1.2 磨削过程分析

1.2.1 磨粒切削刃的磨削模型

磨粒切削刃的磨削模型如图1-9所示，它经历了滑擦（弹性变形）、耕犁（塑性变形）及切削（形成切屑，沿磨粒前面流出）的过程，使工件表面形成热应力与变形应力。磨粒在切削表面上的滑擦、耕犁和切削与磨粒状况和被加工材料性质有关。

图1-9 磨粒切削刃的磨削模型

磨粒在切削表面上形成滑擦、耕犁和切削这三个过程与砂轮速度也有关，砂轮速度越大，弹塑性区就越小。弹塑性区还与每颗磨粒的实际磨削量有关。磨削过程中，由于磨粒是由结合剂弹性支持的，在磨削力的作用下会发生退让，使砂轮与工件的实际接触曲线不同于理论接触曲线。另外，磨削后的工件表面还会发生弹性恢复，使最终形成的表面生成曲线也不同于实际的接触曲线，这些均影响磨粒磨削时的弹塑性接触区，如图1-10所示。

图1-10 磨粒的弹性退让与弹塑性接触区

R.S.Hahn和R.P.Lindsay通过试验得出了单位宽度法向磨削力F′n（F′n=Fn/b，b为磨削宽度）与磨削深度 ap（切入进给量 fr）间的关系，如图1-11所示，该图进一步阐明了磨削过程的滑擦、耕犁和切削三个阶段。当单位宽度法向磨削力 F′n<0.6kN/m时，只产生滑擦，并不切除金属；当 F′n=0.6～2.6kN/m时，起耕犁作用，使工件材料向磨粒两旁隆起，如图1-9所示；而当 F′n>2.6kN/m时，开始形成切屑，砂轮以高的金属切除率切削。磨料与工件材料改变，临界单位宽度法向磨削力也将随之改变。

图1-11 单位宽度法向磨削力F′n与磨削深度ap的关系

（内圆磨、横磨、平面磨中碳铬钼钢，HRC53～55，de=53.09mm，WA80M8V，vs=39m/s，vw=2.74m/s)

研究结果表明，三个磨削阶段与磨削时的切削厚度的大小有关。磨粒的切削厚度在临界切削厚度 agmin以下时，磨粒只在工件表面上滑擦，不形成切屑。临界切削厚度 agmin是能够产生切削作用的最小切入量，它与磨削速度、工件材料及磨刃状况等有关，而与磨料种类无关，临界切削厚度agmin如表1-2所示。

表1-2 磨粒的临界切削厚度agmin

由表1-2可见，材料韧性越大，agmin越大，表征材料生成切屑能力的k值越大。显然，k 值越小越好。磨削速度增高，k 值减小，也就是说，即使磨粒尖端圆弧半径ρg值较大的钝磨粒也能在高速下生成切屑。