5磨削温度与磨削液.ppt

第五章磨削温度与磨削液 一 磨削温度1 磨削热的产生和传散2 磨削温度的分类和意义3 磨削温度的测量 二 磨削液1 磨削液的作用2 磨削液的类型3 磨削液的供液方法 磨削中传入工件的热量在磨削过程中来不及传入工件深处 而聚集在表层里形成局部高温 工件表层温度常可高达800OC以上 在表面形成极大的温度梯度 可超过600 1000OC mm 1 磨削热的产生与传散 1 新生面形成所需的表面能 2 残留于磨削表面层中的应变能3 使切屑飞出的动能外 4 大部分转化成为热能 消耗在加热工件 砂轮和切屑5 辐射散逸 Q Qw Qs Qc Qo Qu 式中Qw 传入工件的热量 Qs 传入砂轮的热量 Qc 传入切屑的热量 Qo 传入磨削液的热量 Qu 辐射热量 磨削热量的分配情况随着工件速度 磨削深度等磨削参数的影响 另外 工件 砂轮 切屑之间带走热量的比例还受其导热系数的影响 二 磨削温度的分类和意义 1 工件的平均温升 w将砂轮与工件的接触区作为一个热源 其流入工件的热量QW使工件整体上升的温度称为工件的平均温升 w 这一温度主要影响工件的尺寸和形状精度 图5 3工件温度随时间的变化 2 接触面温度 m砂轮与工件的接触弧部分的表面温度简称为接触面温度或磨削区温度 它又可以分为平均温度 和最高温度 m 接触面温度与工件的烧伤 裂纹和变质层有密切关系 图5 7平面磨削中实测的工件表面层温度的分布 图5 8磨削表面层的最高温度的理论值与实测值的比较 3 磨粒切刃温度 g磨粒与切屑或工件接触的微小部分的温度称为磨粒切刃温度 g 它对于切刃的热损伤 磨粒的磨损和破裂有着重要的影响 磨粒进行切削时 OA 如图4 9所示 所消耗的剪切能的一部分转变成热能使工件温度上升 其他部分加热切屑 切屑的后面同磨粒前面OB摩擦 进一步加热了切屑和磨粒的前面 g Vs0 24Vw0 26t0 88 4 切屑温度 c切屑被排除时瞬间的平均温度称为切屑温度 c 通常切屑在空气中氧化产生火花飞散现象 在这一过程中切屑温度变化较大 我们把切屑形成并从工件分离时瞬间的温度作为切屑温度来考虑 通常情况下 w约为几十度 可达数百度 g则可超过1000度 这些温度不是独立变化的 而是相互关联相互影响的 如此分类仅是为了便于考察磨削条件对磨削温度的影响而已 3 磨削温度的常用测量方法 与磨削力的情形一样 影响磨削温度的因素也是很复杂的 因此 理论分析与计算只能得到近似的结果 用实验方法进行测量 才能得到更加准确的结论 实验方法中 常见的有热电偶法 PbS光电池法 电子管电位计法 热敏涂料法等 1 热电偶测温法 图5 11外圆磨削的测温原理 图5 10平面磨削的测温原理 2 红外辐射测温法 a 测试装置b 检测电路图5 12利用硫化铅 PbS 光电池测量红外辐射的方法 这种方法虽然简单巧妙 但由于粒子的辐射在磨削温度测量前就有部分被周围的空气介质和杂质吸收遮挡 因而无法测得准确的温度值 5 13光纤红外测温原理 3 电子管电位计测量法 图5 15电子管电位计测量磨削温度的方法示意图 二 磨削液 1 润滑作用所谓润滑作用就是液体渗透到磨具与工件的接触区内 形成润滑膜 以减少界面之间的摩擦 从而达到降低磨削力 减缓磨粒的磨损 延长砂轮寿命的作用 油类磨削液的润滑作用比水类磨削液的要优越一些 为加强磨削液的润滑作用 常在磨削液中加入一些添加剂 以改善磨削液的润滑性能 1 磨削液的作用 2 冷却作用磨削液的冷却作用包括两方面的内容 一是迅速吸收热量以缓解工件温度上升 保证工件的尺寸精度 防止表面质量恶化 二是在磨削点使高温下的磨粒急剧冷却 产生热冲击效果 促进磨粒的自锐作用 冷却作用与磨削液的导热系数 比热和汽化热有密切关系 3 清洗作用所谓清洗作用是指磨削液浸入磨粒与工件之间 或砂轮的气孔里 将这里的切屑或脱落破碎的磨粒冲走洗净 防止它们堆积在工件表面和机床上 避免影响加工精度和机床的保养 