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作者：上海市机电产品质量检测中心 赵纪明 邓协和


砂轮属于工具范畴，被比喻为“工业的牙齿”，广泛应用于各个行业。

从总体上来讲，近几年砂轮产品抽查的合格率仍属偏低（见表1），存在种种不容忽视的问题，有些问题已严重威胁到人身财产的安全。
表1 近6年砂轮产品质量抽查平均合格率及最低合格率
产品名称 平均合格率% 最低合格率%
纤维增强树脂薄片砂轮 59.7 36.4
钹形砂轮 59.5 50.0
平形砂轮 82.8 42.8
橡胶薄片砂轮 94.3 66.7
注：树脂薄片砂轮只抽查一次，金刚石砂轮只抽查两次，暂未列入统计。


平形砂轮、薄片砂轮（树脂薄片、橡胶薄片）、钹形砂轮均是量大面广的产品，也是质量抽查的主要品种。抽查中发现的质量问题也较多，主要集中在回转强度、孔径、硬度、静平衡、形位公差、产品标志等质量特性上。

1 主要质量问题及其危害

1) 回转强度不合格

回 转强度是指砂轮旋转中在离心力作用下抵抗破裂的能力，反映了砂轮抗张应力的大小，它是砂轮制造、使用上的一个十分重要的指标。为保证砂轮的安全使用，标准 将回转强度不合格列为“致命缺陷”，即“对使用者或对设备有危险或不安全的缺陷”。其抽样检查方案为样本数n=10，接收数Ac=0，拒收数Rc=1；即 抽查10片砂轮回转强度必须全部合格，只要有一片不合格，即判定为不合格。多年来的质量抽查发现，纤维增强树脂薄片砂轮和钹形砂轮的回转强度不理想，有的 低于最高工作速度，有的未达到规定的回转试验速度就破裂；也有的达到了试验速度但不能维持30s就破裂。回转强度不合格比例为7.1%~18.7%（详细 数据见表2）。

纤维增强树脂薄片砂轮和钹形砂轮在使用时，多为手持切割磨削，操作者与砂轮距离较近，因此一旦回转强度差引起砂轮在切割或打磨过程中破碎，极易造成人身伤亡事故。

2) 静平衡不合格

砂轮是一种不均质的物体，当砂轮旋转时，由于其质量中心与旋转中心不相重合而引起振动，这种状态称为砂轮的不平衡。砂轮不平衡会带来很多危害：

作用在磨床轴承上，使主轴产生振动，加快磨床主轴的磨损；
额外增加了砂轮所承受的回转应力，降低其回转强度，甚至可能导致其回转时破裂；
使砂轮及工件系统振动加剧，表现为在被加工工件表面出现振纹，加工精度和表面粗糙度变差；
影响砂轮自锐的均匀性，使砂轮磨损不均匀。

砂轮的静平衡也是反映砂轮内在特性及使用性能的主要质量指标之一，静平衡不合格在标准中被列为“重缺陷”，即“严重降低产品使用性能，对被加工零件性能有严重影响的缺陷”。抽查中，静平衡不合格的情况如表2所示，其中某
直径400mm，线速度为70m/s的纤维增强树脂薄片砂轮，标准规定静不平衡值≤13g，但实测竟然超过18g，这样的砂轮在使用时的振动是可想而知的。

3) 硬度不合格

砂轮硬度指结合剂在外力作用下抵抗磨粒从砂轮表面脱离的抵抗力，或理解为磨粒从砂轮表面脱离的难易程度。硬度能较正确地反映砂轮的磨削性能，是衡量砂轮质量的重要指标之一。对砂轮硬度的考核有两项要求：

硬度的均匀性（所测各点硬度值中最大值与最小值之差） 要符合标准的规定；
硬度的符合度要求，即硬度的平均值（ 各测点硬度测得值的算术平均值）要在标准规定的允许范围内。硬度不合格的比例也相当高，例如平形砂轮的硬度不合格在其不合格总数中超过20% （ 见表2 ） 。
表2 不合格产品中不合格项汇总
产品名称 不合格
片数 不合格项数 不合格
总数
孔径 厚度 形位
公差 硬度 不平衡 回转
强度 标志
不全 标志
错误
纤维增强树脂薄片砂轮 190 130 10 23 - 5 27 40 20 255
钹形砂轮 182 146 0 2 - 6 47 20 30 251
平形砂轮 80 14 5 21 17 1 6 20 0 84
橡胶薄片砂轮 4 4 - - - - - - - 4


4) 孔径不合格

砂 轮的内孔是安装基准，砂轮孔径不合格在标准中列为“重缺陷”。孔径大了，砂轮安装后产生偏心，使砂轮不平衡，高速旋转时会加剧振动，影响磨削加工质量，甚 至导致砂轮破裂，设备损坏。孔径过小，砂轮安装不上，不能使用，若强行安装，则擦伤主轴，还可能使砂轮产生暗伤，导致砂轮运转时破裂，容易酿成事故。如表 2所示，孔径不合格的情况在抽查中最为严重。占平形砂轮不合格总数的16. 7%，占钹形砂轮不合格总数的58. 2%。

5) 标志错误

砂轮标志表明了砂轮的基本性能，对指导用户使用有重要作用，是不能被忽视的。标志错误在标准中列为“重缺陷”。标志中的问题较多，有的标志内容不全；有的标志内容错误；甚至故意以次充好、以假乱真、冒用商标，造成用户困惑，影响使用，损害其利益，而且可能酿成重大事故。

6) 端面跳动、径向跳动不合格

端面跳动、径向跳动不合格会使砂轮旋转时产生偏摆和影响平衡性能，对机床和工件带来不良影响，所以应控制在允许的范围之内。

2 砂轮产品质量问题的原因分析

1) 原材料问题

砂轮是由多种主、辅原材料构成的复杂物系，主要材料是磨料和结合剂，辅助材料则包括填充物、增强材料等。

a. 磨料问题 磨料是砂轮中起磨削作用的主要物质，目前市场上磨料质量鱼龙混杂，良莠不齐，主要表现为：1 ） 磨料的化学成份往往是合格的，但物理性能差，例如硬度、强度、自锐性、抗破碎性、热稳定性、亲水性等；2 ） 磨料的粒度组成较乱，与标准的规定相差较大。

b. 结合剂问题 在砂轮中磨粒是靠结合剂粘结在一起的，结合剂的性能直接影响着砂轮的性能和质量。1 ）树脂质量不稳定，树脂中游离酚含量忽高忽低。所谓游离酚即残留在树脂中的苯酚，分子式为C6H5OH，长期加热能使硬化后的树脂裂解，影响砂轮的强度； 2 ） 树脂粉与乌洛托品混合不均匀，乌洛托品的学名叫六亚甲基四胺（ （CH2 ） 6N4 ），作为树脂的硬化剂，乌洛托品加入量不足，树脂硬化不完全，影响砂轮的强度和硬度；含量过高，则过量的乌洛托品不与树脂结合，在硬化过程中分解挥发，使 砂轮的气孔增多，降低其强度和硬度。树脂粉与乌洛托品混合不均，其后果即乌洛托品含量过高过低带来的危害；3 ）结合剂粒度过粗，一般认为，结合剂的粒度以细为宜，这有利于使结合剂分布均匀，有利于硬化剂的充分接触。粒度过粗，则成型料不易混合均匀，影响砂轮的硬 度和强度。即使是对于粒度较粗的树脂薄片切割砂轮和钹形砂轮来讲，其选用的结合剂（ 树脂粉）粒度也应细于320#。制造细粒度的砂轮产品，结合剂的粒度要求为几个微米。

