磨削原理
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1.5.2 弹性变形对砂轮与工件接触长度的影响

砂轮与工件的实际接触长度要比几何分析的接触长度(理论接触长度)大得多。真实接触长度的长短取决于动态参数,如砂轮速度 vs与工件速度 vw之比 q、磨削深度 ap等,这些参数均会使磨削过程中的磨削力发生变化,导致砂轮的弹性变形,使实际接触长度比理论接触长度增长。实际接触长度约为理论接触长度的1.3~2.3倍。

R.S.Hahn把砂轮视做弹性体。如图1-27所示,磨削过程中,在法向磨削力 Fn的作用下,会产生砂轮与工件的位移 eδ′及磨粒与工件的接触位移 eδ′′,两者之和为 eδ,即

图1-27 由于弹性变形而造成的实际接触区

图中 AB 弧为精磨工件表面,CD 弧为前次的磨削加工表面,连接 CB 两点即形成工件加工表面。所形成的砂轮与工件的接触区为ABCAEA,接触长度lsrXAXB之和,即

lsr=XA+XB

如图1-27所示情况下,接触区长度为

砂轮、磨粒与工件的接触位移δe可利用弹性接触模型求得。如图1-28所示为磨削加工的接触模型,其中图1-28(a)是不考虑切深的接触模型,这种模型适用于砂轮富有弹性的情况下;图1-28(b)则考虑了切深的影响及磨粒切削刃的存在。

图1-28 磨削加工的接触模型

砂轮与工件的接触位移δe可按不考虑切深的接触模型求得,即

式中 Fn—— 法向磨削力;

b —— 磨削宽度;

νwνs—— 圆柱形工件和圆柱形砂轮的泊松比;

EwEs—— 圆柱形工件和圆柱形砂轮的弹性模量;

l —— 两圆柱体在单位宽度负荷Fn/b作用下的接触长度,可按圆柱体接触机理计算,即

磨粒切削刃与工件的接触位移δe可按考虑切深的接触模型求得。若把磨粒视做半径为rg的弹性球体,即

式中 νg —— 把磨粒视做弹性球的泊松比;

Eg —— 把磨粒视做弹性球的弹性模量;

Fg —— 作用在磨粒上的磨削力。

若把磨粒视做半径为r的圆柱冲头,可计算为

若把磨粒视做边长为c的正方刚性冲头,则可计算为

如图1-28所示情况下,砂轮与工件的接触区长度为

式中,“+”号用于外圆磨削;“-”号用于内圆磨削。

由于砂轮当量直径可写成

所以,可将式(1-79)代入式(1-78),得

J.Verker根据试验分析把砂轮与工件的实际接触长度 lsr 表示为砂轮速度与工件速度比vs/vw、磨削深度ap和砂轮当量直径de的函数关系,即