磨削比

工件的材料磨除量與砂輪磨損量之比稱為磨削比。

基本介紹

• 中文名：磨削比
• 意義：材料磨除量與砂輪磨損量之比
• 表達式：Es=Pmvwapb
• 時間：1886年

基本概念

工件的材料磨除量與砂輪磨損量之比稱為磨削比。

磨削比能

磨削比能Es是指單位時間去除單位體積工件材料所消耗的能量.通常可以表示為:Es=Pmvwapb其中：Pm為能量消耗

磨削原理

研究磨具與工件在磨削加工過程中的各種物理現象及其內在聯繫的一門學科。磨削原理的研究內容主要包括磨屑形成過程、磨削力和磨削功率、磨削熱和磨削溫度、磨削精度和表面質量、磨削效率等，目的在於深入了解磨削的本質，並據以改進或創造磨削方法。

磨削原理的研究始於1886年，美國的C.H.諾頓和C.艾倫合作研究砂輪和磨削過程，20年之後制訂出正確選擇砂輪類別和砂輪速度的原則；同時發現為了提高磨削效率和精度，必須對砂輪進行平衡，並在磨削過程中正確地修整砂輪（見砂輪修整）和使用切削液。1914～1915年，英國的J.格斯特和美國的G.奧爾登對磨削用量、磨屑大小和選擇砂輪等問題又作了進一步的研究。此後，磨削原理的研究不斷深入。在磨屑形成方面，德國的K.克魯格對砂輪上磨粒與工件的接觸弧長和影響單顆磨粒的切深的因素進行了幾何計算和研究在1925年提出了研究報告。德國的M.庫萊恩和G.施勒辛格爾以及日本的關口八重吉等人對磨削力作了研究，在20年代末至30年代先後提出了磨削過程中影響磨削力的諸因素，並使磨削力的測量技術不斷發展。從30年代起，隨著測量磨削表面溫度實驗技術的發展推動了有關磨削熱的理論研究。對於砂輪磨削性能的理論研究導致一系列新型高速砂輪的出現發展了砂帶磨削。由於金剛石和立方氮化硼磨料的套用，磨削原理又得到新的發展。70年代以來，套用掃描電子顯微鏡對磨削的微觀過程和超精密磨削的機理作了深入的分析。

磨屑形成過程

磨粒在磨具上排列的間距和高低都是隨機分布的，磨粒是一個多面體，其每個稜角都可看作是一個切削刃，頂尖角大致為90°～120°，尖端是半徑為幾微米至幾十微米的圓弧。經精細修整的磨具其磨粒表面會形成一些微小的切削刃，稱為微刃。磨粒在磨削時有較大的負前角（見刀具），其平均值為-60°左右。磨粒的切削過程可分3個階段。

①滑擦階段：磨粒開始擠入工件，滑擦而過，工件表面產生彈性變形而無切屑。

②耕犁階段：磨粒擠入深度加大，工件產生塑性變形，耕犁成溝槽，磨粒兩側和前端堆高隆起；

③切削階段：切入深度繼續增大，溫度達到或超過工件材料的臨界溫度，部分工件材料明顯地沿剪下面滑移而形成磨屑。

根據條件不同，磨粒的切削過程的3個階段可以全部存在，也可以部分存在。磨屑的形狀有帶狀、擠裂狀和熔融的球狀等，可據以分析各主要工藝參數、砂輪特性、冷卻潤滑條件和磨料的性能等對磨削過程的影響，從而尋求提高磨削表面質量和磨削效率的措施。

力和功率

磨削時磨粒受到工件材料變形的阻力以及磨粒與工件表面間的摩擦力，形成磨削力。磨削力可按工件與磨具的相對位置分解為切向分力Ft，法向分力Fn和軸向分力Fa。一般法向分力較大，隨著工件材料和砂輪特性的不同，Fn/Ft=1.5～3；當採用潤滑性能好的切削液時，由於摩擦力減少，Fn/Ft可高達4。軸向分力較小，一般可不予考慮。磨削功率Pm（千瓦）與切向分力F(N）和磨削速度（米/秒）的關係如下式：Pm=Ft·v/1000。在特定的磨削條件下，都有一個最佳磨削力區間，採用該區間的磨削力加工可獲得較高的金屬切除率、較小的表面粗糙度和較長的砂輪壽命，因此發展了在磨削過程中使磨削力按預定數值保持恆定的控制力磨削技術。

