關于砂輪堵塞的那些事

磨屑的形成 

磨 削過 程 是通 過切 除 一定 量 的工 件材 料 獲得 較 高表 面質 量 和精 度， 常用 刀具為砂輪 。砂輪是 由磨料 、結合劑經壓坯 、干 燥 、燒 結而 行 成 的疏松 體 ，其單 個 磨粒 就 是一 把 微小 的切 削刃，有 很 大 的負 前角 和刃 口鈍 圓半徑 。高 速運 動 磨粒 經 過滑 擦 、耕犁 后切 入 工件 ，切 削層 材 料 有 明顯 的沿剪 切 面滑 移后 形成 了短而 薄 的切 屑，這些 磨屑 在 磨 削區 內被加 熱 到 很高 的溫 度 ，然 后被 氧化 和 熔化 ，而 固 化 成 微粒 球 體，在 球 體面上還有某些叉枝，是 一 種主 要 磨屑 形 式。磨 削 耐酸不銹 鋼 Cr20Ni24Si4Ti時 ，發 現 大 量 球 狀 磨屑，還伴隨著帶狀 、節狀 磨屑 以及灰燼 ， 這 些 磨屑 有 不少 部分 將會 填充 到砂 輪 氣 孔 中，依 附在 磨料 的 四周 ， 引起砂輪的堵塞，導致磨 削 精度 下 降，燒 傷 工件 ， 縮短砂輪壽命 。 

砂輪堵塞 的類型和機理分析 

1、砂輪堵塞的類型 

 

砂 輪 堵塞 的類 型 有嵌 入 型、粘 著 型 和 混 合 型。嵌 入型 堵塞 是 磨屑 嵌塞 在 砂 輪 工 作表 面 空隙 處 的堵塞 狀 態；粘 著 型 堵 塞 是磨 屑熔 結在 磨 粒及 結合 劑 上 的堵 塞 狀 態；混 合 型堵 塞是 既 有嵌 入 型堵 塞 又有粘 著型堵塞 。 

 

2、嵌入型堵塞的機理分析 

 

外來 因素 ：磨 削加 工有 一個 很 重 要 的特 點 ，一般 Fy／Fz大 于 2～ 10，工件 材 料 愈硬 ，塑 性 愈小 ， 比值愈 大，磨 削 區 的磨屑 在 強大 的正 壓力 作用 下，被 機械擠進砂 輪 表面 的 空隙里 。磨屑 是沿 磨粒前 面滑 出，磨粒 前面 的局 部 區域堆 積 著數 層 磨屑 ，在砂 輪 高速 旋轉 的作 用 ， 磨粒 后面 形 成氣 流旋 渦 區，旋渦 區 的空氣壓 力 顯著 減 小，在 負壓 力作 用 下，使部分 磨 屑依 附在 磨粒 的后 面 ，形 成磨 粒 后刀 面 的依 附性 堵塞 ，依 附物 多數 是灰 燼和微粒 。 

 

靜 電場 的作 用：在 磨 削 區某 些 小 區 域 內形成 了有砂 輪和工件 組成 的小 電場 ， 在 電場 的作用 下，部分磨屑將呈現極性 ， 根據 異 性相 吸原 理 ，與砂輪 極 性相反 的 磨 屑就 被吸 附在 砂輪 工 作表 面。借助 于砂輪 與 工件 之 間較 大 的機 械 壓力 ，使 己吸 附在砂 輪 表面 的磨 屑 能穩定 地嵌 入砂 輪表面空 隙之 間。 

 

3、粘著型堵塞的機理分析 

 

熔化 性粘 結 ：磨 削過程 中絕 大 部分輸入 功 率轉 變為 磨 削熱 ，使磨 削點 溫度高達 1200k以上 ，磨屑遇空氣快速氧化 ，形 成低 熔 點 的金 屬 氧化 物，在 磨 削區高 溫加 熱 呈熔 化或 微 熔狀 態，覆 蓋在 砂輪 表 面， 當砂輪 上 這部 分表 面再 次參 與磨 削時 ，在磨削力 的作用下被擠開或強化， 增加 了與砂 輪 的親 和力 和 附著力 ，有 的 被擠 壓 粘 附在工 件表 面 隆起 的溝槽 表面 中。通過 多 次隨 機磨 削，磨 粒 四周 粘 附 許多磨屑 ，使磨 削力增大，同時溫度升高， 由此 引起惡 性 循環 ，加劇 堵 塞，直 至磨 粒破碎或脫落 。 

 

