关于砂轮堵塞的那些事

磨屑的形成 

磨 削过 程 是通 过切 除 一定 量 的工 件材 料 获得 较 高表 面质 量 和精 度， 常用 刀具为砂轮 。砂轮是 由磨料 、结合剂经压坯 、干 燥 、烧 结而 行 成 的疏松 体 ，其单 个 磨粒 就 是一 把 微小 的切 削刃，有 很 大 的负 前角 和刃 口钝 圆半径 。高 速运 动 磨粒 经 过滑 擦 、耕犁 后切 入 工件 ，切 削层 材 料 有 明显 的沿剪 切 面滑 移后 形成 了短而 薄 的切 屑，这些 磨屑 在 磨 削区 内被加 热 到 很高 的温 度 ，然 后被 氧化 和 熔化 ，而 固 化 成 微粒 球 体，在 球 体面上还有某些叉枝，是 一 种主 要 磨屑 形 式。磨 削 耐酸不锈 钢 Cr20Ni24Si4Ti时 ，发 现 大 量 球 状 磨屑，还伴随着带状 、节状 磨屑 以及灰烬 ， 这 些 磨屑 有 不少 部分 将会 填充 到砂 轮 气 孔 中，依 附在 磨料 的 四周 ， 引起砂轮的堵塞，导致磨 削 精度 下 降，烧 伤 工件 ， 缩短砂轮寿命 。 

砂轮堵塞 的类型和机理分析 

1、砂轮堵塞的类型 

 

砂 轮 堵塞 的类 型 有嵌 入 型、粘 着 型 和 混 合 型。嵌 入型 堵塞 是 磨屑 嵌塞 在 砂 轮 工 作表 面 空隙 处 的堵塞 状 态；粘 着 型 堵 塞 是磨 屑熔 结在 磨 粒及 结合 剂 上 的堵 塞 状 态；混 合 型堵 塞是 既 有嵌 入 型堵 塞 又有粘 着型堵塞 。 

 

2、嵌入型堵塞的机理分析 

 

外来 因素 ：磨 削加 工有 一个 很 重 要 的特 点 ，一般 Fy／Fz大 于 2～ 10，工件 材 料 愈硬 ，塑 性 愈小 ， 比值愈 大，磨 削 区 的磨屑 在 强大 的正 压力 作用 下，被 机械挤进砂 轮 表面 的 空隙里 。磨屑 是沿 磨粒前 面滑 出，磨粒 前面 的局 部 区域堆 积 着数 层 磨屑 ，在砂 轮 高速 旋转 的作 用 ， 磨粒 后面 形 成气 流旋 涡 区，旋涡 区 的空气压 力 显著 减 小，在 负压 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 多数 是灰 烬和微粒 。 

 

静 电场 的作 用：在 磨 削 区某 些 小 区 域 内形成 了有砂 轮和工件 组成 的小 电场 ， 在 电场 的作用 下，部分磨屑将呈现极性 ， 根据 异 性相 吸原 理 ，与砂轮 极 性相反 的 磨 屑就 被吸 附在 砂轮 工 作表 面。借助 于砂轮 与 工件 之 间较 大 的机 械 压力 ，使 己吸 附在砂 轮 表面 的磨 屑 能稳定 地嵌 入砂 轮表面空 隙之 间。 

 

3、粘着型堵塞的机理分析 

 

熔化 性粘 结 ：磨 削过程 中绝 大 部分输入 功 率转 变为 磨 削热 ，使磨 削点 温度高达 1200k以上 ，磨屑遇空气快速氧化 ，形 成低 熔 点 的金 属 氧化 物，在 磨 削区高 温加 热 呈熔 化或 微 熔状 态，覆 盖在 砂轮 表 面， 当砂轮 上 这部 分表 面再 次参 与磨 削时 ，在磨削力 的作用下被挤开或强化， 增加 了与砂 轮 的亲 和力 和 附着力 ，有 的 被挤 压 粘 附在工 件表 面 隆起 的沟槽 表面 中。通过 多 次随 机磨 削，磨 粒 四周 粘 附 许多磨屑 ，使磨 削力增大，同时温度升高， 由此 引起恶 性 循环 ，加剧 堵 塞，直 至磨 粒破碎或脱落 。 

 