熱和溫度

磨削過程中所消耗的能量幾乎全部轉變為磨削熱。試驗研究表明，根據磨削條件的不同，磨削熱約有60～85%進入工件，10～30%進入砂輪，0.5～30%進入磨屑，另有少部分以傳導、對流和輻射形式散出。磨削時每顆磨粒對工件的切削都可以看作是一個瞬時熱源，在熱源周圍形成溫度場。磨削區的平均溫度約為400～1000℃，至於瞬時接觸點的最高溫度可達工件材料熔點溫度。磨粒經過磨削區的時間極短一般在0.01～0.1毫秒以內，在這期間以極大的加熱速度使工件表面局部溫度迅速上升，形成瞬時熱聚集現象會影響工件表層材料的性能和砂輪的磨損。

精度表面質量

大多數情況下磨削是最終加工工序，因此直接決定工件的質量。磨削力造成磨削工藝系統的變形和振動，磨削熱引起工藝系統的熱變形，兩者都影響磨削精度。磨削表面質量包括表面粗糙度、波紋度、表層材料的殘餘應力和熱損傷（金相組織變化、燒傷、裂紋）。影響表面粗糙度的主要因素是磨削用量、磨具特性、砂輪表面狀態（也稱砂輪地形圖）、切削液、工件材質和工具機條件等。產生表面波紋度的主要原因是工藝系統的振動。由於磨削熱和塑性變形等原因，磨削表面會產生殘餘應力。殘餘壓應力可提高工件的疲勞強度和壽命；殘餘拉應力則會降低疲勞強度，當殘餘拉應力超過材料的強度極限時，就會出現磨削裂紋。磨削過程中因塑性變形而發生的金屬強化作用，使表面金屬顯微硬度明顯增加，但也會因磨削熱的影響，使強化了的金屬發生弱化。例如砂輪鈍化或切削液不充分，在磨削表面的一定深度內就會出現回火軟化區，使表面質量下降，同時在表面出現明顯的褐色或黑色斑痕，稱為磨削燒傷。

磨削效率

評定磨削效率的指標是單位時間內所切除材料的體積或質量，用mm3/s或kg/h表示。提高磨削效率的途徑有：①增加單位時間內參與磨削的磨粒數，如採用高速磨削或寬砂輪磨削；②增加每顆磨粒的切削用量，如採用強力磨削。在砂輪兩次修整之間切除金屬的體積與砂輪磨損的體積之比稱為磨削比(也有以兩者的重量比表示的）。磨削比大，在一定程度上說明砂輪壽命較長。磨削比減小，將增加修整砂輪和更換砂輪的次數，從而增加砂輪消耗和磨削成本。影響磨削比的因素有：單位寬度的法向磨削分力、磨削速度以及磨料的種類、粒度和硬度等。一般單位法向磨削分力越小或磨削速度越高，則磨削比越大；砂輪粒度較細和硬度較高時，磨削比也較大。

磨削運動

磨削加工類型不同，運動形式和運動數目也就不同。外圓與平面磨削時，磨削運動包括主運動、徑向進給運動、軸向進給運動和工件旋轉或直線運動四種形式：

⒈主運動 砂輪迴轉運動稱為主運動。主運動速度（即砂輪外圓的線速度），稱磨削速度，用vs表示

⒉徑向進給運動 砂輪切入工件的運動稱為徑向進給運動。

⒊軸向進給運動 ；工件相對於砂輪沿軸向的運動稱軸向進給運動。

⒋工件圓周（或直線）進給運動 ；磨削過程l砂輪表面上磨粒可近似地看作是一把把微小的銑刀齒，其幾何形狀和角度有很大差異。致使切削情況相差較大。因此必須研究單個磨粒的磨削過程。