2) 制造工艺问题

砂轮制造的特点 之一是工艺性很强，制造工序中的任何疏漏和偏离都可能对砂轮产品质量带来负面影响。回转试验时在破裂的砂轮中观察到，有的断裂处磨粒粗、组织松、缺失结合 剂，网格布稍加拉扯就会脱离，这些缺陷的产生都与制造工艺不当有关联。制造中配混料、成型、烧成或固化、整形加工等工序问题较多。

a. 配混料工序 配料是混料的前期准备。混料是将磨料、润湿剂、结合剂、填充剂等按一定的程序和方式，使润湿剂、结合剂、填充剂均匀地粘附在磨粒上使其相互之间均匀分布。
混料的关键是均匀性，成型料应达到：各成份分布均匀，保持松散性，便于摊料，具有良好的成型性能。有的生产厂机械混料或手工混料时间不够，混料及过筛操作比较马虎，达不到上述要求。

b. 成型工序 正确的操作是将成型料倒在模具的中间位置，然后使用专用刮刀将料朝半径方向摊开，使其均匀地分布在模具中，使坯体达到规定的尺寸和形状，不产生裂纹或起层。有的企业员工操作不得要领，造成质量分布不均，形位公差及静平衡超差。

c. 烧成或固化 这是最关键的生产工序，容易造成质量问题的因素有两个，一是固化烘箱或烧成窑的温差太大；二是装炉的方式方法不当。
烘箱或窑内的温差一般是未装砂轮时测定的，此时温差较小，而当烘箱或窑内装满砂轮后，装炉不当会妨碍烘箱或窑内热风的流动，温差就增加了，偏离了设定的硬化规范，使砂轮的固化（ 硬化） 质量得不到充分的保证。

d. 整形加工 有些砂轮在烧成或固化后要进行整形加工，以保证砂轮的几何尺寸、形位公差。有的企业遗漏了该道工序，有的整形加工马虎，工序不到位。

e. 工艺文件、工艺参数生搬硬套 一些小企业工艺文件不齐全，不会根据原材料成分的波动、气候环境条件的变化或用户的不同要求而调整工艺参数，由这些企业生产的砂轮其质量往往是不稳定的。

3) 设备工装问题

a. 设备问题 生产设备是砂轮生产的重要物质条件，有的企业一是设备不足，如没有擀片机，缺少混料机，油压机吨位规格较少等，二是设备维护保养差，设备不能处于完好状态，因此不仅生产效率低、劳动强度大，而且产品质量不易保证。

b. 工装问题 一些企业工装管理薄弱，模具等没有完整的台帐，没有验收及使用记录，没有良好的存放场所，在生产现场乱堆乱放。

4) 检验控制问题

进 货检验(例如原材料进厂检验)、过程检验、例行检验(通常所说的出厂检验)、确认检验等，都是砂轮生产企业实施有效检验控制的重要内容，我们看到一些企 业，特别是小型企业、小作坊式生产的企业在这方面的差距明显。主要问题有制度不全，职能不落实，管理不严，检验设备短缺失控，检验人员业务素质较差等。例 如：

a. 没有专门的检验机构；
b. 检验员往往兼职，且自产自检，难以严格把关；
c. 检验制度不完善，或制度内容过于原则笼统，或脱离企业实际；
d. 未经检验就转工序、入库、放行出厂的现象时有发生；
e. 管理混乱，执行标准不严，检验人员责任性差，业务能力不高，错检漏检情况多有发生；
f. 检验设备短缺，管理较差。检验设备不齐全，普通砂轮的检验设备有3大件：即回转强度试验机；喷砂硬度机(或洛氏硬度机)；静平衡器(对金刚石砂轮还需要动平衡器)，其它还应有薄片砂轮端面、径向跳动测定仪、内径量规、游标卡尺、砂轮切割性能试验机等。
g. 没有执行周期检定和校准，砂轮的检验设备不仅要求配备齐全，而且要求持续保持有效的校准状态，因此要进行周期检定或校准。例如回转强度试验机必须确保两项 重要的计量特性，即回转机主轴径向跳动不得超过0.07mm，满载回转情况下，主轴转速误差应不大于3%，但有的企业从来不检定。喷砂硬度机要求用标准玻 璃校正，用标准砂轮硬度块检定，但有的企业标准玻璃破碎或丢失，喷嘴直径不符，或洛氏硬度机压头钢球精度超差，硬度计量值已失准，但仍盲目使用。
h. 缺乏应有的维护和保养静平衡器两轴辊的表面粗糙度要求为Ra0.2～1.6µm，我们在现场看到，有的轴辊已锈迹斑斑，有的严重磕碰。

3 结束语

综上所述，砂轮产品的质量总体上仍不能令人满意，存在的一些突出问题颇使人担扰，理应采取措施给予整治。

对违法行为应加大查处力度 砂轮是重要工业产品，国家实行生产许可证制度，但目前仍有少数企业无证生产。有的企业以次充好，以假乱真，冒用厂名、商标、证书，对这些见利忘义、损害公众利益的不法行为，政府有关部门应加大查处力度，有效地遏制。

应继续加强监督抽查 技术监督部门多年来对砂轮产品质量进行监督抽查，取得明显的效果，这样的监督抽查活动应持续地进行下去。

应充分发挥各类社会中介组织的作用 例如，有关行业协会可多组织学习交流，总结推广有益的经验，引导企业健康发展。各级质检机构应积极收集和向政府部门提供质量信息，协助政府部门做好抽查技术总结，同时，应面向企业，热情地做好有关的技术咨询服务工作。

生产企业应努力提高产品质量 从总体上看，国有大中型企业的砂轮产品抽查合格率较高，这类企业硬件条件及管理基础较好，技术力量较雄厚，宜在继续稳定和提高产品质量的基础上，加大资金投入和技术开发，发展新品种，提高产品技术档次，增加高附加值，积极推进行业技术进步。

对一些砂轮产品质量问题比较多的小型企业，笔者认为，他们应该做到：

提高质量意识；
加强质量管理；
重视工艺技术；
把好原材料质量关；
确保工装设备完好；
严格质量检验；
抓好人员教育培训。
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作者：Debbie Simpson


