磨削燒傷產生的的原因及解決措施
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:2017-02-13
在零件機械加工中, 用磨削完成終加工工序的可達到80 %, 即絕大部分零件的表麵質量由磨削加工得到
。而在磨削加工中, 常常會引起工件磨削燒傷, 使工件的表麵質量大大降低, 嚴重的磨削燒傷使零件使用壽命成倍下降, 有時根本無法使用.如何解決磨削燒傷是磨削加工中的一個很重要的問題
。
燒傷產生的原因
磨削過程中
,砂輪的速度一般在30~50 m/s,磨除率為1~50 mm3/s
。磨粒與被磨工件的接觸時間很短
,約為10-4~10-6 s,在短時間內
,產生大量的磨削熱。如果切削參數合理
、磨削液冷卻充分
,工件磨削區溫度一般會在130 ℃以下
;如果切削參數不合理
、磨削液冷卻不充分
,在短時間內
,產生大量的磨削熱
,工件磨削區將產生400~1 000℃的高溫
,劇熱的磨屑在空氣中發生氧化作用
,產生火花
,從微觀來講燒傷過程是這樣形成的
。磨削時磨削條件決定的熱流密度不超過磨削液的臨界熱流密度
,磨削弧區工件表麵可維持正常低溫
,一般在130 ℃以下
,且有一定的溫度波動
,約有70 ℃
;但隻要磨削熱流密度超過臨界值
,則由於弧區磨削液出現成膜沸騰引起二相流換熱曲線上熱平衡點的躍遷
,工件表麵即由正常的低溫躍升到平衡點的溫度
,此時的溫度約為310 ℃
,溫度雖高但不足以導致燒傷
,隻是燒傷的前兆
;之後由初期出現在弧區高端的高溫
,逐漸向低端擴展
,與此同時成膜區內工件表麵的溫度也是一個由低至高逐步增長的過程
,一直到成膜區擴展到足夠大
,成膜區溫度也達到或超過工件材料的燒傷溫度時
,這就出現了磨削燒傷
。成膜區的最高溫度可達到950 ℃
,所以
,磨削燒傷通常定義為
:在高的磨削溫度的作用下
,磨削熱使工件表層的金相結構產生變化
,表麵層的硬度改變
,會影響零件的使用性能,同時工件表麵呈現氧化膜的顏色
,這種現象稱為磨削燒傷
。
解決錯施
在磨削加工中, 產生燒傷的主要原因是磨削區的溫度過高, 為降低磨削區溫度可從減少磨削熱的產生和加速磨削熱的傳出這兩條途徑入手
。
1.合理選擇工件材料
工件材料對磨削區溫度的影響主要取決於它的硬度
、強度
、韌性和導熱係數
。工件硬度越高, 磨削區熱量越大, 但材料過軟, 易於堵塞砂輪, 反而使加工表麵溫度急劇上升;工件強度越高, 磨削時消耗的功率越多, 發熱量也越多;工件韌性越大, 磨削力越大, 發熱量越多
。另外,導熱性能比較差的材料如耐熱鋼
、軸承鋼
、不鏽鋼等, 在磨削時都容易產生燒傷
。
2 .正確選擇砂輪
在磨削加工中, 單位切削截麵切削力約(1×105~2×105)N/mm2 , 這已經數十倍地超過了材料強度極限, 產生如此大的切削力, 很顯然不是由被加工材料的強度抗力所造成, 而是由磨削過程中切削不合理產生極大摩擦力所引起的, 改善切削過程
、減少功率消耗而達到降低磨削區溫度是很有潛力可挖的
。
分析磨削過程來看, 磨削是通過砂輪上每個磨粒進行磨削的, 每個磨粒切削厚度通常(0.2~ 0.02)μm範圍內, 而磨粒曲率半徑ρ一般為8μm , 遠遠大於切削厚度, 則在大多數情況下, 切削層金屬僅被擠壓, 並沒有切除, 這層金屬隻是通過大量磨粒反複擠壓而疲勞剝落, 故在切削抗力中大部分是摩擦力
。如果磨粒尖銳, 摩擦力會大大下降, 而磨粒的尖銳取決於磨粒的硬度和強度, 故提高磨料的硬度和強度是改善砂輪磨削條件的一個重要方向
。
金剛石磨粒砂輪在磨削硬質合金時, 由於其磨粒的硬度和強度大, 刀尖鋒利, 改善了磨削條件, 從而使磨削力及摩擦區溫度下降, 另外, 金剛石與金屬在無潤滑液情況下的摩擦係數極低, 故不產生燒傷
。
目前CBN砂輪也應用廣泛, 其熱穩定性好, 磨削溫度低, 且本身硬度、強度僅次於金剛石, 磨削力小, 能磨出較高的表麵質量
。另外, 采用有一定彈性的結合劑, 如橡膠
、樹脂等, 也能改善砂輪磨削條件
。當由於某種原因導致切屑力增大時, 這樣的結合劑能使砂輪的磨粒產生一定的彈性退讓, 使切屑深度自動減小, 避免燒傷
。
3.合理采用冷卻方法
在磨削加工中, 由於高速旋轉的砂輪表麵上產生強大氣流層, 以致冷卻液難於進入磨削區, 且大量傾注在已經離開磨削區的加工表麵上, 這時燒傷早已產生.故合理采用冷卻方法很有必要.下麵介紹幾種有效冷卻方法:
1采用高壓大流量冷卻
。
這樣不但能加強冷卻作用, 而且還可以衝洗砂輪表麵, 使其空隙不易被切削堵塞
。為防止冷卻液飛濺, 機床需安裝防護罩
。
2在砂輪上安裝帶有空氣擋板的冷卻液噴嘴
。
為減輕高速旋轉砂輪表麵的高壓附著氣流作用, 可加裝帶有空氣擋板的冷卻液噴嘴, 以使冷卻液能順利地噴注到磨削區
。
3實現內冷卻
。
由於砂輪上的孔隙均能滲水, 冷卻液可通過砂輪內部在離心力作用下送入磨削區, 為防止砂輪空隙被冷卻液堵塞, 使用內冷卻磨削時應特別注意冷卻液的清潔度
。
4直角噴嘴
。
直角噴嘴的設計簡單, 但效果突出, 已廣泛地為高速磨削所采用.直角噴嘴在很寬的砂輪速度V =(40~150)m/s 範圍內基本消除了空氣流對磨削液的阻滯影響
。
5浸漬砂輪
。
將液態固體潤滑劑滲入砂輪孔隙內, 覆蓋於磨粒表麵, 磨削時形成磨粒與切屑以及磨粒與加工麵的潤滑作用
。
6自加速法
。
利用液體動壓原理, 使磨削液獲得與砂輪周速相當的速度, 從而產生同步冷卻效應
。
7低溫壓縮空氣冷卻法
。
在換熱器中用液氮(-192℃)將壓縮空氣冷卻至(-110℃),再由噴嘴到磨削區上進行冷卻的
。為防止溫度下降時, 空氣中的水分在換熱器管道中結冰,必須使用空氣幹燥器.這是一種取代傳統磨削液冷卻法的新技術
。
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