磨削液的清洗性能与磨削液的渗透性 流动性和使用压力有关 渗透性与磨削液中所含的表面活性物质有关 流动性则与磨削液的粘度有关 渗透性好 粘度低的磨削液 其清洗作用强 另外 为了提高其冲刷能力 及时冲走碎屑及磨粒 使用时还可以适当给予一定压力 以保持较大的流量 4 磨削液应该具有一定的防锈蚀能力 由于新生磨削表面具有较高的能量极容易与空气中的氧气等物质发生化学反应 引起工件表面的氧化 一般磨削液能够在工件己加工表面形成保护膜 阻止新生工件表面直接与空气接触 在磨削液的作用中 降低工件表面温度防止工件热损伤以及润滑磨具与工件的接触界面是磨削液的主要作用 对于有些特殊磨削加工如高速磨削 缓进给磨削以及难加工材料的磨削等 磨削液还必须具备防粘附能力 避免参与磨削区的化学反应 这些磨削方式中 磨削液对提高磨除率和表面光洁度起着决定性的作用 因此 对磨削液的深入研究也是今后的重要课题之一 图5 20磨削液的作用 2 磨削液的分类 组成及用途 1 油溶性磨削液油溶性磨削液润滑性能较好 一般用于磨削硬质合金 螺纹磨削 齿轮磨削以及珩磨 超精加工等磨削方式之中 油溶性磨削液的主要成份多为矿物油 植物油和动物油虽有较好的润滑性能 但因其化学稳定性差 易变质 因此不常采用 1 普通矿物油普通矿物油多为低粘度或中等粘度的矿物油加入油溶性防锈添加剂 如7号高速机油 10 20号机械油以及轻质柴油 煤油等 这类磨削液的润滑滑效果若不理想 还可加入一些脂肪酸 它与金属表面层形成皂层 可减轻磨削时的摩擦 2 极压油为了使金属表面形成的润滑膜更牢固 在磨削液中加入含硫 氯和磷等化学元素的极压添加剂 形成所谓极压油 如氯化石蜡 氯化脂肪酸 硫化棉籽油等 A 含有极压添加剂的极压油其渗透性和润滑性能更佳 适用于表面粗糙度要求低的重要工序或一些难加工材料的磨削 B 极压油的使用温度与它形成的润滑膜的溶点有关 磨削温度不高时 采用含氯添加剂为宜 若磨削温度很高 则以采用含硫添加剂为好 磷在减小摩擦方面很有效 但不能承受高温 故很少采用 C 采用含硫的极压油对镍基耐热合金进行加工时 磨削完成后应对零件彻底清洗 否则残留在工件表面的硫元素 会引起晶界腐蚀影响零件性能 D 油性磨削液有较好的附着性 它能隔绝空气 防止磨削区内的氧化和水解等不良化学反应 如CBN磨料在高温下容易与水发生水解反应 所以在使用CBN砂轮进行磨削时 应采用油性磨削液 钛元素容易氧化 形成氧化钛与刚玉粘附 影响磨削效果 采用油性液对含钛的工件进行低速磨削会收到满意的效果 2 水溶性磨削液 水溶性磨削液的主要成份是水 再配以其它的添加剂而成 水具有良好的冷却性能 水溶性磨削液具有稳定性好 配制方便 成本低廉 不易污染等优点 因此 逐步得到广泛的应用 1 乳化液乳化液是在含有乳化剂的矿物油中加水稀释而成 因此兼有润滑和冷却两方面的优越性能 2 含有表面活性物质的水溶液 活性物质 水常用的表面活性物质有 石油磺酸钠 油酸钠皂 磺化蓖麻油 阴离子型 以及平平加 司本 非离子型 等 这类磨削液通常也加有亚硝酸钠等水溶性防锈添加剂 有时也加入磷 硫 氯等极压添加剂 以进一步提高其润滑性能 含有表面活性物质的水溶液不含矿物油 不仅节约能源 而且各种表面活性添加剂可按工件序要求 工件材料特点来选配 这类磨削液多为透明的易于观察 使用周期长 深受操作者喜爱 目前 这类磨削液发展很快 品种也越来越多 3 电解质水溶液清水 电解质 无水碳化钠 亚硝酸钠 防锈 磷酸三钠 硼酸 软化水 三乙醇胺等物质而成 磨削时 利用水溶液中的无机盐在磨粒和工件表面的离子吸附作用来防止粘附 因此又称为离子型磨削液 这类磨削液常用于粗磨等要求不高的工件序上 因为水的比热 传热系数和蒸发热比油大 冷却性能好 但润滑性差 应用这类水溶液进行磨削时 磨削功耗大 砂轮寿命短 为了提高其润滑性能 常在水中加工入表面活性物质 4 固态磨削剂应用较多的是把固态磨削剂作为砂轮的充填料 如用碲作为充填料磨削不锈钢