磨削過程

磨削過程中，砂輪表面上磨粒可近似地看作是一把把微小的銑刀齒，其幾何形狀和角度有很大差異。致使切削情況相差較大。因此必須研究單個磨粒的磨削過程。

砂帶磨削機理

加工機理

砂帶磨削是砂帶這一特殊形式的磨削工具，藉助於張緊機構使之張緊，和驅動輪使之高速運動，並在一定壓力作用下，使砂帶與工件表面接觸以實現磨削加工的整個過程。

廣義地講，砂帶磨削與砂輪磨削同樣都是高速運動的“微刃切削刀具”――磨粒的微量切削而形成的累積效應，因而其磨削機理大致上也是相同的。但由於砂帶本身的構成特點和使用方式不同，使砂帶磨削不論是在磨削加工機理方面，還是其綜合磨削性能方面都有別於砂輪磨削，這主要表現在：

1）砂輪磨削是剛性接觸磨削，而砂帶磨削則是彈性接觸磨削，而且即使是在使用無彈性的鋼製接觸輪的情況時也是如此，因為組成砂帶的基材、粘結劑都具有一定的彈性，更何況大多數情況下都採用有彈性的橡膠作接觸輪。

正因為如此，砂帶磨削除了具有砂輪同樣的滑擦、耕犁和切削作用外，還有磨粒對工件表面的擠壓作用，並使之產生塑性變形、冷硬層變化和表層撕裂，以及由於摩擦使接觸點溫度升高，而引起的熱塑性流動等綜合作用。所以，從這點來看，砂帶磨削同時具有磨削、研磨和拋光的多重作用。而這也正是砂帶磨削表面質量好的原因。

另一方面，由於砂帶的這種彈性磨削特點，還使砂帶在磨削區域內與工件接觸的長度比砂輪大，同時參加磨削的磨粒數目多，單顆磨粒所受載荷小，且均勻，磨粒破損小。而使整個砂帶的磨耗比（磨削材料去除量與砂帶磨粒消耗量之比稱為磨削比，而磨削比的倒數就稱為磨耗比）比砂輪要小得多。

2）砂輪的磨粒在磨削表面上的分布是雜亂無章的，很不規則，實際磨削時，磨粒都是以較大的負前角、小后角甚至負后角的刃口進行切削，切削條件很惡劣。砂帶則不同，砂帶的磨料是專門製造的，磨粒的幾何形狀常呈長三角體，並多採用靜電植砂等一系列先進工藝製作，磨粒的大小和分布均勻，等高性好，並且是尖刃朝外的形式植於砂帶基材表面上，露出復膠層的部分較多。因而，砂帶的磨粒比砂輪的磨粒鋒利，切削條件較好，磨削時材料變形小，切除率高，磨削力和隨之產生的磨削熱小，磨削溫度低。

3）砂輪磨粒間充滿了結合劑，容屑空間很小。而砂帶磨粒間容屑空間一般至少比砂輪大10倍，加之磨粒等高性好，因而砂帶磨粒的有效切削麵積大，切削能力比砂輪強，並且磨屑可隨時直接帶走，很少殘留在砂帶表面造成堵塞，而不會由此增加摩擦發熱，磨削區域溫度低。

4）砂帶的周長從設計角度來看，可以遠遠超過砂輪的周長，這就使得砂帶在磨削時既有良好的散熱區域，又可以通過砂帶的懸空部分〈即不與接觸輪、張緊輪、壓磨板等接觸的部分〉在運行時的振盪，將粘在砂帶上的磨屑自然抖掉，進一步減少磨粒被填塞的現象，從而減少摩擦發熱，這也是砂帶磨削溫度低的一個原因。

由此可見，砂帶磨削的加工機理是同於砂輪磨削又有別於砂輪磨削的一種更為複雜的形式，這是分析了解砂帶磨削機理的理論基礎和根本出發點。

單顆磨粒過程

砂帶磨削是由大量的垂直定向排列在砂帶表面的磨粒切刃來完成的。每個磨粒均可近似看作一把微型刀具，因而研究這些單顆磨粒的磨削過程是研究整個砂帶磨削的基礎。

砂帶表面的磨粒從微觀來看，就象一種刀尖為圓弧，刃角為鈍角或鈍圓的切削刀具。其圓弧半徑由幾微米到幾十微米，大小與磨粒的材質和粒度有關。由於磨粒的這種幾何特性，在磨削時，切削深度小（切屑厚度薄），一般在O.005～0.05mm左右。所以絕大多數磨粒切削刃是在大負前角條件下對工件進行切削。這與工具機刀具切削過程一樣，工件材料在磨粒切削刃的擠壓、摩擦作用下產生變形轉為切屑，形成加工表面。砂帶的彈性接觸特徵使磨粒切削刃的切削過程大致可以分為擠壓、滑擦、耕犁、切削四個階段，如圖所示。最初磨粒擠入工件，由於切

