磨削層體積構成

       磨粒體積 VG 、結(jie)合劑體積VB 和氣孔率 VP 的百分比相加等(deng)于 100%。

       磨料層(ceng)的(de)質量(liang) m 由磨粒質量(liang)和(he)粘(zhan)結質量(liang)組成，由它們(men)各自的(de)密度(du) ρG 和(he) ρB 定義。

       磨(mo)粒、結合(he)劑(ji)和氣孔的體(ti)(ti)積組成可以用(yong)三元圖(tu)(tu)來表(biao)示(shi)（圖(tu)(tu) 1）。圖(tu)(tu)1 中的相圖(tu)(tu)顯示(shi)了具有等(deng)(deng)(deng)屬性(xing)的線，如磨(mo)粒等(deng)(deng)(deng)體(ti)(ti)積線、結合(he)劑(ji)等(deng)(deng)(deng)體(ti)(ti)積線、氣孔率等(deng)(deng)(deng)體(ti)(ti)積線和磨(mo)粒-結合(he)劑(ji)等(deng)(deng)(deng)比例線。

       磨料等體積線通常被稱為 "等結構線"。此外，磨料等體積線通常定義了普通砂輪名稱中的組織號或(huo)超硬砂(sha)輪的濃度數值。

       通過振動(dong)和(he)壓縮研磨(mo)輪混合物可以獲(huo)得最大的(de)填充密度(du)，然后(hou)進行硬化或(huo)燒(shao)結(jie)；堆(dui)積(ji)密度(du)較低(di)的(de)工具仍需(xu)要有(you)足(zu)夠的(de)磨(mo)粒接觸，這樣在(zai)淬火或(huo)燒(shao)結(jie)時工具的(de)形(xing)狀才不會(hui)松散。

圖1中(zhong)的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)粒-結(jie)合(he)劑(ji)等比(bi)(bi)例(li)線(xian)都經過(guo)三元相圖的(de)(de)(de)一個頂(ding)點，Vp，此時磨(mo)(mo)削(xue)層的(de)(de)(de)理(li)論氣孔率(lv)為 100% [DECN70]。最(zui)大的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)粒-結(jie)合(he)劑(ji)比(bi)(bi)例(li)和(he)最(zui)小(xiao)的(de)(de)(de)結(jie)合(he)劑(ji)當量由研磨(mo)(mo)工具體的(de)(de)(de)強度要(yao)求決(jue)定(ding)；最(zui)小(xiao)的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)粒-結(jie)合(he)劑(ji)比(bi)(bi)例(li)由實際制(zhi)造經驗(yan)決(jue)定(ding)。

       一些研究人員在三元圖（ 圖2）中展示了最常見的磨具成分范圍(wei)。這些范圍(wei)的界限可以(yi)通過(guo)添加(jia)造孔劑或(huo)使(shi)用(yong)熱壓(ya)方法(fa)來突(tu)破 。

       一般來說，超硬磨料(liao)砂輪的磨粒(li)體積百分比較低 。

       對于大多數砂輪來說，硬度等級通常不會與氣孔等體積線重合，砂輪制造商在三元圖中會有更復雜的硬度線。CBN工具的磨粒濃度往往高于金剛石砂輪（按體(ti)積計算可達50%），特別是在(zai)內圓磨削(xue)和許多外圓磨削(xue)應用中。因此，CBN 砂輪的(de)(de)結構數(shu)（組織號）被限(xian)制在(zai)一(yi)個(ge)較小的(de)(de)范圍內.

       在磨(mo)粒(li)比(bi)例不變的情況(kuang)下，結合劑比(bi)例越高(gao)，結合橋(qiao)越厚，磨(mo)粒(li)越緊(jin)密（圖3 (a) 和 (b)）。這將增加砂(sha)輪(lun)強度(du)、楊氏(shi)模量、硬度(du)和密度(du) 。

       磨(mo)(mo)料含(han)量和(he)結合(he)劑含(han)量可以通過保(bao)持結合(he)劑規格不變(bian)并改變(bian)磨(mo)(mo)粒濃度，或同時改變(bian)結合(he)劑規格和(he)磨(mo)(mo)料濃度來計(ji)算(suan)。常見的方法(fa)是根據(ju)結構數（組織號），Ns，按照(zhao)下面公式計(ji)算(suan)磨(mo)(mo)粒體(ti)積，(來源[Theory and Application of Machining with Abrasives, 2nd edn. Industrial Press (2008). ISBN9780831132477])

       Ns 結構(gou)(gou)數(shu)，范圍為0-4（緊密結構(gou)(gou)）、5-8（中等結構(gou)(gou)）、9-14（寬松結構(gou)(gou)）

