圖1 振動(dòng)磨削試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

1 試驗(yàn)裝置、條件及方法

1. 試驗(yàn)條件
   1. 試驗(yàn)用精密磨床為M170，最小進(jìn)給量為：0.01mm/ 次：
   2. 試驗(yàn)用材料為壓熱燒結(jié)Mn-Zn 鐵氧體，尺寸為：20×20×20 及Ø18×2數(shù)件兩種，表面已粗磨，用工作臺(tái)上的小型專(zhuān)用夾具定位和夾緊：
   3. 試驗(yàn)用砂輪為40號(hào)白剛玉砂輪，采用鋼基座金剛石筆修整，砂輪徑向跳動(dòng)量控制在0.01mm 之內(nèi)：
   4. 檢測(cè)表面粗糙度儀器為英國(guó)產(chǎn)Tayor-Hossor輪廓儀(測(cè)量精度比真實(shí)值小一級(jí))。
2. 實(shí)驗(yàn)方法
   1. 每磨一個(gè)試件樣品前，用金剛石筆修整砂輪，修正導(dǎo)程為0.05mm/r，修正深度為0.01mm，修正次數(shù)為2 次：
   2. 工件橫向進(jìn)給量為0.2mm/ min：
   3. 磨削深度為0.02mm/次：
   4. 縱向工作臺(tái)速度為13.0mm/min：
   5. 在每一個(gè)固定激振頻率和工作臺(tái)振幅下，向下進(jìn)給5次，光磨2次：
   6. 磨削液為NaNO₃水溶液：
   7. 砂輪轉(zhuǎn)速為1500r / min。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)分析

1. 工件表面的完整性
   因?yàn)殍F氧體材料是硬脆材料，磨削加工后表面的凹坑、裂紋、劃痕等表面缺陷情況是標(biāo)定工件表面質(zhì)量的重要特征，為此，我們應(yīng)用金相顯微鏡分別觀察了同等條件下的振動(dòng)磨削試件和普通磨削試件，發(fā)現(xiàn)如下特征：

   1. 在普通磨削中，存在明顯刀痕。即磨粒在表面劃過(guò)切痕，切痕槽兩側(cè)有一定塑性變形，而在振動(dòng)磨削中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)切痕。
   2. 盡管振動(dòng)磨削中切削深度更大，但和普通磨削相比凹坑分布均勻，凹坑的面積大小和深度都明顯低于普通磨削的情況。
   砂輪是一種多切削刃加工，其圓周表面具有很多位置不同的磨粒，再加上工作臺(tái)縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)工作臺(tái)的橫向振動(dòng)，使得不同位置磨粒在工件表面上所切削的溝痕是相互交錯(cuò)的，因此，形成良好的表面質(zhì)量，達(dá)到加工要求。從硬脆材料切屑形成過(guò)程可知，硬脆材料受到磨粒切削時(shí)，最初產(chǎn)生微裂紋，而后擴(kuò)展到使材料成塊狀脫落的裂紋，裂紋的長(zhǎng)度和深度增大，隨之出現(xiàn)塊狀切屑，其大小決定工件表面的凹坑和深度。振動(dòng)磨削時(shí)，由于其特有的方法，在一個(gè)周期中，磨粒改變著切削方向，并多方向地參與切削，無(wú)數(shù)顆不同位置磨粒同時(shí)這樣做的結(jié)果，就是每顆磨粒的切削長(zhǎng)度被許多其它磨粒的切削長(zhǎng)度截短，形成相互交錯(cuò)網(wǎng)狀的切痕，而這樣做的結(jié)果就是當(dāng)工件表面的微裂紋剛隨著切削的進(jìn)行迅速發(fā)展，尚來(lái)不及在長(zhǎng)度和深度方面的裂紋相遇，彼此貫通了，也就是在還沒(méi)來(lái)得及發(fā)展到普通磨削所達(dá)到的斷裂程度之前，而提前發(fā)生了脆性斷裂，自然形成的塊狀切屑體積就小得多，因此，在工件表面留下的凹坑無(wú)論大小和深淺都比普通磨削時(shí)要小得多。
2. 工件的表面粗糙度分析
   根據(jù)表1中試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著振幅的增大，表面粗糙度值在我們考查范圍內(nèi)(<2mm)具有逐步下降的趨勢(shì)，如圖2所示。在磨削加工中，隨著工作臺(tái)振幅的提高，切痕的相互交錯(cuò)截?cái)嘣鰪?qiáng)，由于砂輪表面數(shù)以萬(wàn)計(jì)磨粒彼此相互增強(qiáng)了這種截?cái)嘟诲e(cuò)作用，使得每一個(gè)磨粒自身的切痕被截?cái)嗟酶?、更密，因此，被磨削表面微裂紋發(fā)展貫通，而脫落的塊狀切屑變得更小，從而工件表面留下的凹坑面積更淺、更小，即表面粗糙度值下降。根據(jù)表2可以繪制出頻率和表面粗糙度的關(guān)系圖，如圖3所示。從圖中可以看出，它們之間并不具備某種趨勢(shì)，只是在20Hz左右得到了最好的效果，而在9.8Hz 和27Hz左右振動(dòng)激烈，出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，效果最差、振動(dòng)磨削本身是一種受迫振動(dòng)，當(dāng)其激振頻率和激振對(duì)象固有頻率相等或接近時(shí)發(fā)生共振。當(dāng)工藝系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)，水平振動(dòng)不穩(wěn)定及垂直方向振動(dòng)加大，導(dǎo)致表面粗糙度惡化。而9.8Hz和27Hz正是共振頻率區(qū)，因此，振動(dòng)磨削時(shí)，要達(dá)到好的效果必須避開(kāi)共振區(qū)附近的振頻帶，且要提高系統(tǒng)垂直方向剛度。

圖2 振幅-表面粗糙度之間關(guān)系圖

圖3 頻率-表面粗糙度之間關(guān)系圖

4 結(jié)論

1. 振動(dòng)磨削作為一種新型有效方式，具有普通磨削不易達(dá)到的良好工藝效果，無(wú)論是表面粗糙度值，還是表面缺陷分布等指標(biāo)都比普通磨削理想：
2. 以垂直于砂輪線速度方向工作臺(tái)橫向振動(dòng)為特征的振動(dòng)磨削方式，其切屑形成機(jī)理表現(xiàn)為表面微細(xì)溝槽成形，可以解釋磨削效果與振幅、振頻的變化關(guān)系：
3. 振動(dòng)磨削對(duì)機(jī)床設(shè)備，特別是振動(dòng)工作臺(tái)部分的制作和裝配提出了較高要求，沒(méi)有高精度的振動(dòng)裝置就會(huì)降低甚至抵消振動(dòng)磨削帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)：
4. 振動(dòng)磨削進(jìn)行時(shí)，應(yīng)該避開(kāi)工藝系統(tǒng)的固有頻率帶，一般在低頻振動(dòng)或超聲波振動(dòng)磨削。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#