磨削溫度與磨削液.課件

1、第五章 磨削溫度與磨削液 一、磨削溫度1、磨削熱的產(chǎn)生和傳散2、磨削溫度的分類和意義3、磨削溫度的測(cè)量二、磨削液1、磨削液的作用2、磨削液的類型3、磨削液的供液方法 磨削中傳入工件的熱量在磨削過程中來(lái)不及傳入工件深處，而聚集在表層里形成局部高溫，工件表層溫度?？筛哌_(dá)800OC以上，在表面形成極大的溫度梯度(可超過6001000OC/mm)。 切屑工件刀具車削70%90%10%20%5%磨削10%60%95%10%表5-1 車削和磨削熱量傳散對(duì)比1、磨削熱的產(chǎn)生與傳散 1、新生面形成所需的表面能、2、殘留于磨削表面層中的應(yīng)變能3、使切屑飛出的動(dòng)能外，4、大部分轉(zhuǎn)化成為熱能，消耗在加熱工件、砂輪和

2、切屑5、輻射散逸 Q=Qw+ Qs+ Qc+ Qo+ Qu 式中Qw傳入工件的熱量； Qs傳入砂輪的熱量； Qc傳入切屑的熱量； Qo傳入磨削液的熱量； Qu輻射熱量；磨削熱量的分配情況隨著工件速度 、磨削深度等磨削參數(shù)的影響。另外，工件、砂輪、切屑之間帶走熱量的比例還受其導(dǎo)熱系數(shù)的影響。 二、磨削溫度的分類和意義 (1) 工件的平均溫升w將砂輪與工件的接觸區(qū)作為一個(gè)熱源，其流入工件的熱量QW使工件整體上升的溫度稱為工件的平均溫升w。這一溫度主要影響工件的尺寸和形狀精度。圖53 工件溫度隨時(shí)間的變化 (2) 接觸面溫度、m砂輪與工件的接觸弧部分的表面溫度簡(jiǎn)稱為接觸面溫度或磨削區(qū)溫度。它又可以分

3、為平均溫度和最高溫度m。接觸面溫度與工件的燒傷、裂紋和變質(zhì)層有密切關(guān)系。圖57 平面磨削中實(shí)測(cè)的工件表面層溫度的分布 圖58 磨削表面層的最高溫度的理論值與實(shí)測(cè)值的比較 (3) 磨粒切刃溫度g磨粒與切屑或工件接觸的微小部分的溫度稱為磨粒切刃溫度g。它對(duì)于切刃的熱損傷，磨粒的磨損和破裂有著重要的影響。 磨粒進(jìn)行切削時(shí)，OA（如圖49所示）所消耗的剪切能的一部分轉(zhuǎn)變成熱能使工件溫度上升，其他部分加熱切屑。切屑的后面同磨粒前面OB摩擦，進(jìn)一步加熱了切屑和磨粒的前面 gVs0.24Vw0.26t0.88 (4) 切屑溫度c切屑被排除時(shí)瞬間的平均溫度稱為切屑溫度c。通常切屑在空氣中氧化產(chǎn)生火花飛散現(xiàn)象，

4、在這一過程中切屑溫度變化較大。我們把切屑形成并從工件分離時(shí)瞬間的溫度作為切屑溫度來(lái)考慮。 通常情況下w約為幾十度，可達(dá)數(shù)百度，g則可超過1000度。這些溫度不是獨(dú)立變化的，而是相互關(guān)聯(lián)相互影響的。如此分類僅是為了便于考察磨削條件對(duì)磨削溫度的影 響而已3、磨削溫度的常用測(cè)量方法 與磨削力的情形一樣，影響磨削溫度的因素也是很復(fù)雜的。因此，理論分析與計(jì)算只能得到近似的結(jié)果，用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)量，才能得到更加準(zhǔn)確的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)方法中，常見的有熱電偶法，PbS光電池法，電子管電位計(jì)法，熱敏涂料法等。 1）熱電偶測(cè)溫法 圖511 外圓磨削的測(cè)溫原理 圖510 平面磨削的測(cè)溫原理2）紅外輻射測(cè)溫法 a測(cè)試裝置