       實現成(cheng)分平(ping)衡是一項復雜的(de)(de)任務(wu)（圖3）。在磨(mo)粒體(ti)(ti)積不變的(de)(de)情(qing)況下，增加(jia)結(jie)合劑體(ti)(ti)積會(hui)使粘結(jie)橋更牢(lao)固(gu)，并提(ti)高整體(ti)(ti)抗彎強(qiang)度(du)和彈性(xing)。較高的(de)(de)結(jie)合劑體(ti)(ti)積可能(neng)會(hui)導致(zhi)(zhi)由于較強(qiang)的(de)(de)把持力而(er)造(zao)成(cheng)的(de)(de)較高比例的(de)(de)磨(mo)粒破(po)碎(sui)，導致(zhi)(zhi)自(zi)銳(rui)性(xing)降(jiang)低。磨(mo)粒體(ti)(ti)積越大，意味(wei)著更多的(de)(de)活動(dong)切削刃(ren)緣，單個磨(mo)粒的(de)(de)負荷就(jiu)越小，磨(mo)損就(jiu)越小，但摩(mo)擦就(jiu)越大。

       磨(mo)削層中磨(mo)料(liao)(liao)顆(ke)粒(li)、結合劑材(cai)(cai)料(liao)(liao)和氣孔的均勻分布對于保持(chi)穩定的加(jia)工(gong)性能至(zhi)關重要。磨(mo)料(liao)(liao)分布不均勻會導致(zhi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)去除過程不均勻，進而導致(zhi)切削厚(hou)度發生變化。這(zhe)導致(zhi)磨(mo)粒(li)上(shang)的載(zai)荷變化，影(ying)響工(gong)件表面的生成以及砂輪的磨(mo)損行(xing)為(wei)。

       氣孔率

       氣孔(kong)是將冷卻潤滑劑輸(shu)送(song)到(dao)切削(xue)(xue)點(dian)并將切削(xue)(xue)從切削(xue)(xue)點(dian)帶走的(de)必(bi)要條(tiao)件。在高材料去除率和高速(su)磨削(xue)(xue)過程中(zhong)，氣孔(kong)對于將足夠的(de)冷卻潤滑劑輸(shu)送(song)到(dao)磨削(xue)(xue)間(jian)隙(xi)中(zhong)更為重要。切削(xue)(xue)面(mian)不連(lian)續(xu)的(de)砂輪與(yu)多孔(kong)砂輪具有(you)類(lei)似的(de)效果。

       通過(guo)公式 上節(jie)的(de)(de)公式，氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(kong)率(lv)可(ke)受磨料和結合(he)計(ji)材料體積(ji)(ji)成(cheng)分的(de)(de)影響。原則上，有兩種方法(fa)可(ke)以主(zhu)動產生氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(kong)。一種是(shi)在(zai)工(gong)具(ju)制造過(guo)程中(zhong)物質燃燒(shao)，另一種是(shi)在(zai)磨料加工(gong)過(guo)程中(zhong)中(zhong)空物質破裂(lie)。氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)比例(li)因(yin)研(yan)砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)結合(he)劑類型而(er)(er)異(yi)。樹脂(zhi)結合(he)劑砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)基本(ben)上沒有氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(kong)，而(er)(er)陶瓷結合(he)劑砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)的(de)(de)氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(kong)率(lv)可(ke)以達到體積(ji)(ji)的(de)(de)70%。金屬結合(he)砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)中(zhong)的(de)(de)氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(kong)不能像陶瓷結合(he)劑砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)中(zhong)的(de)(de)氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(kong)那樣容納冷卻(que)潤滑(hua)液。超(chao)多孔(kong)(kong)(kong)(kong)砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)的(de)(de)氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(kong)可(ke)超(chao)過(guo)磨粒尺(chi)寸的(de)(de)數倍。

