车轮载荷下镁合金加工的磨粒效率和表面粗糙度

Nguyen Tien Dong, Koji Matsumaru, Masakazu Takatsu和Kozo Ishizaki

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AZojomo (ISSN 1833-122X)第6卷2009年8月

主题

摘要
关键字
介绍
实验的程序
结果
讨论
结论
确认
参考文献
详细联系方式

摘要

砂轮载荷是决定砂轮可磨削性的主要因素之一。它会导致磨削力和磨削温度的增加，从而导致磨削样品表面完整性的恶化。采用新研制的杯形六方型金刚石砂轮对AZ31B镁合金进行磨削。计算每个磨削道通过一个单位长度的样品表面的磨粒数Ng，以评价砂轮加载条件下的磨削表面和砂轮的磨粒效率。在不装轮的情况下，所有六边形砂轮的表面粗糙度数据在粗糙度vs. Ng图中形成一条曲线，而传统砂轮的表面粗糙度数据形成另一条曲线。两曲线的差异表明，六角形砂轮的有效加工磨粒数是常规砂轮的5倍左右。当车轮加载时，尽管车轮转速更高，Ng值也更高，但地表会被破坏，即地表会变得更粗糙。在粗糙度vs. Ng图中，六边形车轮在加载条件下的粗糙度数据落在常规车轮的直线上。结果表明，在加载条件下，六角形砂轮的有效加工磨粒数减少，与常规砂轮的有效加工磨粒数接近;

关键字

砂轮加载，镁合金，六角结构，杯形金刚石砂轮，表面粗糙度，磨削

介绍

由于汽车工业努力实现更低的燃料消耗，对轻金属作为轻型建筑材亚博网站下载料的需求已经出现。镁合金是建筑中使用的密度最低的金属材料(ñ = 1.8 g.cm亚博网站下载^－3)，并提供了高达35%的减重潜力，即使相对于铝[1]。这使得汽车制造商能够满足更轻车辆的监管要求，并相应减少排放，尽管对车载设备的需求越来越大。app亚博体育

在磨削这些轻材料时，主要关注的是“砂轮加载”，这可以定义为当工件材料的颗粒粘在磨粒亚博网站下载上或嵌入到砂轮上的磨粒之间的空间时，砂轮的状态。yabo214在这种情况下，由于磨粒或粘结剂破裂，磨削力和磨削温度会上升到一定程度，导致砂轮表面完整性恶化，砂轮磨损率更高。

yossion等人发现，随着车轮硬度等级[3]的增加，在操作中加载时转移到车轮上的金属面积增加。yossion等人提出了检测砂轮表面活性晶粒的方法，在[4]载荷条件下，工件材料与活性晶粒的粘附降低了活性晶粒的数量。然而，活性磨粒是指那些直接作用于地面的磨粒。在砂轮表面，磨粒随机分布，突出高度不同。许多研磨颗粒一个接一个地移动并穿过以研磨样品表面。只有在前一个颗粒形成的沟槽的不同位置的颗粒或有足够高的突出度的颗粒才能接触并形成另一个沟槽来去除地面材料。其他的颗粒不接触地面，它们的位置与之前的颗粒形成的凹槽相同，并且/或突出高度较低。换句话说，这些谷物并不有效。因此，yossion等人提出的检测活性颗粒数量的方法不能满足实际的活性颗粒数量。Nguyen等人开发了一种通过测量表面粗糙度[5]来检测活性颗粒数的新方法。 By evaluating the number of abrasive grains which pass through a unit length of a sample surface for each grinding pass, they revealed that the abrasive grains work effectively for newly developed cup-type diamond grinding wheels with hexagonal pattern is about 5 times higher that those of the conventional wheel on grind a hard-to-machine ceramics [5].