圣 戈班磨料磨具公司（Saint-Gobain Abrasives）能最大提高砂轮磨削性能的关键因素是好的整形和修锐（通称修整）工具和熟练的修整技巧。实际上，一个具有高质量修整工具和熟练掌握修 整砂轮技巧的操作者，能始终保持砂轮具有高的磨削性能。而不是只依靠购买所谓的好砂轮。这一点非常重要，因为车间不能按每个人操作的情况，配备专门的砂 轮。


修锐是一个将超硬磨粒砂轮的磨粒修磨锋利的处理过程。在这一过程中，需去除磨粒间的结合剂和磨钝的砂轮磨粒，使具有很强磨削 性能的砂轮磨粒突出结合剂之外，形成锐利的切削刃。修锐也必须从砂轮表面的气孔中，去除微小的材料，防止作用于砂轮上的磨削力增大，砂轮上的磨削力增大， 将会引起振动和造成零件表面烧伤。

没有适当的修锐 ，即使是最好的砂轮也不可能获得加工零件的高质量和尺寸一致性。实 际上 ，当 你 投 资了高质量的砂轮，为了获得高的磨削性能，很好地修整它们就显得非常重要。

整形可以说是砂轮准备工作的一部分，它与普通砂轮的修锐同时进行。对于超硬磨料砂轮，两道工序是分开进行的，首先对砂轮进行整形。在使用超硬磨料砂轮磨削中，整形是使用整形工具或滚轮进行，修锐经常是使用一个陶瓷结合剂的修整棒，在整形完成后，对砂轮进行修锐处理。

在 砂轮包括整形与修锐的修整之前，保证主轴轴承在一定的温度下（如通常的砂轮磨削状态）是很重要的。这样可避免损伤零件几何形状以及砂轮和修整工具的非正常 磨损。对于修整用的工具必须小心处理，因为它一般由质硬、耐磨但又很脆的金刚石材料制成，且对因轻微碰撞、受力引起微小裂纹和破碎都非常敏感。

因 为金刚石整形器本身就是一把刀具，需保持非常锋利。使用一个磨钝了的修整工具来修整砂轮表面，会使砂轮变钝。为了保持一个高质量和锋利的金刚石修整工具， 每隔一定时间，需要 1/8圈地旋转单点或带锥尖的修整工具。旋转次数可根据修整情况决定，根据经验，最少每天旋转一次。对于凿子头和成型的修整工具，一般需在它们磨钝前 180°地旋转一次。

大多数外圆磨床是将零件和砂轮置于一个水平线上。零件外圆的最高点与砂轮外圆的最高点称为零件/砂轮接触点，金刚石 修整工具应尽可能地在接近零件/砂轮接触点处修整砂轮。对于内圆磨床用砂轮，将金刚石修整工具接近砂轮外圆的最高点（即磨孔时零件/砂轮接触点）进行修 整，这一点更为重要。

采取微量修整

为减少修整时间，好象总存在一种想选择大些修除深度的诱惑。这是一种极其错误的想法。 必须选择最合适的修除深度对砂轮进行修整。选择太大的修除深度，会产生高的切削温度，减少修整器的使用寿命，还会将有用的砂轮层切除。最终结果是使修整器 和砂轮两者受损，适得其反。最佳的修整量为经几次修除后，既能恢复砂轮的几何形状，又能刚好产生出良好的磨削锋刃为准则。

使用单点修整工具，应以10-15o的轴心线倾斜角接触砂轮的直径方向。这样将使单点修整工具在定期转动时，产生一个削尖的作用。以多点接触的修整工具不需要倾斜这一角度。改为用修整工具的整个端面与砂轮表面接触。

横 向移动速度是修整工具在修整中通过砂轮表面的速度。它对加工零件要求的表面粗糙度和金属切削率都起有关键的作用。横向移动速度太慢，将会堵塞砂轮，损害零 件的表面粗糙度和金属切削率。太慢的横向移动速度还可以引起砂轮振动和烧伤零件表面。均匀较快的横向移动速度能修整出好的砂轮表面，提高砂轮的磨削性能， 增加磨削效率，降低零件表面粗糙度。

保持冷却

适当地使用冷却液，能加快修整速度和提高修整效率。根据经验，选用一股 3/8英寸直径的冷却液，能够从修整器上排除大量热量，延长修整器的使用寿命。当金刚石修整工具通过砂轮时，安装一个冷却液喷管，充满整个砂轮表面或不断 地加注冷却液到金刚石修整工具。当修整工具与砂轮接触开始修整后，决不允许修整工具，从冷却液中退出。否则会使金刚石修整工具，在冷、热的极端温度变化 下，产生裂纹或破裂。

使用过滤器对冷却液进行高精度过滤，能避免污垢或切屑在冷却液中的多次循环。被污染的冷却液能够使砂轮很快磨损，增 加砂轮的修整次数。只有在干式磨削时（只有在这种情况下，可以中断对金刚石修整工具的冷却），才对砂轮采取干式修整。在每天下班前，关掉冷却液后，让砂轮 空转几分钟。这样可以防止砂轮破裂。

振动是修整的大敌

在砂轮修整中，有效地减小振动，避免在砂轮表面留下修整痕迹、碰撞 和损坏修整工具等，是至关重要的。这意味着还必须保持砂轮平衡，这是砂轮本身的结构特点所决定的。密度的不均匀和整个砂轮几何形状的好坏，都会影响一个砂 轮的固有平衡。因此选择一个高质量的砂轮也是很重要的。
假如是一个高质量的砂轮，只需妥当的安装即能保持砂轮很好的平衡。按照砂轮制造商的出厂说明，砂轮上标有一个向上箭头，它表明砂轮经粗平衡后的轻端方位。然后用户可以根椐箭头指示，注意修整砂轮，使其达到动态平衡。冷却液均匀地加注，有时也能帮助砂轮保持平衡。

为了进一步地避免振动，需保证修整工具牢固地夹紧在夹座上和保持最小的悬垂量，以保证修整工具有足够的刚性。如果金刚石工具没有牢固夹紧，就会引起振动、产生噪音，在零件表面产生波纹，拉伤零件表面和损坏修整工具。

结论：一个超硬磨粒砂轮在开始磨削前，必须进行整形与修锐。遵循本文介绍的经验，将帮助你的砂轮产生出最隹的磨削效果。

The key to maximizing the performance of a production grinding application is having the right truing and dressing tool and using it correctly. In fact, a skillful operator with a quality dressing tool and good dressing technique can often improve the performance of a wheel that may not be the optimum wheel for the application. This skill is particularly important in shops where it isn’t practical to have a special wheel for each operation.