入深度小於磨粒刃尖圓弧半徑，形成很大的負前角，工件表面僅發生彈性變形。隨著切入深度增大，磨粒對工件表面的壓力逐漸增大，開始壓入工件，工件表面由彈性變形開始過度到塑性變形。磨粒繼續擠壓，摩擦加劇，熱應力劇增，在工件表面耕犁出溝痕，溝痕兩邊金屬滑移隆起突出。工件材料塑性變形不斷增加。當切入深度繼續增加時，被推擠的金屬層明顯滑移。推擠壓力超過工件材料強度後形成切屑從前刀面流出，切離工件表面。加工材料不間，磨粒切削過程四個階段在整個磨削過程中所占比例也不一樣。

磨削過程是磨粒切削刃切削金屬的過程，它同工具機刀具切削一樣，被磨削金屬也經歷了彈性變形、塑性變形、切削形成等過程，並有大量的磨削力和磨削熱產生。磨削過程中由於磨粒形狀及分布狀態不一，砂帶表面的磨粒存在實際參加磨削的有效磨粒少於其磨粒總數的情況。因而同一時間內磨粒對金屬的擠壓、滑擦、耕犁和切削作用的大小不同，所得到的效果亦不同。甚至同一顆磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工時間裡所起的作用也不同，可見砂帶的磨削是十分複雜的。特別是磨粒切刃的負前角切削過程，切削條件很差，各階段的劇烈擠壓使磨削表面產生嚴重的塑性變形，而且大量塑性變形的金屬不是成為切屑流出，而是仍保留在已加工表面，所以加工表面的硬化現象嚴重，殘餘應力較大。由於磨粒的高速運動，加之磨粒切刃較鈍，在磨削區造成較大的摩擦和彈性、塑性變形，磨削過程中會有較大的熱量產生，導致磨削區工件表面溫度上升，將引起工件表面層發生變化。特別是在砂帶磨粒磨損嚴重時，磨削摩擦加劇，產生大量的磨削熱，使工件表層溫度急劇上升，導致表層金屬發生組織變化〈如燒傷、裂紋、熱應力等）。這也正是為什麼使用砂帶磨削有時仍會燒傷工件表面的一個原因。從微型刀具――磨粒的幾何結構看，其負前角大，后角小，特別是砂帶彈性磨削這一特點使磨粒在磨削時對工件產生的擠壓作用很強，遠遠大於切屑分離時的拉伸作用。在磨削垂直方向上，磨粒兩側的金屬都受到較強烈的擠壓，所以導致較大的殘餘壓縮應力形成。此外，工件表面在磨粒擠壓，滑擦，耕犁等綜合作用下，產生的塑性形變會引起晶格歪曲、畸變、金屬密度降低、比容增加，也會形成表面殘餘壓應力，下層形成拉應力。所以綜合以上分析可知，砂帶在磨削時，磨削力及塑變因素引起工件表面常常呈殘餘壓應力。這對零一些可靠性要求很高的零件加工（如飛機葉片、發電機轉軸等）是極其重要的。

所以，歸納起來，砂帶磨削的機理可以這樣總結：由於砂帶表面磨粒分布均勻、等高性好、尖刃外露、切刃鋒利，切削條件比砂輪磨粒好，使得砂帶磨削過程中，磨粒的耕犁和切削作用大，因而材料切除率大、效率高。

