文档介绍：磨削力与磨削振动 Grinding force and vibration
栗正新教授
河南工业大学材料学院
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第一节磨削力
一是磨削过程中工件材料发生弹性和塑性变形时所产生的阻力;
二是磨粒与工件表面之间的摩擦力。
Fn称为法向磨削力
Ft称为切向磨削力
Fa称为轴向磨削力
F=Fn十Ft十Fa
1、来源
2、磨削力的分解
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图3-2 各种磨削加工方式的三个磨削分力
a) 外圆磨削 b) 内圆磨削 c)卧式平面磨削 d)立式平面磨削
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一般,Fn>Ft>Fa,而法向磨削力与切向磨削力的比值Fn/Ft,是加工中一个重要数据,它可间接地说明砂轮工作表面磨粒的锋利程度。因为随着磨粒的钝化,将引起F的急剧增大,使砂轮磨损加快,系统振动增加,噪声加大,工件表面粗糙度上升和表面质量恶化等。所以,它也可作为砂轮耐用度的判断依据之一
三个分力的关系
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ᆞ砂轮速度v砂↑→单位时间内参与切削的磨粒数量↑→每个磨粒的切削厚度↓→磨削力↓
ᆞ工件速度vω、fa ↑→单位时间内磨去的金属量↑→每个磨粒的切削厚度↑→磨削力↑
ᆞ径向进给量fr ↑→每个磨粒的切削厚度↑、砂轮与工件的磨削接触弧长↑→同时参与磨削的磨粒数↑→磨削力↑
ᆞ砂轮磨损↑磨削力↑
3、影响磨削力的因素
1)磨具条件:磨料、粒度、结合剂、组织、硬度、磨具修整
2)工件条件:工件材料的硬度、强度、塑性、
3)工艺参数条件:
4)磨削液条件:液体成分、润滑冷却性能、供液压力
5)机床工艺系统的刚性和机床的精度
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Ft=KtαVS-βVwγVaδBε
4、磨削力的实验式:
Ft=KVs-βVwγtα
5、比磨削能
磨除工件上单位体积的金属所消耗的能量叫比磨削能
U=W/V
切屑的大小对比磨削能的影响被称之为尺寸效应
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比磨削能对于估计磨削力和功是一个很有用的量
在钢坯的荒磨中,一个切屑的厚度大约g=,,若以500公斤/小时(1093cm3/min)的速率切除金属,最小的功率消耗可估计如下:
(马力)=12750(J/S)
如果Vs=80m/s
(Kg)
若取Fn=3Ft倍,则
Fn=636(kg)
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6、磨削力的测量
(1)功率计法:功率计法是根据电动机输入功率来计算切向磨削力的。由于磨床的砂轮轴多由独立的电机直接驱动,因此,可用电功率表实测磨头电动机的功率PE,然后按下式计算:
式中ηR--电动机传动效率;
PE--磨头电动机实测输入功率(kW);
nS--砂轮转速(r/s);
DS--砂轮直径(mm)。
(2)电阻应变测力法
(3)电容式测力仪
(4)压电原理的平面磨削测力仪
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第二节磨削中的振动
在磨削加工中,振动对表面光洁度、磨削精度、砂轮的寿命带来的不良影响尤为突出。因而振动是影响产品质量和生产率的一个重要因素。
一、磨削中的振动形式
1、自由振动如磨床周围其它机械产生的冲击力,磨床砂轮架快速进退或工作台换向时引起的振动属于自由振动
2、强迫振动如磨床电机的转子的不平衡、砂轮的不平衡等因素引起的振动
3、自激振动自激振动又叫做颤振,颤振是由系统自身产生的交变力所维持的振动。磨削过程中不断波动的磨削力就是维持颤振的交变力
其中自由振动和强迫振动,只要找出振源,总是可以找到消除它们的方法。而发生在砂轮和工件之间的颤动,不会因为有阻尼而衰减,一旦振动产生便会有增无减
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二、稳态和动态切削过程
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