MKS1632A数控高速端面外圆磨床及其砂轮架设计 第14页
用光学干涉测面仪拍出来表面的3D显微图像，来分析冷却液速度对工件表面质量的影响。表2列出了实验的磨削条件。
5、结论与探讨
5.1、力之比
砂轮工作表面之间的摩擦和工件磨削区域内的原子层之间的摩擦生成热，这种趋势可以从切向力和法向力之比中看出来。图5显示了切向力和法向力之比的趋势。这是在SS304上，以不同的横截面积的喷嘴和砂轮线速度测得的。
当砂轮线速度为42m/s时，被测试的喷嘴横截面积为15.14——50.25 力之比分别从0.44减小到0.26、从0.44到0.38和0.52到0.40，冷却液速度分别从3.5m/s增加到7m/s、从4m/s增加到11 m/s和从10.5 m/s增加到16 m/s，在相同的磨削条件下（冷却液速度相同，但砂轮线速度为104 m/s时），力之比分别从0.24减小到0.16、从0.38减小到0.24和从0.24减小到0.20。这些结果表明，冷却液的速度越高，冷却液穿入磨削区域的深度越深，从而增强润滑作用，减小砂轮和工件之间的摩擦。在研磨工件的时候，摩擦使工件首先发生弹性变形，然后才是塑性变形和材料滑移。据预测，碎屑的成形过程取决于砂轮和工件的相互作用，如塑性变形或材料滑移等。因此为了更加详细了解冷却液速度的作用，还需要做更多的实验。
5.2、变化的能量
图6所示为在确定的实验条件下（见表2），能量与冷却液之间的关系。能量可以利用方程（7）计算得到。很明显，当冷却液速度分别从3.5增加到8m/s、从4增加到10.5m./s和从11.5增加到13.5m/s时，能量流的数值分别从28减小到22W/ ，从38减小到28W/ 和从32减小到22 W/ ，这种减小的趋势描叙了在不同的冷却液速度下，能量的变化情况。
同样还可以分析出，对流效率h的作用，在图6中还绘制了对流效率h从22增加到46km/ 时的图像。增加冷却液速度可以增加更多未使用的冷却液。从而带走更多的热量，避免减少能量流的趋势。
5.3、磨削能量
图7所示为SS304在不同的冷却液速度下所消耗的磨削能量。在低速时，能量消耗非常小，但是，当分别使用横截面积为50.26、28.56和15.14 时，随着冷却液速度的增量趋近于一个最小值，大约分别为10、15和13J/ 。当冷却液速度很低时，磨削能量反而很大，这种现象于碎屑成形模型不同。这表明，只有一部分磨削能量和碎屑成形有关，因此必须用另一机械装置来计算剩余的能量。另一种与磨削过程有关的机械装置产生耕犁现象。耕犁的能量以工件材料的变形来计算，而不把去除材料的能量计算在内。因此可以这样理解，当冷却液速度较低时，存在耕犁现象的原因是，砂轮工作表面之间的摩擦和工件磨削区域内的原子层之间的摩擦十分严重，而当冷却液速度很高时，耕犁作用所需的能量趋近于零，最小的切削能量对应于相应的碎屑成形所需的能量（这个能量被认为是一个常量），因此，所得到的实验结果中这一部分能量，即当冷却液速度为9.5——15.5 m/s时，碎屑成形所需的能量为10——13 J/ 。这就说明当冷却液速度较高时，耕犁作用比较小，切削作用占主要方面，这正是冷却液速度较高的一个好处。研究表明，当冷却液速度教低时，会有大量的耕犁和材料向边上流动的现象。
5.4、表面特性
过去的研究表明，使用大量的冷却液可以使材料发生塑性流动，它们以耕犁作用产生的沟槽和条痕为主要特征。图8为使用以水为主的冷却液，在不同的冷却液速度下得到的工件微结构图像。在砂轮速度较高和较低的情况下，冷却液速度为3.5 m/s时，样品表面生成的耕犁沟槽较少，如图8（A）和（D）。图8（C）和（F）所示为SS304在冷却液速度为16m/s是时的图像。从图像上可以看到有很多的耕犁沟槽和条痕，也可以从中得知，当冷却液速度为3.5m/s时，样品表面有大量的材料粘贴，这是由于过量的热损伤生成大量的热来不及散去导致的，还有大量的材料扭断带，它们呈白色的条状。在以前的研究中，这种现象被称为剪断带，这个结果还可以进一步验证样品的硬度。
5.5、硬度
SS304的标注表面受热灼伤，试件的硬度特性与其相同[13]。如图9所示的微观图，当Vc为42m/s，△从3.5增加到了7m/s，从4增加到9.5m/s，从10.5增加到15.5m/s时，表面硬度分别从400减少到330HV，从360减少到330HV，从370减少到340HV，当砂轮速度Vc为104m/s时，也有类似硬度降低的趋势发生，这进一步证实了△的重大意义。当然，它也表明，微观下所有试件的硬度值都远远高于所能接受的硬度值（200HV），这是源于磨削热和机械拉力。结果表明，增加△可以减少热灼伤，因此在微观下得到的硬度较低。
5.6、表面粗糙度
工件表面是由占主导地位的热或机械拉力，或两者同时使工件生成具有一定粗糙度值的表面。图10所示为在已知磨削条件下的表面粗糙度图。在所测得的磨削实验中，据观察，随着△的增加，表面粗糙度下降。在实验范围内，当△从3.5增加到了8m/s，从4增加到11m/s，从7增加到15.5m/s时，表面粗糙度值分别从1.2减小到0.6um，从1.2减小到0.55um，从1.2减小到0.56um，这是因为较高的△带来了更好的润滑作用合散热条件。
5.7、冷却液的流动速度
在试验范围内，△在控制SS304的磨削性能中起到非常重要的作用使用横截面积为15.14－50.26 之间的喷嘴，并使用流量控制阀，使△在3.5到16m/s之间变动。
△通过以下两种方法增加：
（1）减小喷嘴的横截面积；
（2）通过控制流量阀。
使用具有独特横截面积的喷嘴可以增加△。从另一方面来说，减小横截面积，可以增大△。△和流动速度的范围如表3所示。为了既不破坏环境，又增加冷却效率，减小冷却液流动速度和增大△是十分必要的，这样可以延长循环时间，增强渗透效果。
表4总结了各种冷却液流动速度的情况。当△较高，而冷却液流动速度较低时，各种磨削性能，如Fe/Fn之比，能量流Q和表面质量都较差。当流动速度在18－20lpm之间时，磨削性能的改善仍然很小，这表明在已定条件下，流动速度对磨削性能的限制作用。△从35减小到10m/s，导致最小限度从24－26减小到18－20lpm。这个结论是从SS304得出的，且磨削条件为冷却液流动速度为18－20lpm。△为10－11m/s，且工件表明没有缺陷。
6、结论
控制△对高效精密磨削有重大意义，试验表明最低滚动速度的存在很明显。它低于不使表面被破坏的流动速度。△的控制降低了这种最低限制。当然，△增强了砂轮和工件之间的润滑效果，使力之比从0.56减小到0.38，能量流从38减小道22w/ ，而且，表面粗糙度从1减小到0.58um。这对降低加工成本和减少环境污染都用重大意义。
感谢
作者感谢Mr.Sim mong，Chye Willson和Ms.Jeo Phaik Lvon在此项目执行过程中提供了 测量仪器和实验助手。这个项目得到了科学技术和研究基金会的支持。项目号：C01-P-067AR。
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