不锈钢的磨削加工

1　前言

　　不锈钢零件为达到表面质量和加工精度要求，通常采用磨削加工方法。由于不锈钢韧性大、导热系数小、弹性模量小，故在磨削加工中常存在如下问题：
　　1)砂轮易粘附堵塞；2)加工表面易烧伤；
　　3)加工硬化现象严重；4)工件易变形。
　　不难看出，砂轮和磨削液的选择直接影响磨削效率和加工精度。本文对影响粘附堵塞和表面粗糙度的因素进行实验研究。

2　实验条件和方法
　　试件材料选用1Gr18Ni9Ti,其机械性能：σb=530MPa、σ=40%、硬度HB=187.试件尺寸直径φ50mm、长300mm、φ50外圆表面精车，两端面打中心孔。实验在MGB1420外圆磨床上进行，砂轮为P400×40×203,磨削方式为外圆纵向磨削，为提高试验结果的可靠性，进行重复试验，观察平均效应，消除随机因素的影响，同时尽量保持磨削条件基本不变，通过改变砂轮的粒度、硬度、磨料，更换磨削液、磨削用量来考查对磨削效果的影响。

3　实验结果分析

3.1　砂轮的粒度对粘附率的影响
　　选用的白刚玉、硬度K、粒度分别为36、46、60、80号的四个砂轮，对试件进行外圆纵向磨削，磨削长度为600mm,检测粘附率，结果如表1所示：

表1 粘附率%

磨削深度/mm 0.01 0.02 0.03 0.04
砂轮粒度
36 10 32 22 33
46 42 44 43 45
60 43 65 - -
80 89 85 - -

　　从表1中可以看出，砂轮越细，粘附越严重，这是由于磨粒之间存在着空洞，磨削时切屑可存于空洞中；而砂轮越细，空洞越小，砂轮很快失去容屑空间，造成堵塞。

3.2　砂轮硬度对粘附率的影响
　　选用磨料为白刚玉、粒度46,硬度分别为H、J、K、L级的砂轮，对试件进行磨削，磨削行程600mm,检测粘附率。结果如表2所示:

表2

磨削深度/mm 0.01 0.02 0.03 0.04
砂轮粒度
H 18 17 16 16
J 22 21 20 21
K 36 36 38 38
L 42 44 43 45

　　从表2中可以看出，砂轮硬度越高，粘附越严重。这是由于硬度低的砂轮，磨粒在磨削力作用下，易于从砂轮表面脱落，形成新的容屑空间，不易堵塞。

3.3　磨料对粘附率的影响
　　常用砂轮磨料有白刚玉和绿碳化硅两种，实验表明，两种磨料对粘附率的影响，差别不大，绿碳化硅可稍减轻粘附现象，原因是性脆而锋利。

3.4　磨削液对表面粗糙度的影响
　　分别使用乳化液三种，无机盐磨削液和油基磨削液，加入硫、氯等极压添加剂，观察加工后工件的表面粗糙度，磨削液的流量为20L/min、磨削行程为600mm,实验结果如表3所示。

表3

磨削液 表面张力/×10-3N。/m-1 极压添加剂 表面粗糙度Ra/μm
乳化液 36.8 Cl　2.8% 7.2
39.8 S　2.8% 13.4
57.9 0 11
无机盐磨削液 38.7 S　1.0% 16.1
油基磨削液 32.3 Cl　0.8 14.2

　　由表3可以看出，表面张力小，含有极压添加剂，磨削获得的表面质量好。合理使用磨削液，能改善散热条件，磨削液能将磨削屑和脱落的磨粒冲掉，同时在金属表面形成油膜，起润滑作用，降低工件表面粗糙度。

3.5　磨削用量对粘附率的影响
　　工件转速、进给量及磨削深度对加工影响不大，从表1、2也可以看出，磨削深度的改变，对粘附率影响很小。

4　结论
　　1)磨削不锈钢时，减小砂轮的粘附阻塞是提高磨削效率的重要因素，加工中要经常修整砂轮，保持切削刃的锋利。
　　2)磨削不锈钢的砂轮选用自锐性好的砂轮是主要目标，一般选用硬度低的砂轮效果好，但也不能选择硬度太低，否则磨粒未磨钝就脱落。推荐选用J级。
　　3)为减小磨削时砂轮的粘附阻塞，应选用粗粒度的砂轮。粗磨时用36、46号粒度，精磨时选用60号粒度。
　　4)磨削不锈钢时，采用GC砂轮可提高磨削效率。
　　5）磨削液选用必须兼顾润滑和清洗两种作用，供给充足，可选用表面张力小，含极压添加剂的乳化液，可获得高的表面质量。
　　6)磨削用量的选择可根据加工余量确定。
　　7)实验过程中发现，砂轮的组织和结合剂对不锈钢的磨削过程有一定的影响，目前受实验手段限制，有待进一步研究。
高效简易高精度磨削细长轴的新工艺
摘要　介绍了一种在普通外圆磨床上高效磨削高精度、低粗糙度细长轴的新工艺，其特点是操作简便，容易掌握，对工人技术水平要求低，在磨削过程中随时都可知道切削力、挤压力的大小，这种工艺非常适用于长径比L/D≥50的细长轴、难加工材料和较硬材质的超精磨削。

