砂輪作為機械加工中不可或缺的工具，其性能與狀態對加工效率與品質有著巨大影響。
在研磨過程中，砂輪的結構、磨粒特性、研磨型態以及所產生的磨屑形狀皆會隨加工條件而變化，進而影響切削效果和工件表面光潔度。
本篇深入探討砂輪的各項特性與研磨過程中的動態變化，不僅有助於了解研磨現象的本質，更為加工參數與提升加工品質提供了理論依據。本文將對砂輪的構造、磨粒作用機理、研磨狀態以及磨屑形態進行分析
目錄
砂輪的結構
砂輪:砂輪的外型主要以圓形為主，通常設計為帶有內孔以便於安裝在研磨機上。除了標準的圓形，砂輪還有多種形狀，例如扁平形、杯形和碟形等。
- 扁平形砂輪適合進行大面積的平面研磨。
- 杯形砂輪常用於內部或特殊形狀的加工。
- 尖形砂輪則專為精細工件設計，能夠進入狹窄的空間進行研磨。
磨粒:於研磨作業中，砂輪表面上的各磨粒以銳利的切刃從工件削出微小的細屑。磨粒的形狀各異，可能是尖銳的、平坦的或其他形狀。
磨粒特性
切削能力：磨粒的鋒利程度直接影響其切削能力，鋒利的磨粒能更有效地削除工件材料。
斜角與負斜角：磨粒的斜角影響切削過程中的切削力和切屑的流動，具有負斜角的磨粒可以減少切削阻力。
粒度：磨粒的粒度大小會影響工件表面的光潔度，較細的磨粒通常能達到更好的光潔度。
磨粒在工件上的四種作用型態
通常磨粒切刃的切入量為1um或更小，刀刃即使接觸切削，也未必會排出磨屑，依存於切刃形狀、切入量的大小、工件的性質、切削速度，主要分為四種切削型態(1)摩擦(2)塑性變形(3)掘起(4)切削
1. 摩擦
特徵：磨粒與工件表面之間的接觸主要以摩擦為主，磨屑的排出非常有限。
影響因素：切入量小、切削速度低時，摩擦型態較為明顯。
2. 塑性變形
特徵：工件材料在磨粒的作用下發生塑性變形，未必有明顯的磨屑產生。
影響因素：材料的硬度和韌性會影響塑性變形的程度。
3. 掘起
特徵：磨粒在切削過程中，工件材料被掘起形成小片狀的磨屑。
影響因素：切入量適中時，掘起型態會更為明顯，且與磨粒的形狀有關。
4. 切削
特徵：磨粒以鋒利的切刃直接切削工件材料，產生明顯的磨屑。
影響因素：切入量大、切削速度高時，切削型態為主，能有效去除材料。
砂輪常出現的四種狀態
研磨現象即使研磨條件一定，在時間上也不保持一定型態，砂輪上的切刃依作用於它的熱性、機械性負荷而隨之變化，磨屑的排出狀態隨之變化，此變化的型態可分為四種1.脫落型2.正常形3.填塞形4.平滑形
1. 脫落型
在脫落型研磨作業中，當磨料的切刃磨滅時，研磨阻力會增大，導致磨料大量脫落。這種情況下，磨料粒子之間的間隔增大，砂輪表面呈現粗糙狀態。
- 磨屑形狀：在脫落型中，磨屑的形狀可能呈現流動性或剪斷狀態，影響加工結果。
- 研磨阻力增大：隨著磨料的磨損，切削效率降低，導致研磨阻力上升。
- 磨料大量脫落：磨料在切削過程中因磨損而脫落，影響整體加工性能。
- 磨料粒子間格增大：磨料之間的間隙變大，使砂輪表面呈現粗糙狀態。
- 砂輪面粗糙：磨料的磨損導致砂輪表面不平整，增加了加工的難度。
- 加工精度差：只依賴特定的切入量無法實現理想的加工精度。
- 加工面粗糙度大：由於磨料的磨損和砂輪表面的粗糙，最終加工面會較為粗糙。
2. 正常型
在進行研磨時，當磨料的切刃鈍化，會導致研磨阻力增大。此時，磨料會劈開，顯現出新的切刃，這樣可以恢復原本的切削力，維持理想的研磨效果。