小知识

金刚石整修工具使用中应做到及不应该做的事项：

应该：

1. 在使用新的修整器之前，应从上次修整的进给中退出。许多质脆的金刚石修整工具，在开始与砂轮的接触中，都容易被损坏。
2. 以倾斜10-15°的角度安装金刚石修整工具头，使其指向砂轮的旋转方向。
3. 牢固地安装好修整器或夹紧修整工具，不得将工具头悬垂太长。
4. 在可能的情况下，尽量使用冷却液。在整个修整时间里，用冷却液浇注修整工具与砂轮接触处。
5. 在修整开始时，从砂轮的最高点修起，通常为砂轮的中部。
6. 注意进行轻微量的修除。修除的最大深度，对于粗修除：0.001-0.002 英寸。对于精修除：0.0005-0.001英寸。
7. 按有关手册选择合适的横向移动速度。横向移动速度越慢（在允许范围），获得砂轮表面粗糙度越低。
8. 必须在规定的时间间隔内对砂轮进行修整，防止砂轮变钝，使磨削力增大。
9. 在规定的时间间隔内，将刀夹中的修整工具，旋转1/8圈，以保证修整工具的始终锐利。
10. 当金刚石修整器或工具头变钝或明显地变平时，应及时地调整与更换。
11. 根据砂轮的直径大小，合理选择金刚石的CARAT量（纯金刚石含量），砂轮直径越大，选择的金刚石CARAT值越大。

不应该：

1. 在放置金刚石修整工具头到夹座时，注意不要撞击到砂轮表面。
2. 不能将单点的金刚石修整工具头垂直地对准砂轮中心，一般需倾斜10-15°。
3. 不能对发热的修整工具进行“淬火”（指突然变冷）。在干式修整时，必须保持两次修整的间隔时间，足以使发热的修整工具冷却。
4. 不能假定砂轮表面具有理想的平整。在开始修整时，找出砂轮的最高点位置，进行修整。
5. 如果可能的话，每次砂轮的修除量，在砂轮的半径上不能超过0.001英寸。过大的修除量能够引起金刚石修整工具头的过早磨耗和经常破碎。
6. 但也不能每次修除太小的余量。对于在旧的或刚性差的机床上使用的砂轮可以不进行修整。
7. 注意修整中不能在一个位置上停留太长的时间。这样将会使砂轮表面抛光，产生高温和损坏金刚石修整工具。每天至少转动修整工具一次。
8. 不能继续使用磨损或损伤了的修整工具。应及时对它进行调整或替换。
9. 不能在粗修整时选择过大修除量和太快的横向进给速度，然后在精修整时再选择小修除量和缓慢的横向进给速度。这样将会很快地损坏金刚石修整工具。如果可能的话，建议粗修整和精修整时，选择同样的横向进给速度
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作者：杭州机床集团 杨文跃


磨 削加工一般作为工件加工的终工序，其任务就是要保证产品零件能达到图纸上所要求的精度和表面质量。磨削表面粗糙度与零件精度有密切关系，一定的精度应有相 应的表面粗糙度。一般情况下，对尺寸要进行有效的控制，则粗糙度Ra值应不超过尺寸公差的八分之一，磨削表面粗糙度对零件使用性能的影响是：表面粗糙度值 越小，则零件的耐磨性，耐蚀性，耐疲劳性越好。反之则相反。因此，在磨削加工中，必须注意降低表面粗糙度。影响磨削加工表面粗糙度的主要工艺因素中砂轮粒 度对其有显著影响，砂轮粒度越细，同时参与磨削的磨粒就越多，则磨削表面粗糙度就越低。一般磨削时取46～80号粒度的砂轮，精磨时应选用 150～240号粒度的砂轮，镜面磨削时应选用W10～W7粒度的树脂石墨砂轮，可获得较好的工件表面粗糙度。

HZ-033/2型卧轴矩台平面磨床

近 年来随着新技术的开发应用，高精度磨削技术的发展，使磨削尺寸达到0.1～0.3μm，表面粗糙度达到0.2～0.05μm，磨削表面变质层和残留应力均 甚小，明显提高的加工质量。成形磨削，特别是高精度的成形磨削，经常是生活中的关键问题。成形磨削有两个难题：一是砂轮质量，主要是砂轮必须同时具有良好 的自砺性和形廓保持性，而这二者往往是有矛盾的。二是砂轮修整技术，即高效、经济的获得所要求的砂轮形廓和锐度。因而为了提高磨削的效率和精度，特别是对 于难加工材料的高效精加工，高效和强力磨削采用了CBN砂轮，使得强力磨突破传统磨削的限制，生产率成倍提高，有些零件的毛坯不需要经过粗加工，可直接磨 削成为成品，这不仅提高了加工效率，同时还提高了加工质量。如SG磨料。它是一种新颖的陶瓷氧化铝磨料，以纯刚玉为原料，将其在水中与氧化镁之类媒介结 合，产生块状胶凝物，干燥之后形成脆性物体。再将其碾碎至所需粒度，在1300℃到1400℃到温度下烧结而成。其硬度大大高于普通氧化铝，且韧性好，因 此可以在较高速度和较大载荷条件下运转，金属磨除率比普通氧化铝高三倍以上。它最大的优点是磨削区温度低，砂轮始终具有锋利的磨削刃，砂轮形状保持性好、 时间长。立方氮化硼磨削。它是一种坚硬而耐磨的磨料，并具有高的导热性和耐化学侵蚀等优异的性质。最新一代的磨料是以尖锐、高强和可用于无支撑切削为特征 的，这些特征可降低磨削加工过程中的磨削力，从而减少对工件的损伤。

实际上，对磨料合成条件控制得严格与否将会直接影响到磨粒的最终晶型 和包括强度、热稳定性和断裂特征在内的物理性质，从而影响到它的使用性能。如De Beers公司生产的四种ABN产品，这四种产品每种都具有自己不同的特性。ABN200是脆性的黑色磨料，主要用于陶瓷粘结磨削工具和金属包敷树脂粘结 的磨削工具。ABN300具有与ABN200相似的强度，但颜色为琥珀色，通常应用于金属和环氧树脂粘结的磨削工具。ABN600为黑色，是一种典型的具 有特定晶面的高强立方氧化硼磨料，也是应用于金属和环氧树脂粘结的磨具。ABN800则是最新一代的高强单晶立方氧化化硼材料。ABN800具有与 ABN600相似的强度，但是，可以看到两者存在着显著的不同，前者具有尖锐棱角和高热稳定性。

在磨削过程中，块状或圆的磨粒可考虑采用 与工件呈较大的负前角进行磨削。而对尖锐的多角状的粒子在多数情况下采用较大的正前角进行磨削。因此，在磨削碳化物含量较高的钢（如某些高速钢）时，最好 选择具有负前角的磨料粒子。当加工更硬的强韧材料（如某些高速钢和表面硬化钢）时，具有较大的正前角的尖锐多角状磨粒具有潜在的优势。