化学 性粘 结 ：不 同元素 之 间 的化学 亲和 力 是粘 结性 堵 塞 的又一 重要 原 因。 磨粒 和 被磨 削材 料在 高 温下 接触，温度 因素使它们活动 能力增 强，亲和力加剧 ， 当具备 一定 条件 时 就导 致化 学反应 ，使 磨粒 和 磨屑 在砂 轮表 面生 成一 种丧 失切 削能力 的晶体 。

砂轮自身对堵塞的影响

1、磨料种类 

 

不 同砂轮堵塞程度差别很大，从减 少堵 塞 程度 ，改 善磨 削效 果来 看，不 同 的工 件 材料 ，应选 用 不 同的磨 料种 类 。 如果 选用 的磨 料 不能适 应工 件材 料 的磨 削 性能 ，就 容 易产 生急 剧堵 塞 ，使 加工 无法 正 常进 行。如用 刚 玉类 磨料磨 削铁 碳 合金 ，碳 在 空气 中与 氧气 生成 一层很 薄 的氧 化膜 ，能有 效地 阻止 工件 与磨料 之 间的化学亲和作用 ，但 如磨削钛合 金， 堵 塞则 严重 的多 。有 的工厂 磨床上 的砂 轮久用不换 ，能磨万物 ，好似节约 、方便， 实 际上损失 了效率和精度 。 

 

2 、磨料粒度 

 

磨 料粒 度 对砂 轮堵 塞有 一 定影 响， 一般来 说细粒 度 比粗粒 度容 易产 生堵 塞 现 象。 因为细粒 度 砂轮 的孔 隙容积 和 磨 屑 截面 积都 小，细 粒度 砂轮 的切 刃数 增 加 ，切屑 也 多，加上 磨 削温度 升 高等 原 因，在切 入 次数较 小 的范 围 内，细 粒 度 砂 轮容 易堵 塞 。随着切 入 次数 的增 多， 粗 粒度 的砂 轮与 细粒 度砂 轮相 比，切 入 的深度 要大 ，磨粒 切刃 磨损 量 就大 ，且 磨 削温 度上 升，在 孔 隙里 的切屑 熔结 物 就 增 多。到 一定次 数后 ，粗 粒度砂 轮 的 堵塞量 反而要超 过细粒度砂轮 的堵塞量 。 半 精磨 和精 磨 时，切 入量 小 ，温度 低， 堵 塞轻 ，选 择细砂 轮 ；粗磨 切入 量 大， 温度高 ，堵塞在 空隙的磨屑 、熔结物多， 选择粗砂轮 。

 

3、砂轮的硬度 

 

砂 轮的硬度 指磨粒脱落 的难易程度 ， 由粘结 剂 的强度 予 以保证 。粘结 剂 强度 愈 高，砂 轮硬 度也 愈大 ，磨 粒磨钝 量 就 愈 多，磨 粒脱 落前 对工 件 的滑 擦、挤 压 愈 加严 重，磨 屑更 容 易机械 地填 充 到砂 轮 空 隙 中去 ， 同时 还伴 随着 产生 更 多的 摩 擦热 ，摩擦 热为 粘结 性堵 塞提 供熔 结 物 。因此砂轮 的硬度对堵塞量影响较大， 砂 轮越 硬，堵塞 量越 大 。一 般 情况 下， 砂轮硬度选用 G～ H，在一 些难加 工的材 料 中，也采用 D～ 0的硬度 。 

 

4、砂轮组织 

 

砂 轮 组 织反 映 了磨料 、粘 结剂 、气 孔三者之间的比例 关系 。砂轮组织越密， 工作得磨粒数越多，切 削刃 间距离变小， 砂轮更容易堵塞。含有 45％磨料的砂轮比 含 49．2％磨粒 的平均堵塞量要少一半；含 有 53％磨料的砂轮 比含 49．2％磨料的砂轮磨 削工件 的堵塞量高二倍。在磨削难加工 材料时应选择组织号为 7至 9号的砂轮 ， 大气孑L的砂轮就大气孑L砂轮 效果较好 。

磨削条件的影响

1、砂轮线速度 

 