以AZ31B镁合金为代表，采用新研制的杯形金刚石砂轮和常规砂轮进行磨削。亚博网站下载本文的目的是评价在砂轮加载条件下加工轻金属的活性磨粒。

实验的程序

本文采用Kim等人开发的RFF磨削系统来评价磨削速度[6,7]。在此过程中，工作台给料力保持在3.8 N不变。样品为AZ31B镁合金(Al 3%， Zn 1%， Mn 0.45%)(日本长冈工业大学Kamado实验室，长冈，日本)，尺寸为50 × 40 × 1.5 mm，放置在真空钳上。磨石比，R定义为含磨粒的六角边面积与砂轮表面总面积的比值。使用了4个新开发的不同R(13%， 19%， 25%和36.0%)的金刚石砂轮和一个常规砂轮(R 100%)(#200，陶瓷结合剂20重量%，NanoTEM Co. Ltd, Nagaoka, Japan)，如表1所示。

表1。磨石比，R为六角砂轮和常规砂轮。

砂轮转速n分别为500、1500、3000 rpm，每次切割深度为10µm，总切割深度为200µm。在每次研磨实验前，这些轮子都要重新修整。在修整、修整和磨削过程中，以0.5 l/min的流速将冷却液喷入砂轮与试样的接触区。磨削条件如表2所示。

表2。砂轮规格、磨削条件及样品。

磨轮		磨削条件		样本
直径:		转速:n/ rpm 500、1500、3000		材料AZ31B
外,维O	250毫米	切削深度,	10µm	维	50 x40毫米
内,维我	80毫米	总切削深度	200µm	厚度	1.5毫米
粒度(#200)，d	74µm	恒定的工作台进给力	3.8 N
粘接材料	玻化	冷却剂水,	0.5 lmin－1

在磨削过程中，记录每个磨削道次的磨削时间，得到工作台进给速度Sf。由于工作台在恒力下进给，工作台进给时间由磨削条件决定，如可磨削性和磨削深度。样品表面粗糙度Ra是用剖面仪(Surfcom 3000A，东京精光株式会社，东京，日本)测量的。

结果

使用RFF加工系统可以计算出Sf为:

在维_OD_我砂轮外径和内径分别为L_年代样品长度为50mm, t为每道研磨的研磨时间。

图1 (a)和(b)是S_f和R_一个作为不同n(500, 1500和3000转/分)R的函数。车轮加载不发生n = 500, 1500 rpm，但只有3000 rpm。对于所有的砂轮，在给定的n, S_f随着R的增加而减小。年代_f随着n的增加变得更快。表面粗糙度随着n和R的增加而减小。对于给定的n，较高的Ra，即传统的车轮得到一个粗糙的表面。当n = 3000转/分车轮加载时，砂轮转速n越高，磨削表面损伤越大，表面粗糙度增大。

图1所示。(a)给料速度，S_f在不同的n, 500, 1500和3000 rpm下，作为R在百分比的函数。对于所有的砂轮，在给定的n, S_f随着R的增加而减小。(b)不同n, 500, 1500, 3000 rpm时，样品表面粗糙度Ra是R的函数。Ra随着n或R的增加而减小。

讨论

有效的加工磨粒

通过试样表面单位长度的磨粒数Ng计算为:

L在哪里_一个是阿基米德螺线长度，z呢_一个单位面积内的研磨粒(约30粒/毫米²就目前情况而言)。详细的计算方法在[5]处给出。

所有未加载形式的六角形车轮表面粗糙度数据在一条曲线中，即图2所示曲线(I)。

图2。表面粗糙度,R_一个与通过一个单位长度的样本表面的磨粒数相比，Ng代表六角形车轮和没有车轮加载的传统车轮。所有六角形车轮的表面粗糙度数据形成在一条曲线上，即曲线(I)。

星号表示R_一个常规车轮数据。在相同的Ra条件下，常规车轮的Ng比六角车轮的Ng大。图3中添加了砂轮加载条件下砂轮的Ra数据。R_一个传统车轮的数据和六角形车轮加载条件下的Ra数据形成另一条曲线，即曲线(II)，如图3所示。当车轮加载发生时，地面被损坏，即R_一个增加六角轮也。

图3。表面粗糙度,R_一个与通过一个单位长度的样品表面的磨粒数相比，Ng代表有或没有加载条件下的砂轮。R_一个加载条件下六角轮的数据和R_一个传统的车轮形成一条曲线，即曲线(II)。