缓 进给磨削中磨料特征的影响。在磨削过程中加在单个磨料粒子上载荷的种类与大小都将影响到磨粒的切削性能，进而影响到最佳磨料的选择。为说明这点，进行了台 下的试验：使用端头半径为0.5mmr90°V型陶瓷粘结砂轮磨削M2高速钢，对两种ABN600和ABN800磨料进行测试，并对法向磨削力、功率和砂 轮的磨损进行监测。可以看到，ABN800法向磨削力较低。当进给量提高时，切削率增加，磨削力也同时提高。但对于ABN800砂轮，磨削力的提高相对较 小。而磨削功率随进给量的增加而提高的趋势与ABN600基本相同。尽管对于ABN800磨料制成的砂轮测出的磨削力和能量较低但曲率为0.5mm砂轮端 面的磨损也同时减小。当进给量从而200mm/min提高到300mm/min时，三个参数增中的相对百分比，即切削功率提高50%。随着磨削条件的恶劣 程度加剧，具有尖角状特征的磨粒的优点表现得更为突出。

镍铬钢是一种较难磨削的材料。针对有尖锐棱角的磨料去屑率高的特点，用陶瓷粘结的 砂轮对牌号为718的镍铬钢进行磨削试验。对两种高强磨料，ABN600 和ABN800进行了如前的试验。可以看到，与ABN600相比，在工作台速度为150mm/min和200mm/min时，ABN800仍保持它的优 点。当工作台速度进一步提高到300mm/min时，两种砂轮都表现出高的砂轮磨损速率。然而，试验结果表明，当使用尖锐磨料制成的砂轮磨削同样的材料 时，在150mm/min和200mm/min的两种速度下，都可以得到合理的砂轮寿命。

使用树脂粘结的砂轮进行M2高速钢平面磨削试验。实验中，用ABN600和ABN800两种磨料制成的小砂轮的尺寸为125mm×6mm。实验结果表明，使用尖锐的磨料的砂轮寿命长，而磨削功率低。

众 所周知，磨削过程中，在磨料和工件磨削面之间会产生瞬间界面高温。试验证明，与常用磨料相比，立方氧化硼产生的界面磨削温度更低。其中关键原因是立方氧化 硼砂轮的比磨削能要比常用磨料的砂轮低。通过试验，可以看到，随着切削深度的提高，立方氧化硼砂轮之所以具有低的磨削能，主要得益于立方氧化硼具有高的热 导率。

综上所述，在不同材料和工艺条件的磨削中，合理选用砂轮，可降低磨削加工表面精度，提高磨削加工表面质量，能使磨削效率有成倍的提高，取得低成本加工的效果，并且砂轮寿命长，修整频率低，金属磨除率高，磨削力小冷却效果佳。
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作者：上海海运学院 杨勇生 王珉
砂 轮的磨削性能不仅取决于砂轮结构特性，如磨粒、粒度和硬度等，且更多的取决于砂轮表面的形貌特征。砂轮表面形貌特性是指砂轮表面上磨粒切刃的瞬时状态，又 称瞬时特性，如磨粒切刃的分布、磨粒的磨耗、破碎和脱落以及容屑空间的堵塞等。瞬时特性在磨削过程中随着磨削时间的变化而变化，因此，必须对砂轮形貌特性 进行合理的评定。要使砂轮获得良好的磨削性能，就必须根据具体的磨削条件，进行砂轮结构特性与形貌特性的合理匹配，使砂轮表面的磨削达到最佳状态。

1砂轮形貌特性的评定

1) 磨粒切刃的几何参数

砂轮表面有许多大小不一、随机分布的磨粒切刃，为了描述磨粒切刃的几何特性，可定义磨粒切刃的几何参数：磨刃的前角gg，后角ag及磨刃钝圆半径rb(如图1所示)，显然，磨粒的形状尺寸及其在砂轮表面上的方位决定了磨刃的几何参数，进而影响磨刃的切削性能。


图1 磨粒切刃的几何参数
磨 粒切刃的形状极不规则，为了分析方便，可把磨粒形状理想化，简化的磨粒切刃分类如下：(1)圆锥或棱锥形；在进行粗修整或砂轮硬度较低时，易形成这种形 状；(2)球形；圆角半径为10～20µm；(3)圆角尖端的圆锥形：磨粒划痕的结果，磨粒切深大时，其切削作用接近于圆锥形；切深小时，切削接近于球 形；(4)平顶圆锥形：磨粒顶部被磨耗的形状，砂轮硬修整导程小时易形成这种形状。

从磨粒切刃的锋锐性考虑，圆锥或棱锥形(1)和圆角尖 端的圆锥形(3)接近于实际磨粒的棒状，锋利性较好；球形(2)和区顶圆锥形(4)分别接近于实际磨粒的块状和磨耗棒状，锋锐性较差。磨粒尺寸愈小，磨粒 切刃顶尖角eg愈小，则磨粒锋锐性愈好。磨粒在砂轮工作面上的方向和位置是随机分布的，从统计的观点来看，磨粒的方位对磨刃的前后角影响不大。磨刃的前角 主要取决于其顶尖角eg，一般磨粒的顶尖角eg愈小，磨刃的前角gg愈大。

2) 磨粒切刃的分布

磨粒切刃分布的特征参数主要有：(1)磨粒间距Lg。指砂轮圆周上先后磨削工件同一点的相邻二切刃的弧线距离，表示磨粒切刃分布状态的基本参数；(2)磨粒磨耗平台宽度b。指垂直于切削方向的磨耗磨粒切刃小平台宽度，表示磨粒切刃工作状态的基本参数。

由 上述特征参数可计算出砂轮工作面上单位面积的磨粒切刃数Mg(＝1/Lg2)，但磨粒切刃在砂轮工作面上的分布是不均匀的，而且高低参差不齐，因而有一个 磨粒切刃的定义问题，如果峰谷高度差Dh极小，由于二凸峰间没有足够的容屑空间，实际上只能起一个切刃的作用，一般规定Dh≥5µm或Dh≥(fr/2) (fr——径向进给量)才能算为两个切刃。由于磨削过程中的运动关系。也使埋入一定深度的磨刃不会参加切削，因而实际参加切削的磨刃数(有效磨粒切刃数) 大大少于砂轮表面的磨粒数。设磨粒间距为Lg，后磨粒切刃比前磨粒切刃在砂轮半径方向上低Dh，则有效磨粒切刃的条件为

(1)
由式(1)可知，当砂轮形貌特性不变时，随着工件速度Vw和切削深度ap的增大，砂轮速度Vs和砂轮半径ds减小，有效磨粒切刃数将增多。

另外，有效磨粒切刃数还与砂轮表面形貌状态有关，砂轮粒度号愈大，砂轮硬度愈高，修整时修整导程fd和修整深度ad愈小，有效磨粒切刃数也愈多。

3) 砂轮形貌特性的统计分析

用 触针法测量砂轮表面形貌，获得砂轮圆周方向上砂轮表面的形貌图(如图2所示)。形貌图中包含有磨粒切刃及邻接的容屑槽，磨粒切刃和容屑槽在砂轮径向上的分 布，可用任意给定的高度水平线以上的磨粒切刃和容屑槽的径向累积分布——径向概率分布来表示，该分布分别为形貌图中考虑的磨粒切刃和容屑槽总数的百分比。 图3为磨粒切刃和容屑槽的径向概率分布曲线，在砂轮表面最外层(即最高水平线之上)，磨粒切刃的径向概率分布(百分比)为0，而容屑槽的径向概率分布为 100%；在砂轮表面最内层(即最低水平线之下)，磨粒切刃及容屑槽的概率分布则刚好相反。