由於砂帶的彈性接觸狀態，使得砂帶磨粒對工件表面材料的擠壓和滑擦作用大，因而磨粒有很強的研磨、拋光作用，磨削表面質量好。

由於砂帶磨粒容屑空間大，磨屑堵塞造成摩擦加劇的可能性減少，由此產生的熱量少；由於砂帶與工件接觸弧長較大，單顆磨粒受力較小而且均勻；砂帶磨粒切刃鋒利，磨削時材料變形小，所產生的熱量相應也小，再加上砂帶周長長，散熱性好，因而砂帶在整個磨削過程中產生的磨削力和產生的磨削熱相對於砂輪來說就低得多，磨削溫度低，故有“冷態”磨削之稱。

特點與技術

引言

隨著現代科學技術的高速發展，由聚晶金剛石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN）等超硬材料製成的刀具品種越來越豐富，其性能也得到不斷發展和提高。刀片磨料粒徑從數十微米、幾微米到納米級；金剛石、立方氮化硼的含量分為低含量、中等含量和高含量；結合劑既有金屬、非金屬也有混合材料；PCD層厚度從毫米級到微米級；PCD層與硬質合金襯底的結合方式有平面、波紋面；PCD層有高耐磨、高韌性、高耐熱等不同特性。PCD、PCBN刀具的套用範圍擴大到汽車、航天航空、精密機械、家電、木材、電子電氣等行業，用於製作車刀、鏜刀、銑刀和鑽頭、鉸刀、鍃刀、鋸刀、鏤刀、剃刀等。

儘管PCD、PCBN刀具發展如此之快，但因其高硬度導致的刀具刃磨困難一直困擾著大多數用戶，刀片的重磨也主要由原刀具生產廠家來完成。不僅刀具價格高，交貨期長，而且占用企業流動資金。因此，很有必要認真研究PCD的磨削特點及PCD刀具的刃磨技術。

刀具的製造

PCD切削刀具的生產工藝流程一般包括拋光、切割、固接、刃磨、質檢等。PCD超硬材料毛坯直徑通常有1/2、1、2、3、4英寸，其表面一般較粗糙（Ra2－10μm），不能直接用於製作刀具，需經研磨拋光使其表面達到鏡面（Ra≤0.01μm），然後通過雷射切割或電火花線切割加工成一定幾何形狀和尺寸要求的刀片，再進一步對刀片和基體待固接面進行機械和化學處理，然後採用銀基硬釺焊將刀片固接於基體上，最後經金剛石砂輪刃磨。

PCD切削刀具製造技術的關鍵之一是切削刃的刃磨質量。優質刀頭材料缺乏理想的刃磨工藝和技術將會造成資源浪費，採用好的刃磨工藝則會提升刀具的產品質量，降低刀具使用成本。

材料加工特點

PCD是由特殊處理的金剛石與少量粘結劑在高溫超高壓下燒結而成。無序排列的金剛石晶粒使PCD具有均勻的、極高的硬度和耐磨性。PCD可用於切削刀具、砂輪修整、地質鑽探、量具測頭、拉絲摸具、噴砂摸具等。但是PCD的高硬度和高耐磨性也給其加工帶來了很大困難。

國內外學者針對PCD材料的高硬度和高耐磨性所帶來的加工難題進行了大量的研究和試驗，其中包括電火花加工、超音波加工、電化學加工、雷射加工等，並取得了一定效果。但綜合分析發現，這些加工技術多適用於PCD材料的粗加工場合。要想獲得好的PCD切削刃口質量，最理想的加工方法仍是用金剛石砂輪磨削或研磨。

PCD的磨削加工主要是機械和熱化學兩方面混合作用的結果。機械作用是通過金剛石砂輪磨粒對PCD材料的不斷衝擊而形成的金剛石的微破碎、磨損、脫落或解理；熱化學作用則是金剛石砂輪磨削PCD形成的高溫使金剛石發生氧化或石墨化。二者混合作用的結果致使PCD材料被去除。其磨削加工特點主要為：

⑴磨削力很大

金剛石是已知礦物中硬度最高的物質，與各種金屬、非金屬材料配對摩擦的磨損量僅為硬質合金的1/50－1/800；PCD的硬度（HV）為80－120KN/mm2，僅次於單晶金剛石，遠高於硬質合金。採用金剛石砂輪磨削PCD時，起始切削強度很高，約為硬質合金（0.4MPa）的10倍以上；比磨削能達1.2×104－1.4×105J/mm3；因此磨削力遠高於磨削硬質合金。