关键词　高精度磨削　细长轴　高效简易新工艺

0　引　言

　　在普通外圆磨床上超精磨削细长轴一直是老大难问题，特别是，当工件的长径比超过30(L/D＞30)时，尤为困难。美国中小型机械修造公司(厂)的长期实践表明，只要检修、调整好普通外圆磨床，合理地选择砂轮、磨削用量和工艺过程，就能满足细长轴的技术要求。

1　磨削前的几项准备工作

1.1　校　直
　　细长轴校直方法有热校和冷校两种方法，热校比冷校理想。校直后的弯曲度应控制在工件每1000mm长度，其弯曲度在0.15mm以内。

1.2　中心孔
　　中心孔是细长轴的基准、细长轴经过热处理后，中心孔将会产生变形，应对中心孔进行研磨，使其60°锥孔和圆度达到标准要求。

1.3　检修机床
　　保证检修后的外圆磨床各项精度达到出厂时指标。

1.4　调整机床
　　主要是调整头架与尾架间的中心距离。将工件顶在两顶尖间，用手旋转工件。感觉不松不紧为好，如果尾座顶尖是弹簧式的，可使弹簧顶尖压缩0.5～2mm，再顶住工件中心孔。

1.5　检查工件
　　两顶尖顶住工件，先用百分表对细长轴的全长作径向跳动检查，特别是对中间弯曲度最大的地方，观察其跳动量方向是否一致。然后再用千分尺检查工件的磨削余量和各项尺寸。细长轴的磨削余量取较小值为宜。

图1　砂轮形状

2　砂轮及磨削用量的选择

2.1　砂轮的选择
　　根据细长轴材料的不同，选择不同磨料、硬度、粒度的砂轮，这是很重要的。磨细长轴的砂轮硬度应稍软，粒度应稍粗。砂轮的形状如图1所示，中间呈凹形，因为中凹形砂轮不但可减少砂轮与工件的接触面积，而且砂轮整体宽度不变，可以减少细长轴在旋转中产生自激振动，砂轮的选择见表1。

表1　砂轮的选择

工　件
材　料 砂　　　　　轮

磨　料 硬　度 粒　度
铸　铁 TH R3～ZR4 46～70
碳　钢 GZ　GB R3～ZR1 46～70
不锈钢 GD　GW R3～ZR1 46～70

2.2　切削用量的选择
　　从表2中可以看出细长轴磨削的几个特点：
　　　　　表2　切削用量的合理选择

磨削对象 磨削用量名称 粗　磨 精　磨
修整砂轮

工作台纵向速度S/(m/min)
横向切深t/(mm/单行程)
1～1.5
0.07～0.10
0.3～0.8
0.05～0.01
光修一次
磨削工件

工件线速度v/(m/min)
工作台纵向速度S/(m/min)
磨削切深t/(mm/双行程)
2.5～8
1.2
0.01～0.15
2～5
0.6～0.8
0.005
光磨数次

　　a.修整砂轮的走刀量S、切深t均比一般磨削大，可使砂轮的表面比较粗糙，以增强切削性能；
　　b.磨削时工件的转速较低，精磨时更低，这是为了减少细长轴因旋转而产生的振荡，而走刀量较大，以便将一部分切向力转化为轴向力，减少径向力Py；
　　c.磨削时切深t用双行程来达到。因工件转速低，工件表面与砂轮表面在单位时间内和单位面积上的接触就相应地减少，可用往复一次或数次来弥补。
2.3　合理使用中心架
　　除了合理地选择中心架的数量之外，主要是在磨削过程中合理地调整中心架的两个支片：用涂色法来观察支片前端与工件表面接触与否；用手摸支片前端与工件表面是否接触；看火花，当工件、砂轮、支片三者位置一致时，用手调整支片，并观察火花是否增大。对于高精度、低粗糙度的细长轴磨削，应分粗、精磨。在精磨前应再进行一次砂轮修整，目的是要磨出大量的等高微刃(图2)，先是用锋利的金刚石笔(图3)，以很小而均匀的进给量精密地修整砂轮，然后用油石(用平面磨床磨平)或精车后的砂轮以很小而均匀的进给量进行细密地修整砂轮而获得。同时将工件放松，在两顶尖中心孔内放黄油，并放松中心架，使两支片不接触工件。然后再重新调整中心架的两个支片，方法如图4所示。百分表沿直径方向顶住工件，调整支片，当工件与支片接触，百分表立即有反应，这样我们就可控制支片的前后位置。
图2　磨粒上的微刃示意图
图3　金刚石笔及其合理安装
图4　中心架的合理使用
2.4　改进中心架的结构
　　一般中心架支片转动的丝杠螺距较大，每旋转一周进给量在1.25～2mm。我们利用中心架原有结构，增加一套差动丝杠，使支片后部的螺母在旋转一周时，支片移动量为0.1mm，提高了支片调整精度。

基本上搞清楚了不锈钢的磨削加工。