砂 轮 线速 度 的增加 使磨 粒 的最 大切 深 减少 ，切 屑截 面积 减 小， 同时切 削次 数 和磨 削热 增加 ，这两 个 因素 均使 堵塞 量增加，但是 当砂轮 线速 度高达一定程 度 时 (如达 50m／s以上 )砂 轮 的堵塞 量 反 而大 大 下降 。在 生 产 中磨 削不锈 钢 、 高温合金 时，50m／s砂 轮速度 比 30m／s砂 轮 的堵 塞量 减少 30％～ 100％。因此 ，在 磨 削难 磨材 料 时 ，要 么采 用 低 于 20m／s 的 速度 ，要 么 采 用 高于 50m／s的速 度 ， 选在 其之 间 的磨 削速度 对砂 轮 的堵 塞是 很不 利 的。对 于各 种 工件 材料 来说 ，各 有一定的其堵塞量小 的临界砂轮速度值 。 

 

2、工件速度 

 

工件 的速度对砂 轮堵塞程 度的影 响， 与切 削条 件 中其他 因素有 密切 关系 。工 件线 速度 提 高一倍 ，砂 轮堵 塞量 增加 三 倍。这 是 因为工 件速 度越 高 磨粒 切入 深 度就越 浅，切 屑截 面积 变 小，相 当于 砂轮特 性变硬，故容易 引起砂轮堵塞 。 

 

3、磨削方式 

 

切 入磨 削 比纵 向磨 削堵 塞严 重 。在切入 磨削时，砂轮 与工件 间接触 面积 大， 磨粒切 削刃 在 同一条 磨痕上要擦 过几次 ， 磨削液进 入磨削区困难，磨 削时热量 高， 易造 成堵 塞。纵 磨接 触工 件材 料 的是 砂 轮 一侧 缘，当磨损面增大 到一定程度 时， 在 磨 削力 作用 下 磨粒 破碎 、断裂 ，实 现 自锐 。大多 数磨 粒 能处于 锋利 状态 下 工 作 ，使 磨 削力和 磨 削热相 对 来 说较低 。 同时 ，受磨 削力 和磨 削热 影 响 区的相 当 一部分可 以顺纵磨方 向排 出到工件 之外， 故 降低 了发 生化 学粘 附的可能性。 

 

4、径向切入量 

 

径 向 切 入 量 对 砂 轮 堵 塞 的 影 响 呈 驼 峰 趋 势 。 当 径 向 切 入 量 较 小 时 (ap<0.01mm)，产 生堵塞 现象 ，随着切 入 量 的增加 ，平 均堵 塞量 也增 加 ，当切 入 量增大 到一 定程度 (ap=0.03mm)时 ， 堵 塞量 又呈 减少 趋 势，之 后随 着切 入量 的继续 增加 (达到 ap=0.04mm)时，堵塞 量 又急 剧 上升 。在 磨 削难 磨材 料 时，控 制 最后 一次 径 向切入 量 ，对 于 提高 工件的表面质量和精度是至关重要 的。 

 

5、磨削温度 

 

磨 削时， 凡是 增加 磨 削热 、导 致磨 削 温度 升高 的 因素，都 会加 剧砂 轮 的堵 塞 ，堵 塞 形式 主要 是粘 结 型堵 塞 ，当然 也伴随着扩散型堵塞 。 

 

6、砂轮修整速度 

 

砂 轮修 整 速度 对堵 塞 有 明显影 响 ， 当砂 轮修 整速 度低 时 ，砂轮工作表面 平 坦 ，单 位 面积 内有 效磨 刀 数增 加，使 切 屑 的截 面积 变 小，切屑 数 量增 多， 故容易产生 堵塞 。当砂 轮修 整速 度 高 时，砂 轮工 作 面变 粗，有 效磨 粒 数减 小，在砂轮表面出现凹部 ，起到孔隙作用，切屑易被冲走 ，熔结物容易脱落 。 

 

7、磨削液 

 

不 同的磨 削液对磨 削效果影 响很大 ， 目前 通用 的乳 化液，含有 大量 矿物 油 和 油性 添加 剂，稀 释后 呈水 包油 乳 白色 液 体，它 的 比热 容和 导热 系数 小，在 剧 烈 摩 擦过程 中很 容 易造 成砂 轮 与工件 之 间 的粘附磨损和扩散性磨损，使砂轮堵塞 ， 磨削 力增 加，最 后 引起磨 粒过 早破 碎和 脱 落 ，使磨 削 比降低 。选 用优 良的磨 削 液对 改善磨 削性能有重要作用。

结语 

砂轮堵塞 是磨 削加 工中 的普遍现 象 ， 无 论加 工 条件 选择得 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 轮种 类和 加 工条 件对 砂轮 堵塞有 较大 影 响，但 最主要 的 是被 加工 材料的物理 、力 学性 能和有无 磨削液。