化學 性粘 結 ：不 同元素 之 間 的化學 親和 力 是粘 結性 堵 塞 的又一 重要 原 因。 磨粒 和 被磨 削材 料在 高 溫下 接觸，溫度 因素使它們活動 能力增 強，親和力加劇 ， 當具備 一定 條件 時 就導 致化 學反應 ，使 磨粒 和 磨屑 在砂 輪表 面生 成一 種喪 失切 削能力 的晶體 。

砂輪自身對堵塞的影響

1、磨料種類 

 

不 同砂輪堵塞程度差別很大，從減 少堵 塞 程度 ，改 善磨 削效 果來 看，不 同 的工 件 材料 ，應選 用 不 同的磨 料種 類 。 如果 選用 的磨 料 不能適 應工 件材 料 的磨 削 性能 ，就 容 易產 生急 劇堵 塞 ，使 加工 無法 正 常進 行。如用 剛 玉類 磨料磨 削鐵 碳 合金 ，碳 在 空氣 中與 氧氣 生成 一層很 薄 的氧 化膜 ，能有 效地 阻止 工件 與磨料 之 間的化學親和作用 ，但 如磨削鈦合 金， 堵 塞則 嚴重 的多 。有 的工廠 磨床上 的砂 輪久用不換 ，能磨萬物 ，好似節約 、方便， 實 際上損失 了效率和精度 。 

 

2 、磨料粒度 

 

磨 料粒 度 對砂 輪堵 塞有 一 定影 響， 一般來 說細粒 度 比粗粒 度容 易產 生堵 塞 現 象。 因為細粒 度 砂輪 的孔 隙容積 和 磨 屑 截面 積都 小，細 粒度 砂輪 的切 刃數 增 加 ，切屑 也 多，加上 磨 削溫度 升 高等 原 因，在切 入 次數較 小 的范 圍 內，細 粒 度 砂 輪容 易堵 塞 。隨著切 入 次數 的增 多， 粗 粒度 的砂 輪與 細粒 度砂 輪相 比，切 入 的深度 要大 ，磨粒 切刃 磨損 量 就大 ，且 磨 削溫 度上 升，在 孔 隙里 的切屑 熔結 物 就 增 多。到 一定次 數后 ，粗 粒度砂 輪 的 堵塞量 反而要超 過細粒度砂輪 的堵塞量 。 半 精磨 和精 磨 時，切 入量 小 ，溫度 低， 堵 塞輕 ，選 擇細砂 輪 ；粗磨 切入 量 大， 溫度高 ，堵塞在 空隙的磨屑 、熔結物多， 選擇粗砂輪 。

 

3、砂輪的硬度 

 

砂 輪的硬度 指磨粒脫落 的難易程度 ， 由粘結 劑 的強度 予 以保證 。粘結 劑 強度 愈 高，砂 輪硬 度也 愈大 ，磨 粒磨鈍 量 就 愈 多，磨 粒脫 落前 對工 件 的滑 擦、擠 壓 愈 加嚴 重，磨 屑更 容 易機械 地填 充 到砂 輪 空 隙 中去 ， 同時 還伴 隨著 產生 更 多的 摩 擦熱 ，摩擦 熱為 粘結 性堵 塞提 供熔 結 物 。因此砂輪 的硬度對堵塞量影響較大， 砂 輪越 硬，堵塞 量越 大 。一 般 情況 下， 砂輪硬度選用 G～ H，在一 些難加 工的材 料 中，也采用 D～ 0的硬度 。 

 

4、砂輪組織 

 

砂 輪 組 織反 映 了磨料 、粘 結劑 、氣 孔三者之間的比例 關系 。砂輪組織越密， 工作得磨粒數越多，切 削刃 間距離變小， 砂輪更容易堵塞。含有 45％磨料的砂輪比 含 49．2％磨粒 的平均堵塞量要少一半；含 有 53％磨料的砂輪 比含 49．2％磨料的砂輪磨 削工件 的堵塞量高二倍。在磨削難加工 材料時應選擇組織號為 7至 9號的砂輪 ， 大氣孑L的砂輪就大氣孑L砂輪 效果較好 。

磨削條件的影響

1、砂輪線速度 

 

砂 輪 線速 度 的增加 使磨 粒 的最 大切 深 減少 ，切 屑截 面積 減 小， 同時切 削次 數 和磨 削熱 增加 ，這兩 個 因素 均使 堵塞 量增加，但是 當砂輪 線速 度高達一定程 度 時 (如達 50m／s以上 )砂 輪 的堵塞 量 反 而大 大 下降 。在 生 產 中磨 削不銹 鋼 、 高溫合金 時，50m／s砂 輪速度 比 30m／s砂 輪 的堵 塞量 減少 30％～ 100％。因此 ，在 磨 削難 磨材 料 時 ，要 么采 用 低 于 20m／s 的 速度 ，要 么 采 用 高于 50m／s的速 度 ， 選在 其之 間 的磨 削速度 對砂 輪 的堵 塞是 很不 利 的。對 于各 種 工件 材料 來說 ，各 有一定的其堵塞量小 的臨界砂輪速度值 。 