5、b檢測(cè)電路圖512 利用硫化鉛（PbS）光電池測(cè)量紅外輻射的方法 這種方法雖然簡(jiǎn)單巧妙，但由于粒子的輻射在磨削溫度測(cè)量前就有部分被周圍的空氣介質(zhì)和雜質(zhì)吸收遮擋，因而無(wú)法測(cè)得準(zhǔn)確的溫度值 513 光纖紅外測(cè)溫原理 3）電子管電位計(jì)測(cè)量法 圖515 電子管電位計(jì)測(cè)量磨削溫度的方法示意圖 二、磨削液 1）潤(rùn)滑作用 所謂潤(rùn)滑作用就是液體滲透到磨具與工件的接觸區(qū)內(nèi)，形成潤(rùn)滑膜，以減少界面之間的摩擦，從而達(dá)到降低磨削力，減緩磨粒的磨損，延長(zhǎng)砂輪壽命的作用。油類磨削液的潤(rùn)滑作用比水類磨削液的要優(yōu)越一些。為加強(qiáng)磨削液的潤(rùn)滑作用，常在磨削液中加入一些添加劑，以改善磨削液的潤(rùn)滑性能。1、磨削液的作用 2）冷卻作用

6、 磨削液的冷卻作用包括兩方面的內(nèi)容：一是迅速吸收熱量以緩解工件溫度上升，保證工件的尺寸精度，防止表面質(zhì)量惡化；二是在磨削點(diǎn)使高溫下的磨粒急劇冷卻，產(chǎn)生熱沖擊效果，促進(jìn)磨粒的自銳作用。冷卻作用與磨削液的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和汽化熱有密切關(guān)系。表51 水、油性能的比較磨削液類別導(dǎo)熱系數(shù)W/m oC(cal/cm.s.oC)比熱J/kg.oC(cal/g.oC)汽化熱J/g(cal/g)水0.628(0.0015)4190(1)2261(540)油0.126-0.210(0.0003-0.0005)1670-2090(0.4-0.5)167-314(40-75)3）清洗作用 所謂清洗作用是指磨削液浸入磨粒

7、與工件之間，或砂輪的氣孔里，將這里的切屑或脫落破碎的磨粒沖走洗凈，防止它們堆積在工件表面和機(jī)床上，避免影響加工精度和機(jī)床的保養(yǎng)。 磨削液的清洗性能與磨削液的滲透性、流動(dòng)性和使用壓力有關(guān)。滲透性與磨削液中所含的表面活性物質(zhì)有關(guān)；流動(dòng)性則與磨削液的粘度有關(guān)。滲透性好、粘度低的磨削液，其清洗作用強(qiáng)。另外，為了提高其沖刷能力，及時(shí)沖走碎屑及磨粒，使用時(shí)還可以適當(dāng)給予一定壓力，以保持較大的流量。 4）磨削液應(yīng)該具有一定的防銹蝕能力。 由于新生磨削表面具有較高的能量極容易與空氣中的氧氣等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起工件表面的氧化。一般磨削液能夠在工件己加工表面形成保護(hù)膜，阻止新生工件表面直接與空氣接觸 在磨削液

8、的作用中，降低工件表面溫度防止工件熱損傷以及潤(rùn)滑磨具與工件的接觸界面是磨削液的主要作用。 對(duì)于有些特殊磨削加工如高速磨削、緩進(jìn)給磨削以及難加工材料的磨削等，磨削液還必須具備防粘附能力；避免參與磨削區(qū)的化學(xué)反應(yīng)。這些磨削方式中，磨削液對(duì)提高磨除率和表面光潔度起著決定性的作用。因此，對(duì)磨削液的深入研究也是今后的重要課題之一。磨削液砂輪磨粒結(jié)合劑氣孔工件抑制塑性流動(dòng)、減少溫升、抑制磨粒與工件間的化學(xué)反應(yīng)熱應(yīng)力引起磨粒破碎、機(jī)械作用引起磨粒破碎、由于表面能的變化調(diào)節(jié)破碎強(qiáng)度減小滑動(dòng)摩擦調(diào)節(jié)結(jié)合劑橋的斷裂磨粒的自銳防止切屑的粘附防止切屑、破碎磨粒的粘附降低磨削溫度防止切屑粘附、防銹圖520 磨削液的作用