- 研磨阻力：雖然研磨阻力大於脫落型，但仍低於其他研磨方式。
- 粒子間隔小：磨料粒子緊密排列，有助於提高切削效率。
- 磨屑形狀：磨屑不黏著，通常為流動型或剪斷型。
- 砂輪耗損：砂輪的耗損少於脫落型，延長使用壽命。
- 加工圖面滑順：提供良好的表面品質。
- 加工精度高：能夠達到較高的加工精度。
3. 填塞型
在填塞型研磨中，磨屑會黏附在砂輪表面，這會妨礙其他研磨作業的進行。磨屑的形狀通常為撕裂形或熔融形，這些磨屑可能會構成刃尖，進一步影響切削效果。
- 磨屑黏著：磨屑附著於砂輪表面，影響研磨效率。
- 磨屑形狀：常見撕裂形和熔融形，降低切削性能。
- 研磨阻力大：增加了研磨過程中的阻力，容易引起震動。
- 加工面品質：加工面可能出現撕裂或顫紋，影響表面光滑度。
- 砂輪耗損：砂輪的耗損程度比正常型更大，降低了其使用壽命。
小知識-顫紋:是指在加工或研磨過程中，工件表面出現的微小波紋或凹凸不平的現象。這種現象通常會影響最終產品的表面品質，並可能導致不合格的產品。
4. 平滑型
在平滑形研磨中，磨料鈍化至失去研磨能力的狀態，導致磨料表面變得圓滑，整個砂輪被包覆，這對研磨效果造成了負面影響。
- 磨屑形狀：磨屑多為撕裂形或熔融形，進一步影響加工品質。
- 磨料鈍化：磨料失去切削能力，表現為圓角狀態。
- 全面包覆：整個砂輪表面均被平滑的磨料包覆。
- 切削力差：由於磨料鈍化，切削力大幅下降。
- 研磨阻力大：研磨過程中的阻力增加，影響效率。
- 發熱多：因為研磨阻力增大，產生的熱量也隨之增加。
- 顫紋與燒焦：加工過程中常見顫紋或表面燒焦現象。
造成砂輪形態的原因
就砂輪而言，研磨形態因粒度、組織、結合度、磨料種類等而變化。
1. 填塞形發生條件：
- 粒度越細。
- 結合度越硬。
- 組織越密。
- 碳化矽系磨料（劈開性大）。
- 切入量、進給量、工件速度增加。
- 砂輪轉速減少。
2. 平滑形發生條件：
- 粒度越細。
- 結合度越硬。
- 組織越密。
- 碳化矽系磨料（劈開性大）。
3. 脫落形發生條件：
- 切入量、進給量、工件速度增加。
- 砂輪轉速減少。
研磨所產生的廢屑形狀
1.流動形：磨屑呈紐帶狀，主要發生於砂輪切削力良好的情況下。
2.剪斷形：磨屑因切削力良好而產生，通常出現在研磨脆性材料時。
3.撕裂形：磨屑呈粉末狀，出現在砂輪切削力不足的場合。
4.構成刃尖形：磨屑因黏著堆積在砂輪表面形成類似刃尖的結構，常見於填塞形砂輪的情況下。
5.熔融形：粉末狀磨屑過熱飛散並熔融成球狀或半球狀，多發生於研磨切斷或使用填塞形、平滑形砂輪的場合。
結論
綜合砂輪的結構、磨粒特性、研磨型態及所產生的磨屑形狀，研磨過程中的各項條件如:粒度、結合度、組織密度、磨料種類及研磨參數對加工結果有著關鍵影響。
適當的參數設定能夠確保砂輪保持理想狀態，以達到高效切削與良好表面品質；相反，若參數不當，則可能導致填塞形或平滑形等不良狀態，影響加工效率與產品質量。
為獲得最佳加工效果，需根據不同材料特性及加工需求靈活調整相關參數，同時密切觀察砂輪及磨屑的形態變化，進行必要的修整或更換，以維持穩定且高效的研磨過程。
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