 

2、工件速度 

 

工件 的速度對砂 輪堵塞程 度的影 響， 與切 削條 件 中其他 因素有 密切 關系 。工 件線 速度 提 高一倍 ，砂 輪堵 塞量 增加 三 倍。這 是 因為工 件速 度越 高 磨粒 切入 深 度就越 淺，切 屑截 面積 變 小，相 當于 砂輪特 性變硬，故容易 引起砂輪堵塞 。 

 

3、磨削方式 

 

切 入磨 削 比縱 向磨 削堵 塞嚴 重 。在切入 磨削時，砂輪 與工件 間接觸 面積 大， 磨粒切 削刃 在 同一條 磨痕上要擦 過幾次 ， 磨削液進 入磨削區困難，磨 削時熱量 高， 易造 成堵 塞?？v 磨接 觸工 件材 料 的是 砂 輪 一側 緣，當磨損面增大 到一定程度 時， 在 磨 削力 作用 下 磨粒 破碎 、斷裂 ，實 現 自銳 。大多 數磨 粒 能處于 鋒利 狀態 下 工 作 ，使 磨 削力和 磨 削熱相 對 來 說較低 。 同時 ，受磨 削力 和磨 削熱 影 響 區的相 當 一部分可 以順縱磨方 向排 出到工件 之外， 故 降低 了發 生化 學粘 附的可能性。 

 

4、徑向切入量 

 

徑 向 切 入 量 對 砂 輪 堵 塞 的 影 響 呈 駝 峰 趨 勢 。 當 徑 向 切 入 量 較 小 時 (ap<0.01mm)，產 生堵塞 現象 ，隨著切 入 量 的增加 ，平 均堵 塞量 也增 加 ，當切 入 量增大 到一 定程度 (ap=0.03mm)時 ， 堵 塞量 又呈 減少 趨 勢，之 后隨 著切 入量 的繼續 增加 (達到 ap=0.04mm)時，堵塞 量 又急 劇 上升 。在 磨 削難 磨材 料 時，控 制 最后 一次 徑 向切入 量 ，對 于 提高 工件的表面質量和精度是至關重要 的。 

 

5、磨削溫度 

 

磨 削時， 凡是 增加 磨 削熱 、導 致磨 削 溫度 升高 的 因素，都 會加 劇砂 輪 的堵 塞 ，堵 塞 形式 主要 是粘 結 型堵 塞 ，當然 也伴隨著擴散型堵塞 。 

 

6、砂輪修整速度 

 

砂 輪修 整 速度 對堵 塞 有 明顯影 響 ， 當砂 輪修 整速 度低 時 ，砂輪工作表面 平 坦 ，單 位 面積 內有 效磨 刀 數增 加，使 切 屑 的截 面積 變 小，切屑 數 量增 多， 故容易產生 堵塞 。當砂 輪修 整速 度 高 時，砂 輪工 作 面變 粗，有 效磨 粒 數減 小，在砂輪表面出現凹部 ，起到孔隙作用，切屑易被沖走 ，熔結物容易脫落 。 

 

7、磨削液 

 

不 同的磨 削液對磨 削效果影 響很大 ， 目前 通用 的乳 化液，含有 大量 礦物 油 和 油性 添加 劑，稀 釋后 呈水 包油 乳 白色 液 體，它 的 比熱 容和 導熱 系數 小，在 劇 烈 摩 擦過程 中很 容 易造 成砂 輪 與工件 之 間 的粘附磨損和擴散性磨損，使砂輪堵塞 ， 磨削 力增 加，最 后 引起磨 粒過 早破 碎和 脫 落 ，使磨 削 比降低 。選 用優 良的磨 削 液對 改善磨 削性能有重要作用。

結語 

砂輪堵塞 是磨 削加 工中 的普遍現 象 ， 無 論加 工 條件 選擇得 如 何合 理，要 完全防止堵 塞 是不 可能 的，只 是程 度上 有所不 同 。砂 輪種 類和 加 工條 件對 砂輪 堵塞有 較大 影 響，但 最主要 的 是被 加工 材料的物理 、力 學性 能和有無 磨削液。