1 建立力學(xué)模型
本文以單面濕研磨 (敷砂研磨)為例，研究研磨壓力對各加工評價(jià)指標(biāo)的影響，簡化外圍設(shè)備，圍繞工件、磨料、磨盤等進(jìn)行分析，研磨加工原理示意圖如圖1所示。
圖1 研磨加工原理示意圖
單顆磨粒壓入工件的示意圖如圖2所示（該示意圖為兩顆磨粒Di和Dk )。
圖2 單顆磨粒壓入工件、磨盤示意圖
P= σs×S
式中：P為單顆磨粒承受的壓力 (N)； S為磨粒在y方面的受力面積，S=π×R2／2， R=tanα×h，α為磨粒簡化為圓錐后壓入工件的半頂角；σs為工件材料的屈服強(qiáng)度。整理后，最終可得公式 (1)。
圖3 單顆磨粒壓入工件加工示意圖
該磨粒壓入下磨盤時(shí)產(chǎn)生的支持力為：
2 試驗(yàn)驗(yàn)證
分析研磨壓力對磨粒壓入工件深度及深度差的影響。
取用相同質(zhì)地的研磨盤、工件、W10棕剛玉磨料，線性增加研磨壓力，壓力的取值范圍為1.6～3N，記錄磨料中不同粒群壓入工件深度，比較粗粒與混合粒群中細(xì)粒間的壓入工件深度差。可得圖4、5。
各粒群壓入工件的深度差關(guān)系式為：
由圖5可知：當(dāng)研磨壓力增大時(shí)，磨料中各粒群壓入工件的深度差是不變的，即壓力在一定范圍內(nèi)增大的時(shí)候，不同粒群間 (前提條件是相比較的兩個(gè)粒群均參與研磨加工)劃痕深度差基本不變。其原因是：壓力增大的時(shí)候，雖然各粒群的壓入深度相應(yīng)增大，但磨粒中最粗粒、粗粒等不同粒群的磨粒壓入深度均等量增加，因而各粒群之間的壓入深度差理論上是沒有變化的，對研磨加工產(chǎn)生的劃痕大小沒有影響，但研磨壓力增大時(shí)可以相應(yīng)提高加工效率。
同時(shí)可得：壓痕深度差會(huì)隨著磨料粒度的增大而增大。這主要是因?yàn)殡S著磨料粒度的增大，不同粒群磨粒之間的粒徑差值也增大，即磨粒尺寸均勻性變差，導(dǎo)致壓入工件時(shí)壓痕深度差增大。
下面分析研磨壓力對表面粗糙度、研磨加工效率的影響。
劃痕只能從一個(gè)側(cè)面反映工件的加工質(zhì)量，并不能完全代表工件的表面粗糙度。表面粗糙度是指零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，它作為一種微觀幾何形狀誤差，對工件的耐磨性、耐疲勞性、耐腐蝕性、零件的配合質(zhì)量等使用性能均有很大影響。工件的表面輪廓算術(shù)平均偏差是與工件表面高度特性有關(guān)的一個(gè)評價(jià)指標(biāo)，可以用如下公式得出：
加工效率關(guān)系式：
(1)隨著研磨壓力的增大，工件的表面粗糙度會(huì)隨之增加。當(dāng)壓力增大到一定程度后，工件表面粗糙度會(huì)穩(wěn)定下來，即表面粗糙度不再隨研磨壓力的變化而變化。這為研磨加工過程中壓力加載的設(shè)定提供了理論依據(jù)，研磨的初期階段，研磨壓力可以適當(dāng)大一些，這樣可以提高加工效率，同時(shí)表面粗糙度基本穩(wěn)定不變，加工后期可以適當(dāng)減小壓力，以獲得較低的表面粗糙度。
研磨壓力變化臨界點(diǎn)為：使磨料中最小粒入時(shí)的研磨壓力。當(dāng)研磨壓力小于這個(gè)值的時(shí)候，細(xì)粒不壓入工件，較粗的磨料承擔(dān)主要的研磨壓力。該壓力臨界值取決于工件、磨盤硬度比，參與研磨加工的磨料的數(shù)量等因素。在正常的研磨加工中，為保證加工效率，研磨壓力均會(huì)大于該f臨界值，所以可以通過適當(dāng)增加研磨壓力來提高加工效率，同時(shí)對劃痕深度、表面粗糙度的影響較小。而在精研磨時(shí)，更注重的是工件表面質(zhì)量，可以通過把研磨壓力減小到臨界值以下來保證。
(2)工件表面粗糙度值隨研磨壓力增加而增大，隨磨粒粒度號的增加而增大。同時(shí)磨料粒度號較小時(shí)，增幅較??；反之，增幅較大。如圖6所示：對于W7型號的磨料，隨著研磨壓力的增加其增幅只有W10磨料的0．42倍，W14磨料的0．175倍。其它研磨工藝參數(shù)相同的情況下，磨料粒度越大，粒群間粒徑的差值也變大，各粒群均勻性變差，工件表面粗糙度會(huì)隨之增大。
(3)隨著研磨壓力的增大，研磨效率也線性增加。磨料中各粒群的壓入深度隨壓力增大而加深，相應(yīng)的研磨效率也會(huì)增加。
研磨壓力是影響研磨加工的效率的主要因素，同時(shí)對加工質(zhì)量也有影響。其它條件一致的前提下，如果研磨壓力在一定范圍內(nèi)增大，工件表面磨粒劃痕相對深一些，表面粗糙度也會(huì)變大，但當(dāng)研磨壓力增加到一定程度后，表面粗糙度不再隨壓力增加發(fā)生變化而基本保持不變。研磨效率隨著研密壓力地增大而基本成正比地提高，但是研磨壓力也不叮以無限制地增加，過大的壓力可能引起試件的破碎以及磨粒的壓碎等問題。
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