⑵磨削比很小

由於PCD的硬度和耐磨性很高（相對耐磨性為硬質合金的16－199倍），磨削PCD時其磨削比僅為0.005－0.033，約為硬質合金的1/1000－1/100000；磨削效率僅0.4－4.8mm3/min。因此，為了保證切削刀具的刃口質量和去除量，磨削時間很長、加工效率很低。此外，當PCD的硬度、含量、粒度不同時，其磨削時間也相差懸殊。

⑶粒度影響很大

PCD材料用於切削刀具按粒度主要分為三類：粗粒度（20－50μm）、中粒度（10μm左右）和細粒度（－5μm），其磨削力、磨削比相差幾倍至數十倍。粗粒度PCD磨削比最高，磨削也最困難，且磨削後刃口鋸齒狀最嚴重、質量最差，但耐磨性最強；細粒度PCD磨削比相對最低，磨削較易、磨削後刃口質量最好。

切削要求

基於PCD的上述磨削特點，用金剛石砂輪磨削加工PCD時對刃磨設備的要求比一般工具磨床高得多。主要有：

⑴工具機具有良好的工藝系統剛性

由於PCD材料硬度很高，因此磨床必須有較高的抗變形能力，特別是主軸系統和刀具裝夾系統。PCD切削刀具刃磨時磨削力一般達100－500N。因此要求工具機的軸徑大、軸承的軸向剛性和強度要高。

⑵工具機具有行程可調和速度可調的短程擺動機構

PCD磨削比極低，PCD的磨削加工機理主要是通過金剛石砂輪對PCD材料的不斷衝擊而形成的微破碎、磨損、脫落、解理等機械作用和氧化、石墨化熱化學作用混合的結果。因此採用短程擺動機構有利於提高磨削效率，改善刀具刃口質量。一般擺動距離0－50mm，擺動速度20－60次/分。

⑶工具機的刀夾具有高精度迴轉功能和線上檢測裝置

由於PCD材料硬脆而耐磨，通常將其刀尖設計為圓弧狀，以減小刀具和工件相對振動的幅值。為了實現刀尖圓弧的加工，工具機的刀夾應具有高精度迴轉功能和刀尖圓弧半徑尺寸與質量線上檢測裝置。這樣可避免多次裝夾帶來的定位誤差，同時可成倍提高加工效率。

PCD、PCBN

⒌1 刃磨工藝的選擇

切削刀具刃磨的目的之一是獲取性價比高的切削刃口質量，而質量好壞的關鍵在於刃磨砂輪粒度的選擇。砂輪粒度越細，切削刃崩口越小，而磨削效率越低。為此可根據刀具切削刃的精度、用途（見表1）或其失效程度（見表2），將PCD切削刀具刃磨工藝分為粗、精、細三個加工階段。根據具體情況制訂合理刃磨工藝可大幅度提高加工效率。

粗加工對刃口要求不高，可選電加工或磨削加工。電加工效率高，宜用於加工複雜刀具，如印刷電路板用鑽頭、切削強化木地板用成型銑刀等。磨削加工時可選粗粒度砂輪，刃磨時接觸面積大、磨削力高（300－400N），可快速去除多餘的加工餘量；細加工時選用細粒度砂輪，刃磨時接觸面積小、磨削力低（100－200N）、磨削髮熱量少，但材料去除率低。此階段主要是通過研磨和拋光，進一步改善切削刃口質量。精加工居於二者之中。

⒌2 刃磨工藝要點

⑴主軸精度要好，一般砂輪端面跳動應≤0.02mm。砂輪端面跳動過大，磨削時砂輪斷續衝擊切削刃，容易使切削刃發生崩口，難以獲得高精度切削刃。

⑵砂輪應具有良好的動平衡。砂輪的不平衡將導致工具機的振動，進而影響被加工刀具的刃口質量和加工精度。

⑶刃磨砂輪應優先選用陶瓷結合劑金剛石砂輪。因為在磨削過程中陶瓷結合劑易發生微裂使磨粒得到更新自銳，使磨削過程平穩，有利於提高加工表面的精度和效率；次之可選耐熱性較高的樹脂結合劑金剛石砂輪。