图2 砂轮表面的形貌图


图3 磨粒切刃和容屑槽的径向概率分布曲线
通 过统计砂轮表面形貌的磨粒切刃及容屑槽的径向概率分布，可以分析磨粒切刃及容屑槽的分布特点，达到用概率分布表示砂轮形貌特性的目的(如图3所示)。对于 新修整的锋利砂轮，砂轮表面形貌的磨粒切刃的径向概率分布曲线是多项式型，磨粒切刃的分布趋于集中于砂轮表层边缘处，也就是集中于砂轮工作区域，而容屑槽 的径向概率分布曲线为高斯型，砂轮表面工作区域的容屑槽相应的少；对于磨钝严重的砂轮，情况则刚好相反。

2 砂轮形貌特性的合理匹配

要使砂轮表面获得良好的磨削性能，可由所要求的磨削输出参数来选择砂轮的结构特性，并合理修整砂轮，使砂轮表面形貌特性达到最佳化。下面就以精密磨削和钛合金的磨削为例，分析砂轮表面形貌的匹配问题。

1) 精密与镜面磨削

精 密与镜面磨削是由砂轮磨粒上的微刃进行微量切削及摩擦抛光而完成的。磨削时要求砂轮表面上的微刃排列要整齐，破碎要均匀，单位面积微刃数要多，等高性要 好。为此，必须选择合理的砂轮结构，并进行精细的砂轮修整。由于刚玉磨料的强度和韧性均较高，精细修整后易形成等高性好的微刃，因而精密与镜面磨削时，可 选用刚玉磨料；对于粒度和结合剂，一般可选用粗粒度(46～80#)陶瓷结合剂砂轮或细粒度(240～260#)树脂结合剂砂轮。前者经过精细修整后形成 的微刃以切削为主体，一般适用于精密磨削；后者因结合剂的弹性作用，可使微刃在工件表面上的摩擦抛光作用明显，一般适用于镜面磨削。为了防止在磨削过程中 产生大块的磨粒脱落，应选用较硬的砂轮。为了在砂轮表面上获得良好的微刃，可选用尖端锋锐的单颗金刚玉修整器，用车削法进行精细修整。一般地，修整愈精 细，砂轮表层上磨粒的微刃数愈多，且趋向集中于砂轮表层，等高性愈好，砂轮表面形貌特性愈好；当修整速度一定时，砂轮速度愈高，磨粒上的微刃愈密集，等高 性也愈好，表面形貌特性愈好。

微刃切削时，刚开始微刃将精磨加工表面上残留的凸锋切掉，随着微刃钝化及堵塞，微刃的摩擦作用增加，微刃的 切削与摩擦的共同作用完成工件表面的精密磨削。由于砂轮与工件间存在一定的磨削压力，已钝化的微刃对工件表面进行摩擦抛光，即磨粒将微观凸峰压缩填补于加 工表面的凹谷之中，工件表面粗糙度进一步减少，镜面逐渐形成。由此可见，磨粒微刃与切削用量的合理匹配也是一个关键性问题，如磨削深度ap必须控制在微刃 的尺寸范围内，才能发挥其效益。

2) 钛合金的磨削

磨削钛合金时砂轮表面粘附堵塞严重，使磨粒切刃的锋锐性下降，砂轮表 面上的有效磨粒切刃数减少，磨削比下降。由于钛合金粘附堵塞的变形复杂，使磨削力及磨削温度较高，磨削烧伤是磨削钛合金时一种最严重的现象，因而在选择砂 轮时，可选择性脆而锋利的绿碳化硅(TL)磨粒及铈碳化硅(TS)磨粒(后者的磨削效果优于前者)。另外，由于立方氮化硼(CBN)磨粒的热稳定性好，切 削性能良好，故CBN磨粒是磨削钛合金的一种理想的磨粒。为了便于砂轮粘附堵塞的磨削，宜选用粒度大(46～80#)的软砂轮。若从砂轮组织结构来考虑， 可选用大气孔或多气孔的疏松砂轮。

砂轮经过金刚石滚轮的连续修整后，砂轮表面形成锋利的磨粒切刃及较大的容屑空间。由于磨粒粒度大而且组 织中存在气孔，从而减少了磨粒切刃密度，增加了容屑空间，改善了冷却散热条件。性脆磨粒的软砂轮，在磨削过程中也易产生磨粒的破碎与脱落，可保持磨粒的锋 利性，并使砂轮的磨粒平均间距略有增大，有利于减少砂轮粘附堵塞量及磨削烧伤。为了避免磨削钛合金的磨削烧伤，一种行之有效的方法是采用螺旋槽砂轮。砂轮 沟槽部分比重愈大，与工件相接触的工作部分比重愈小，砂轮有效磨粒切刃数减少，磨粒排列更趋于合理，从而有可能减少滑擦、耕犁所产生的摩擦力和无用功，使 磨粒的切削能力处于最佳状态，防止磨削烧伤的发生。

3 结束语

由上述分析可知，砂轮形貌特性是磨削过程中重要的输入参数之一，对砂轮的磨削性能有决定性的影响，砂轮表面形貌特性的好坏，必须根据具体的磨削条件进行合理的评价，而要达到砂轮磨削的最佳状态，就必须进行砂轮结构特性与形貌特性的合理匹配。

若要完全搞清砂轮结构特性、修整条件与砂轮形貌特性的因果关系以及砂轮表面形貌特性与磨削输出参数的相互关系，还有许多工作要做，一旦这些工作完成，就可由砂轮形貌特性预测磨削结果并由要求的磨削结果设计磨削过程，从而大大增加磨削过程的预测性及自适应性。
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作者：盐城工学院机械工程系 祝小军
用 砂轮进行磨削加工是制造机械零件的常用方法，也是比较复杂的受力过程和振动过程。振动是磨削加工过程中不可避免和十分有害的现象，它能够降低工件的精度和 表面质量，严重情况下可导致砂轮的破裂和加工系统的破坏，所以减轻和防止振动是提高磨削质量的重要措施，振动产生的主要原因是：

1）磨削加工零件时，砂轮工作表面上的每颗磨粒相当一把具有负前角的微型刀刃，但由于每颗磨粒的形状不规则，导致磨削力的变化；
2）砂轮的偏心、不平衡、高速旋转和系统的弹性变形引起砂轮和加工系统的振动；
3）磨削加工系统内部振动(如动力部分的振动、传动部分的振动、支承部分的振动)和外部振动(外部振动源传给磨削加工系统引起的振动)；
4）被磨削件的振动。