9、2、磨削液的分類 、組成及用途1）油溶性磨削液 油溶性磨削液潤(rùn)滑性能較好，一般用于磨削硬質(zhì)合金、螺紋磨削、齒輪磨削以及珩磨、超精加工等磨削方式之中。 油溶性磨削液的主要成份多為礦物油。植物油和動(dòng)物油雖有較好的潤(rùn)滑性能，但因其化學(xué)穩(wěn)定性差、易變質(zhì)、因此不常采用 (1)普通礦物油 普通礦物油多為低粘度或中等粘度的礦物油加入油溶性防銹添加劑。如7號(hào)高速機(jī)油，1020號(hào)機(jī)械油以及輕質(zhì)柴油、煤油等。這類磨削液的潤(rùn)滑滑效果若不理想，還可加入一些脂肪酸，它與金屬表面層形成皂層，可減輕磨削時(shí)的摩擦。(2)極壓油 為了使金屬表面形成的潤(rùn)滑膜更牢固，在磨削液中加入含硫、氯和磷等化學(xué)元素的極壓添加劑，形成所謂極壓油

10、。如氯化石蠟、氯化脂肪酸、硫化棉籽油等。 A.含有極壓添加劑的極壓油其滲透性和潤(rùn)滑性能更佳，適用于表面粗糙度要求低的重要工序或一些難加工材料的磨削。 B.極壓油的使用溫度與它形成的潤(rùn)滑膜的溶點(diǎn)有關(guān)。 磨削溫度不高時(shí)，采用含氯添加劑為宜。 若磨削溫度很高，則以采用含硫添加劑為好。 磷在減小摩擦方面很有效，但不能承受高溫，故很少采用 C. 采用含硫的極壓油對(duì)鎳基耐熱合金進(jìn)行加工時(shí)，磨削完成后應(yīng)對(duì)零件徹底清洗，否則殘留在工件表面的硫元素，會(huì)引起晶界腐蝕影響零件性能 D.油性磨削液有較好的附著性，它能隔絕空氣，防止磨削區(qū)內(nèi)的氧化和水解等不良化學(xué)反應(yīng)。 如CBN磨料在高溫下容易與水發(fā)生水解反應(yīng)，所以在使

11、用CBN砂輪進(jìn)行磨削時(shí)，應(yīng)采用油性磨削液。 鈦元素容易氧化，形成氧化鈦與剛玉粘附，影響磨削效果。采用油性液對(duì)含鈦的工件進(jìn)行低速磨削會(huì)收到滿意的效果 2)水溶性磨削液 水溶性磨削液的主要成份是水，再配以其它的添加劑而成。水具有良好的冷卻性能，水溶性磨削液具有穩(wěn)定性好、配制方便、成本低廉、不易污染等優(yōu)點(diǎn)，因此，逐步得到廣泛的應(yīng)用 (1)乳化液 乳化液是在含有乳化劑的礦物油中加水稀釋而成，因此兼有潤(rùn)滑和冷卻兩方面的優(yōu)越性能 (2)含有表面活性物質(zhì)的水溶液 : 活性物質(zhì)+水 常用的表面活性物質(zhì)有：石油磺酸鈉、油酸鈉皂、磺化蓖麻油(陰離子型)以及平平加、司本(非離子型)等。這類磨削液通常也加有亞硝酸鈉等

12、水溶性防銹添加劑，有時(shí)也加入磷、硫、氯等極壓添加劑，以進(jìn)一步提高其潤(rùn)滑性能。 含有表面活性物質(zhì)的水溶液不含礦物油，不僅節(jié)約能源，而且各種表面活性添加劑可按工件序要求、工件材料特點(diǎn)來(lái)選配。 這類磨削液多為透明的易于觀察，使用周期長(zhǎng)，深受操作者喜愛。目前，這類磨削液發(fā)展很快 ，品種也越來(lái)越多(3)電解質(zhì)水溶液 清水+電解質(zhì) （無(wú)水碳化鈉、亞硝酸鈉(防銹)、磷酸三鈉、硼酸(軟化水)、三乙醇胺等物質(zhì)而成）磨削時(shí)，利用水溶液中的無(wú)機(jī)鹽在磨粒和工件表面的離子吸附作用來(lái)防止粘附。因此又稱為離子型磨削液。 這類磨削液常用于粗磨等要求不高的工件序上。因?yàn)樗谋葻?、傳熱系?shù)和蒸發(fā)熱比油大，冷卻性能好，但潤(rùn)滑性差。應(yīng)用這類水溶液進(jìn)行磨削時(shí)，磨削功耗大，砂輪壽命短。為了提高其潤(rùn)滑性能，常在水中加工入表面活性物質(zhì)。 (4)固態(tài)磨削劑 應(yīng)用較多的是把固態(tài)磨削劑作為砂輪