造成这种现象的原因可能是传统砂轮、六角砂轮和磨削轮在加载条件下的有效加工磨粒数不同。将1 / 5乘以曲线(II)的Ng值，曲线(II)与曲线(I)叠加，如图4所示。

图4。表面粗糙度,R_一个与通过一个单位长度的样品表面的磨料颗粒的数量，Ng为每个研磨通道。将传统车轮曲线(II)与六边形车轮曲线(I)叠加，将五分之一乘以曲线(II)上的Ng值。

换句话说，在车轮加载条件下，六角砂轮的有效加工磨粒数是传统砂轮和六角砂轮的5倍左右。在载荷条件下，六角形砂轮的有效加工磨粒数与常规砂轮相似。产生这种现象的原因可能是由于工件材料与磨粒之间的粘附，使砂轮上的磨粒之间的空隙被填满，导致许多磨粒无法工作以去除工件材料。在车轮加载条件下，将常规车轮的Ng乘以1 / 7,Ng叠加在曲线(II)上，如图5所示。

图5。表面粗糙度，Ra与通过试样表面单位长度的磨粒数，Ng为每道磨削。传统的3000转/分车轮加载点叠加在曲线(II)上，500转/分和1500转/分没有车轮加载，乘以七分之一的车轮加载点。

因此，在砂轮加载条件下，常规砂轮的有效工作磨粒数是常规砂轮的7倍左右。用该评价方法可以得到砂轮的可磨削性。这为设计高效的砂轮提供了新的途径。

结论

本文采用常规和新研制的六方金刚石砂轮对镁合金进行磨削。可以总结如下:

1. 通过表面粗糙度测量来评价磨粒效率的方法可以设计出更高效的砂轮，如六角形砂轮。新研制的砂轮可以有效地磨削镁合金等轻质软金属。
   
2. 在镁合金磨削中，无载荷条件下六角砂轮的有效加工磨粒数是常规砂轮的5倍左右。
   
3. 在加载条件下，六角形砂轮的有效加工磨粒数量减少，达到与常规砂轮相似的数量。
   
4. 无加载条件下常规砂轮的有效磨削粒数比加载条件下常规砂轮的有效磨削粒数高7倍左右。
   
5. 采用表面粗糙度测量的评价方法与目前其他方法相比，在载荷条件下测定活性磨粒具有一定的优越性。
   

确认

作者感谢教育、文化、体育、科学和技术省和日本政府通过21世纪卓越中心(COE)项目和长冈市区域科技促进区对这项工作的部分支持。亚博老虎机网登录

参考文献

1. b.l. Mordike和T. Ebert，“镁的性能-应用-潜力”，材料科学与工程A302(2001) 37-45。亚博网站下载亚博老虎机网登录
   
2. 李建平，“镁合金加工工艺的研究”，《机械工程学报》，第1卷，第1期，第1期。亚博网站下载
   
3. 陈晓明，“高粘着磨削加工技术的研究进展”，机械工程学报，40(1):1- 7。
   
4. S. yossion和C. Rubenstein，“砂轮磨损时磨削工件显示高附着力”，国际。j·马赫。Tool Des. Res. 22[3](1982) 159-176。
   
5. 阮文俊，“利用新型杯形金刚石砂轮加工陶瓷的磨粒效率与表面粗糙度”，中国机械工程，12(2008)。
   
6. A. takahata和K. Ishizaki，“硅片和烧结铝的磨削行为”₂O_3.“一种恒力进给磨削系统”，中国机械工程，vol . 25, no . 5，(2003) 50-53。
   
7. 松maru, K. Kim, K. Matsumaru, A. Takata, K. Ishizaki，“利用调节力进给磨削系统减少陶瓷加工缺陷”，中国机械工程，vol . 22, no . 3，(2004) 529 - 531。
   

详细联系方式

Nguyen Tien Dong, Koji Matsumaru, Kozo Ishizaki
长冈工业大学
长冈,新泻940 - 2188
日本

Masakazu Takatsu
Nano-TEM有限公司
Shimogejo 1 - 485
长冈,新泻940 - 0012
日本

论文发表在“Advances in Technology of Materials and Materials Processing”，11[1](亚博网站下载2009)19-24。