⑷適時注意砂輪開刃，且開刃油石粒度要合適。用金剛石砂輪加工PCD刀具時，砂輪會發生堵塞、鈍化、高溫和快速磨損，導致加工速度降低和振紋、噪音、燒傷的產生。通常選擇比所用砂輪粒度細1－2號的軟碳化矽油石作為開刃油石。

⑸因金剛石易與鐵系合金髮生化學擴散，加速砂輪磨損，因此應儘可能避免同時磨削金屬與PCD。

⑹砂輪迴轉方向務必從刀具前刀面向後刀面迴轉。從磨削時PCD 刀具切削刃的受力可知，當砂輪從刀具前刀面向後刀面迴轉時，其磨削力（切向與法向力之和）作用於切削刃向內，即刀具受壓應力，不易崩刀；反之則為拉應力，切削刃易崩口。若因刀具結構原因必須反轉刃磨時，則選用樹脂結合劑砂輪優於金屬和陶瓷結合劑砂輪。

⑺為了保證切削刃質量同時提高刃磨效率，可將刀具的后角分為大后角和小后角。用粗粒度砂輪先磨大后角，因接觸面大磨削力大，刃磨效率高；然後用細粒度砂輪刃磨小后角，將小后角的刃頻寬度控制在0.1－0.3mm左右，接觸面小刃磨質量好。

⑻儘可能在一次裝夾中完成對刀具切削刃的加工。

⑼PCD刃磨冷卻液應優選水基磨削液。由於PCD材料硬度高且耐熱性差，水基磨削液冷卻效果優於油基磨削液，可提高加工效率和刃口質量。另外磨削過程中冷卻要充分，不能斷流，避免因磨削液量小或斷續供給造成金剛石（砂輪、刀具）的大量消耗（氧化、石墨化）和刀具的刃口破損。

學術論

磨削液的PB、PD值與使用效果評定為了評定磨削液的PB、PD值對磨削力、磨削效率、磨削加工表面質量的影響，我們調整了磨削液中油性劑、極壓劑的含量和配比，製備出不同PB、PD值的試液，在專用試驗台上進行磨削力、砂輪最大堵塞值、磨削效率及加工粗糙度的考察；通過磨床加工零件的實地檢測，確認了PB、PD值與磨削工藝效果的關係。

最後將較好的配方與國外同型樣品作了攻絲扭矩的試驗對比，以考查比較其技術水平。專用台架試驗試驗專用台架的示意圖見圖1。供試溶液為1#和2#溶液，各自的參數見表2，試液配比濃度均為5%。試驗測定參數為：磨削力（法向磨削力Fn和切向磨削力Ft）；砂輪最大堵塞值（µA）；磨削效率用每修整1次砂輪後可磨削加工的工件數作為磨削效率指標（件/次）；磨削加工後的表面粗糙度Ra(µm），用砂輪修整前最後1件磨削加工件測得的表面粗糙度值和砂輪修整後的第1件磨削加工件測得的表面粗糙度值作為指標值。圖1 試驗專用台架的示意圖表2 專用台架試驗供試溶液參數供試溶液樣別摩擦係數µPB值/NPD值/N比值PD/PB1#溶液0.092686832.21.22#溶液0.08949011272.3表3 專用台架試驗結果試液樣別法向摩擦力FnN切向磨削力FtN磨削效率件/次砂輪最大堵塞值µA修整前最後1件表面粗糙度Raµm修整後加工第1件表面粗糙度Raµm1#72.6748.6478611.251.02#64.7243.15100440.90.7對比-10.94-11.29+28.21-27.87-0.35-0.30由表3可以看出：1#試液由於PB值較高，形成的潤滑膜較為牢固，磨削時因為要同時撕破這種膜，就要消耗更多的功；而在極壓狀態，由於PD值較低、沒有化學反應或物理沉積形成低剪下膜的條件，表現為磨削力較高和起伏波動較大，作為這種起伏變化的後果，磨削加工面的粗糙度也相應較高。與此同時，砂輪也會受到較大反作用力的衝擊，易於形成粘附磨損和擴散性磨損，使砂輪空隙堵塞變鈍。