       磨(mo)具的(de)氣(qi)孔(kong)(kong)率會影(ying)響(xiang)其機械(xie)強度(du)。研(yan)究人員指出，氣(qi)孔(kong)(kong)率增加20% 可使彈性(xing)(xing)模量降至原始(shi)值的(de) 60%。工具變得更(geng)軟，有效動態硬度(du)也會受(shou)到影(ying)響(xiang)。氣(qi)孔(kong)(kong)可視為磨(mo)具材料(liao)(liao)中(zhong)的(de)不(bu)連(lian)續性(xing)(xing)，會導(dao)(dao)致(zhi)應力集中(zhong)。后者會導(dao)(dao)致(zhi)裂紋和疲勞(lao)斷裂。然而，不(bu)連(lian)續性(xing)(xing)的(de)影(ying)響(xiang)取(qu)決(jue)于(yu)結合(he)劑系統、幾何孔(kong)(kong)隙結構、氣(qi)孔(kong)(kong)大小、均勻性(xing)(xing)和分布。在(zai)脆性(xing)(xing)（陶(tao)瓷）粘(zhan)接中(zhong)，材料(liao)(liao)不(bu)連(lian)續性(xing)(xing)的(de)影(ying)響(xiang)比塑料(liao)(liao)或(huo)青(qing)銅等軟性(xing)(xing)粘(zhan)接更(geng)嚴(yan)重。此外，球形氣(qi)孔(kong)(kong)優于(yu)細長或(huo)尖角孔(kong)(kong)隙。磨(mo)削層中(zhong)不(bu)同的(de)氣(qi)孔(kong)(kong)濃度(du)會導(dao)(dao)致(zhi)不(bu)同的(de)特性(xing)(xing)，如密(mi)度(du)不(bu)均勻。較(jiao)(jiao)軟的(de)區(qu)域(yu)磨(mo)損(sun)較(jiao)(jiao)快，甚(shen)至會導(dao)(dao)致(zhi)工具損(sun)壞。此外，氣(qi)孔(kong)(kong)率較(jiao)(jiao)高的(de)區(qu)域(yu)導(dao)(dao)熱性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)低。

       磨具中氣孔的體積百分比可通過多種方法確定：

       ? 氣(qi)孔率可通(tong)過(guo)砂輪(lun)重量與(yu)無(wu)氣(qi)孔砂輪(lun)理論重量的(de)(de)比(bi)較計算得出——假設所有的(de)(de)氣(qi)孔都(dou)是中空的(de)(de)并且與(yu)表面相連，那么可以應用阿基米(mi)德原理。上升力(li)與(yu)磨粒和(he)結合劑的(de)(de)重量有關。可以通(tong)過(guo)加(jia)熱水(shui)(shui)、慢(man)慢(man)地將工具浸入水(shui)(shui)中，以及添(tian)加(jia)降低表面張力(li)的(de)(de)試劑來(lai)減少磨具中的(de)(de)殘(can)余空氣(qi)。這種方法只對(dui)普通(tong)磨具有用。

       ? 氣孔橫截面的面積可以通過砂輪的顯微鏡照片來測量。氣孔表面積與總橫截面積的比值就是氣孔率。這種方法可以應用于超硬工具。

       輔助磨料

       通常會(hui)使用(yong)第二(er)種(zhong)類型的磨料(liao)(liao)（也稱輔(fu)助(zhu)磨料(liao)(liao)），砂(sha)輪(lun)規(gui)格中(zhong)(zhong)可(ke)(ke)能(neng)會(hui)顯示，也可(ke)(ke)能(neng)不(bu)會(hui)顯示。在樹(shu)脂結(jie)(jie)合(he)(he)劑中(zhong)(zhong)，輔(fu)助(zhu)磨料(liao)(liao)可(ke)(ke)以(yi)減少結(jie)(jie)合(he)(he)劑的磨損。在陶瓷結(jie)(jie)合(he)(he)劑中(zhong)(zhong)，輔(fu)助(zhu)磨料(liao)(liao)是結(jie)(jie)合(he)(he)劑中(zhong)(zhong)的填(tian)充物，或參與切削形(xing)成。將主磨料(liao)(liao)與輔(fu)助(zhu)磨料(liao)(liao)結(jie)(jie)合(he)(he)使用(yong)可(ke)(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)協(xie)同(tong)效應(ying)[HAY90]。在制造過程中(zhong)(zhong)，輔(fu)助(zhu)磨料(liao)(liao)可(ke)(ke)以(yi)增加模具的堆(dui)積密度。混(hun)合(he)(he)不(bu)同(tong)大小的磨料(liao)(liao)和(he)結(jie)(jie)合(he)(he)劑材料(liao)(liao)具有相同(tong)的效果。

       添加輔助磨料可以降低砂輪的成本，例如對于價格昂貴的燒結剛玉的情況下。燒結剛玉的輔助磨料可以是熔融氧化鋁、共熔氧化鋁氧化鋯、碳化硅、BC、石(shi)榴石(shi)、金剛砂、燧石(shi)、CBN、金剛石(shi)或(huo)其混合(he)物。陶瓷(ci)結(jie)合(he)劑(ji)CBN的輔助磨料可以是(shi)Al2O3和(he)/或(huo)SiC，主要作為填料和(he)支撐磨料。剛玉(yu)磨料可能會被陶瓷(ci)結(jie)合(he)劑(ji)蝕刻(ke)。