨料钝化，切削力大幅下降。
- 研磨阻力大：研磨过程中的阻力增加，影响效率。
- 发热多：因为研磨阻力增大，产生的热量也随之增加。
- 颤纹与烧焦：加工过程中常见颤纹或表面烧焦现象。
造成砂轮形态的原因
就砂轮而言，研磨形态因粒度、组织、结合度、磨料种类等而变化。
1. 填塞形发生条件：
- 粒度越细。
- 结合度越硬。
- 组织越密。
- 碳化矽系磨料（劈开性大）。
- 切入量、进给量、工件速度增加。
- 砂轮转速减少。
2. 平滑形发生条件：
- 粒度越细。
- 结合度越硬。
- 组织越密。
- 碳化矽系磨料（劈开性大）。
3. 脱落形发生条件：
- 切入量、进给量、工件速度增加。
- 砂轮转速减少。
研磨所产生的废屑形状
1.流动形：磨屑呈纽带状，主要发生于砂轮切削力良好的情况下。
2.剪断形：磨屑因切削力良好而产生，通常出现在研磨脆性材料时。
3.撕裂形：磨屑呈粉末状，出现在砂轮切削力不足的场合。
4.构成刃尖形：磨屑因黏着堆积在砂轮表面形成类似刃尖的结构，常见于填塞形砂轮的情况下。
5.熔融形：粉末状磨屑过热飞散并熔融成球状或半球状，多发生于研磨切断或使用填塞形、平滑形砂轮的场合。
结论
综合砂轮的结构、磨粒特性、研磨型态及所产生的磨屑形状，研磨过程中的各项条件如:粒度、结合度、组织密度、磨料种类及研磨参数对加工结果有着关键影响。
适当的参数设定能够确保砂轮保持理想状态，以达到高效切削与良好表面品质；相反，若参数不当，则可能导致填塞形或平滑形等不良状态，影响加工效率与产品质量。
为获得最佳加工效果，需根据不同材料特性及加工需求灵活调整相关参数，同时密切观察砂轮及磨屑的形态变化，进行必要的修整或更换，以维持稳定且高效的研磨过程。
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