1 振动分析

砂轮的不平衡是引起强迫振动的主要原因，也是比较容易检测的，故下面主要分析砂轮的不平衡引起强迫振动。如图1，设被加工件(零件)刚度非常大，显然砂轮在被磨削表面法向(x轴向)上的振动对工件的精度和表面质量影响最大，故主要研究x轴向的振动。


图1 磨削振动模型


图2 砂轮的不平衡
如图2，砂轮由于不对称而产生不平衡，设不平衡部分集中于一点，其质量为m, m的旋转半径为r，则产生离心力为

F0=mrω2=mr(2πn/60)2 (1)

式中：ω为砂轮的角速度(rad/s) ; n为砂轮的转速(r/min)。

心力F在x轴上的投影为Fx=sin(ωt+β)，β为初相位角。设系统静刚度为K，振动系统的运动方程为

(2)
方程解得

式中：wn为系统固有频率，wn=(K/m)½，a=C/(2m)，C为阻尼系数；wd=(w2-a2)½；阻尼比z=a/wn；频率比l=w/wn；q=arctan 2xl/(1-l2) ；v0为质点m初速度；x0为质点m初始位置在X轴上的投影。

静变形d= F0 = F0

k mw2
(4)
稳态振动响应H= d
[(1-l2)2+(2xl)2]½
(5)

稳态振动响应H表明了磨削系统固有的振动特性，降低稳态振动响应，是减轻振动的十分有效措施。

2 振动的防治措施

1）提高磨削系统的动态特性

a. 提高磨削系统的刚度

由 式(4)、式(5)可知，提高磨削系统的刚度K , 可显著降低稳态振动响应H。由于受空间位置和几何尺寸的限制，内圆磨床接杆一般是细而长(如图3) ，降低了接杆的刚度，是引起振动的主要原因。在M2110A 内圆磨床上磨削一零件内孔，零件是淬火钢，孔径是50.4Omm ，选用内外径分别是6mm 、30mm陶瓷结合剂平行砂轮，砂轮转速14,400r/min , 工件转速20Or/min ，图4表明了内圆磨床接杆悬伸长度L与砂轮稳态振动响应H之间的关系，显然，L愈大，磨削系统的刚度K愈小，砂轮稳态振动响应H愈大。


图3 内圆磨削接杆图


图4 接杆悬伸长度L与砂轮稳态振动响应H之间的关系
b. 增加磨削系统的阻尼和避开共振区

由式(5)可知，提高磨削系统的阻尼，可显著降低稳态振动响应H 。磨床上大部分阻尼产生于导轨面和连接面，在其导轨面上建立油膜，主轴采用滑动轴承支承，可显著提高磨削系统的阻尼。

当振动频率ω接近系统固有频率ω0时，λ≈1 , 系统发生共振，砂轮振幅剧增，应尽量避免。

2) 采用减振装置

在M1040 无心磨床上磨削直径为20mm 圆柱滚子零件时，其表面产生棱形波纹，经测试发现当振动频率为160～18OHz 时，磨头振幅最大，发生共振现象。对磨头进行激振试验时发现，系统固有频率为17lHz ，为降低系统固有频率，在无心磨床砂轮主轴外端安装阻尼减振器(如图5) ，减振器的外壳与砂轮主轴刚性连接，附加质量滑套在减振器的轴上，外壳与附加质量之间充满具有一定阻尼的液压油。装上减振器后，经测试，发现系统固有频率 降为105Hz ，系统稳定性显著改善，零件质量也大为改善(如图6)。


图5 砂轮上装减振器


图6 装减振器前后的幅频特性曲线
3) 及时清理砂轮磨削表面

某厂在磨削一台阶长轴时，开始时磨削效果较好，一段时间后产生较强振动现象，经仔细检查，发现砂轮表面阻塞，用金刚笔修整后，振动明显减轻(如图7)。


图7 对砂轮进行修整前后的振幅
总之，振动是磨削加工中常见现象，也是一个复杂的物理过程，它严重影响了零件质量。特别是随着技术的发展，磨削加工朝高速高质量方向发展，磨削加工中防振更显重要。
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作者：刘家文 译 王柏寿 校


1 序 言

夹 具在机床与工件之间的切削部位构成机床—刀具—工件总系统的一个重要组成部分，按照切削过程设计，在可达到的形状精度方面占有重要位置。Mette认为， 在高速车削加工（HSC）中，夹紧力对工件圆度没有影响。Bahr求证了使用柔性夹爪并在普通切削速度下进行切削的环形工件的径向振摆。情况表明，测量的 圆度随内、外径之间比例的增加，即壁厚的减小而显著增大。

以下介绍工件夹紧对变形影响的数学分析研究的结果。Brinksmeier等人 研究了GKZ退火的100Cr6钢锻造套圈内、外车削加工形状精度与切削速度Vc、切削深度ap及进刀量f的关系。这项工作是在特殊研究领域SFB570 研究加工变形控制的“变形工程”范围内进行的。

在切削前利用一适当夹紧系统固定工件。在加工中所出现的动态作用夹紧力Fsp由静态夹紧力Fspo和夹爪离心力Fc按式（1）求得：
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静 态夹紧力Fspo由夹盘的结构设计和夹具内的摩擦状态决定。对夹爪夹紧力起决定作用的，例如对于用楔形驱动装置操作的夹紧系统来说，是滑动摩擦副的摩擦值 μ。除摩擦学状态外，滑动面的污染状态对夹盘的作用效率也有明显影响。在很不利条件下，例如切削铸铁时，浇铸灰尘对夹盘的作用系数可降低80％以上。离心 力系数K则给出可导致降低/提高夹紧力Fsp的夹爪离心力部分。

夹爪离心力由夹爪径向位置、夹爪质量的乘积以及夹爪角速度的二次幂算出。作用于总夹紧力的夹爪离心力部分Fc受到夹爪和工件系统刚度的影响。由 Wagner得出的薄壁工件的夹紧曲线图（图1）
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示出了夹爪离心力作用于总夹紧力Fsp的关系。其中由夹盘／夹爪与工件所构成的系统应视为强性刚度的串接。


CF由夹盘和夹爪的径向刚度和颠覆刚度组成。CW则为工件刚度。对楔形夹盘来说，离心力系数K可按式（2）近似算出：
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最 大总夹紧力，在机床方面受到夹具和液压传动装置的限制，并且受到工件容许弹性变形的限制。以下所述研究的目的是求出弹性变形与所用夹紧系统的关系，并与切 削套圈测量的工件径向振摆进行对比。基于式（1）和式（2）有关动态夹紧力的许多影响因素，测量了作用的夹紧力。对套圈内表面加工（外部夹紧）来说，检验 的夹紧系统是摆动爪系统，而对外表面加工（内部夹紧）来说，则是弓形爪系统（图2上部）
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2 所用夹紧系统模型化