2#試驗液PB值較低，工件上形成的潤滑膜易在磨削時去除；它的PD值較高，在極壓狀態能在被加工面不斷形成易於磨削的低剪下膜，磨削力較小且波動較為平穩，基於同樣的理由，砂輪受損較小，能保持鋒利並可獲得較好的磨削質量。試驗磨削力記錄曲線見圖2和圖3。圖2 1#（5%）磨削力曲線圖圖3 2#（5%）磨削力曲線圖4 PD/PB比值對磨削比G影響的試驗曲線磨削比的試驗檢測在磨削加工中通常用磨削比G來表征砂輪的耐用度，而當砂輪、被加工材料和其他機械加工條件相同時，G就可以用來作為磨削液質量的評價指標之一。這裡，G=Vm/Vs。式中：Vm為每磨削工件100件的金屬磨除量，mm&sup3；；Vs為每磨削工件100件的砂輪磨損量，mm&sup3；。為了尋求最佳的磨削比G效果，重新調整了配方中的油性劑、極壓劑的用量和配比，獲得了不同PB、PD值的試液，在磨床上進行實際磨削加工和測試。試驗條件為：工具機為M8810外溝磨床；砂輪規格為GB180R×；6，材質是橡膠砂輪砂輪圓周速度Vs=24，000r/min；試件為軸承外套，材質GCr15鋼，尺寸203/01；試件轉速：NW=840r/min。用千分表分別測量磨削加工前後的工件尺寸和砂輪尺寸，計量出Vm和Vs。每次加工、測量100件，重複進行3次，取3次的平均值，試驗結果見圖4。可見，磨削比G隨PD/PB的比值增大而提高。在試驗的設定範圍內幾乎呈直線關係。高的PD值和適當的PB值可減少砂輪磨損，提高磨削效率，其結果和台架試驗的結果相吻合。攻絲扭矩試驗基於上述專用台架試驗和磨削比試驗，為了和國外同型產品（美國產合成液，為中國引進設備中比較廣泛採用的一個品種）進行比較，製備了A、B型2種SP202合成磨削液，在上海大學研製的快速攻絲扭矩試驗機上進行了攻絲扭矩的測定。攻絲扭矩試驗條件為：10mm標準絲錐，攻絲材料CrMo45鋼，攻絲轉速200r/min，試液濃度5%。試液參數和攻絲試驗測定結果見表4。

試液參數和攻絲扭矩試驗測定結果溶液樣別PB值NPD值NPD/PB比值攻絲扭矩測定值 N·cm第1次第2次平均值合成液（美）372.41234.83.32161.7161.7161.7試液A372.41234.83.32147.0150.0148.5試液B431.215683.64117.6132.3124.95攻絲扭矩試驗中，試液A與進口樣品比較，PB、PD值相當，而攻絲扭矩測試結果僅降低了8.16%，其差異可能是由於滲透、清洗能力不同所致。試液B由於PD/PB值比進口試樣高，而攻絲扭矩測定結果比較，降低了22.75%。這就為SP202磨削液替代進口產品提供了技術依據。從上述3種試驗的結果可知，得到的結論是一致的，即在一定條件下，磨削液的PD/PB值是決定磨削工藝效果的重要參數之一。而僅依靠PB值來判斷磨削液摩擦特性的作法顯然是不完善的。磨削液的生產驗證SP202磨削液已在十多家單位生產套用數年，根據各單位的使用試驗報告，和過去使用的乳化液相比，可提高磨削比1-1.7倍，磨削量增加40%-75%，砂輪損耗降低26%-75%，改善加工表面粗糙度1-2小級；而且由於其不含油劑和有害成分，無臭、無刺激性，有利於環境保護，對操作者健康無害，受到了普遍歡迎。結語通過專用台架試驗和磨削比試驗，確認僅用PB值來表達磨削液的摩擦特性是不完善的；在一定條件下PD/PB比值和磨削液的磨削比G呈線性關係，應作為判斷磨削液性能的主要參數之一。據此研製出的SP202磨削液在生產使用中顯示了良好的技術經濟效益。