图2 下部示出切削试验中使用的夹紧系统的模型。在外部夹紧套圈时（图2a），总夹紧力分布在6个摆动爪上。内部夹紧（图2b）时通过夹在套圈内径上的弓形爪可 使夹紧力几乎作用于套圈的整个内表面上。要加工的套圈内径为 di＝130㎜，外径为 da＝150mm。由于套圈内、外径比例较大，因此刚度较小，在建模时以理想刚度的夹爪及弓形爪为前提。此外，两种夹紧条件下120°旋转对称性使建模大 大简化。

单位面积载荷分两步确定：首先实验确定三爪卡盘的夹紧力。然后根据工件与夹持系统之间的几何关系求出作用于工件上的单位面积载 荷。在外部夹紧时，用 SMW Auto－blok公司生产的DGM270型夹紧力测量仪测量夹紧力。其中机床可调整的夹紧压力Psp和主轴转速n可以变化。用夹紧压力20bar进行切 削研究，在静态情况下（n＝0r／min）产生的夹紧力 Fsp约为20 kN。

为了确定摆动爪与套圈之间接触面上外部夹紧的作用力，采用了图3所示的模型。通过使用三爪卡盘，总夹紧力Fsp划分为三个相同的分力Fsp/3。基于摆动爪的几何尺寸，夹紧力划分为切向分力Ft和径向分力Fr，如图3右图所示。
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一 个夹爪与工件表面之间的接触面用一个压印（在静态情况下）求出。图3左图示出一个摆动爪的压印。一个摆动爪的实际面积级为823 mm2，即每个夹爪所导人的力分布在总夹爪面积的大约23％的面上。与每个摆动爪的夹紧力Ft和Fr一起，得到相应的单位面积载荷作为模拟的输入参数。当 用弓形爪内部夹紧时，在建模时，从弓形爪与套圈内表面之间的理想面接触出发。在考虑到各弓形夹爪之间的距离条件下，可由此求出单位面积载荷。

3 结 果

3.1 卡紧时夹紧力对径向振摆的影响

图 4示出当恒定夹紧力 Fsp=20kN时在应用检验的夹紧系统条件下套圈的径向振摆。用摆动爪系统或弓形爪系统夹紧时，可导致 120°的旋转对称性，所以，只需考察套圈 120°截段就够了。在图4中，摆动爪定位在60°和120°位置，弓形爪中部定位在90°位置。用弓形爪内部夹紧时比用摆动爪外部夹紧时产生大约2．5 倍的圆度。这可归因于作用力的类型：用弓形爪内部夹紧时，力与弓形爪中部平行沿径向方向导入。在外部夹紧时，总夹紧力的可对比分力则通过两边摆动爪导入， 所以可达到更均匀的夹紧力分布。
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就模拟的套圈内表面及外表面的圆度来说，夹紧力的变化得出图5所示的关系。变形的方式不随夹紧力的变化而变化（图4）。


图5 中不同夹紧力时的圆度由径向振摆最大值与最小值的差值算出。圆度与夹紧力的线性关系是套圈纯弹性变形的结果。von Mises对比应力分析表明，通过夹紧带来的载荷压力不超过屈服极限420.8MPa，就是说，如在SFB570中加工的环形工件，通过夹紧不会产生塑性 变形。在实验中只有经过附加切削加工的套圈才会产生永久性变形。

3.2 模拟的与测量的径向振摆对比

图6示出套圈内表面测量的和模拟的径向振摆。此外还给出了各摆动爪的角度位置。对套圈夹紧状态求出了模拟值。其中对切削过程的影响则不予考虑。特别是由夹紧工件弹性变形所引起的局部切削深度的变化同样也没有纳入模拟计算中。

在 不同卡爪副的两个摆动爪之间（例如在爪3b和la之间）所出现的计算最大值与测量最小值的相关性非常明显。测量与模拟变形的相逆变化可作如下解释：工件经 过内部夹紧发生了如图4中径向振摆模拟值所示的弹性变形。在随后的切削加工中出现切削深度的不均匀性。由此所产生的圆度与径向弹性变形的幅值相当，但测量 的圆度较大。假定不同的切削深度导致工件表面转动惯量不均匀。若工件的夹紧松开，则转矩回复，留下的是与夹紧导致弯曲相逆的增大的弯曲。

一 副摆动爪之间（例如 la和 1b）测量的套圈变形的变化由模拟值可作出定性说明。但测量值和模拟值的最大值及最小值的位置在此范围内略微有一些相移（△ф）。这可用实际情况下非理想 夹紧条件作出解释。此外，在模拟中是从理想圆的套圈来考虑的。这种假设在实际情况下同样也不是不受限制地适用的，因为套圈锻造会导致偏离理想形状。
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图7 示出切削套圈外表面测量的径向振摆以及内部夹紧弹性模拟的模拟径向振摆。可明显看出测量径向振摆的3个周期性。这是由如模拟结果所显示的内表面用弓形爪夹 紧所产生的。显然，在外表面上测量的套圈变形的绝对值要比模拟值高出许多（注意图6和图7标度的不同）。在模拟计算中末考虑切削过程及作用的切削力。在所 进行的模拟中同样忽略了按式（1）因夹爪离心力作用所引起的夹紧力的增大以及由此增大的工件弹性变形。显然，测量的外径径向振摆的局部最大值与模拟的弹性 变形最小值具有相关性。它们相互间具有大约10°的相移。测量的与模拟的径向振摆之间的相移△ф是由摆动爪夹紧与弓形爪夹紧的相移叠加所产生的。在切削试 验中首先加工内表面（用摆动爪作外部夹紧），然后加工外表面。这时弓形爪中间向摆动爪副中间偏移30°。通过内、外夹紧时弹性变形的不同的绝对值从而得到 外表面模拟径向振摆相对测量径向振摆较小的偏移。

4 总结与展望

利用夹紧变形的纯弹性FE模拟可定性说明切削套圈在松驰 状态下测量的径向振摆。夹紧促使工件发生弹性变形并导致加工时局部不同的切削深度。与通过夹紧所产生的弹性变形相比，这可导致加工后套圈可逆的弯曲。财 汐，由于局部不同的切削裸度，还会在套圈圆周上产生不同的面转动惯量，这样又加重了车削套圈的弯曲。内、外表面不同的径向振摆是在外、内加工中所采用的不 同的夹紧系统所导致的结果。模拟结果表明，外表面径向振摆局部最小值与最大值的位置受到外部夹紧与内部夹紧相对定位的影响。

为了能够定量预测切削后尺寸和形状偏差的变化，除因夹紧所产生的弹性变形外，还需要模拟由切削所产生的材料去除量。尤其需要考虑由于套圈弹性变形所产生的切削深度的不均匀性。
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