磨削热是造成磨削烧伤的根源,故防止和抑制磨削烧伤有两个途径:一是尽可能地减少磨削热的产生;二是改善冷却条件,尽量使产生的热量少传入工件。
(1)正确选择砂轮。一般选择砂轮时,应考虑砂轮的自锐能力(即磨粒磨钝后自动破碎产生新的锋利磨粒或自动从砂轮上脱落的能力),同时磨削时砂轮应不致产生黏屑堵塞现象。硬度太高的砂轮由于自锐性能不好,磨粒磨钝后使磨削力增大,摩擦加剧,产生的磨削热较大,容易产生烧伤,故当工件材料的硬度较高时选用软砂轮较好。立方氮化硼砂轮磨粒的硬度和强度虽然低于金刚石,但其热稳定性好,且与铁元素的化学惰性高,磨削钢件时不产生黏屑,磨削力小,磨削热也较低,能磨出较高的表面质量。因此是一种很好的磨料,适用范围也很广。
砂轮的结合剂也会影响磨削表面质量。选用具有一定弹性的橡胶结合剂或树脂结合剂砂轮磨削工件,当由于某种原因导致磨削力增大时,结合剂的弹性能够使砂轮做一定的径向退让,从而使磨削深度自动减小,以缓和磨削力突增而引起的烧伤。
另外,为了减少砂轮与工件之间的摩擦热,将砂轮的气孔内浸入某种润滑物质,如石蜡、锡等,对降低磨削区的温度、防止工件烧伤也能收到良好的效果。
(2)合理选择切削用量。磨削用量的选择应在保证表面质量的前提下尽量不影响生产率和表面粗糙度。
磨削深度增加时,温度随之升高,易产生烧伤,故磨削深度不能选得太大。一般在生产中常在精磨时逐渐减少磨深,以便逐渐减小热变质层,并能逐步去除前一次磨削形成的热变质层。最后再进行若干次无进给磨削。这样可有效地避免表面层的热烧伤。
工件的纵向进给量增大,砂轮与工件的表面接触时间相对减少,因而热的作用时间较短,散热条件得到改善,不易产生磨削烧伤。为了弥补纵向进给量增大而导致的表面粗糙的缺陷,可采用宽砂轮磨削。(www.xing528.com)
工件线速度增大时磨削区温度会上升,但热的作用时间却减少了。因此,为了减少烧伤而同时又能保持高的生产率,应选择较大的工件线速度和较小的磨削深度,同时为了弥补工件线速度增大而导致表面粗糙度值增大的缺陷,一般在提高工件速度的同时应提高砂轮的速度。
(3)改善冷却条件。现有的冷却方法由于切削液不易进入到磨削区域内往往冷却效果很差。由于高速旋转的砂轮表面上产生的强大气流层阻隔了切削液进入磨削区,大量的切削液常常是喷注在已经离开磨削区的已加工表面上,此时磨削热量已进入工件表面造成了热损伤,所以改进冷却方法、提高冷却效果是非常必要的。具体改进措施如下:
①采用高压大流量切削液,不但能增强冷却作用,而且还能对砂轮表面进行冲洗,使其空隙不易被切屑堵塞。为了减轻高速旋转的砂轮表面的高压附着气流的作用,可以加装空气挡板,使冷却液能顺利地喷注到磨削区,这对于高速磨削尤为必要。
②采用内冷却法。其砂轮是多孔隙能渗水的,切削液被引入砂轮中心孔后靠离心力的作用甩出,从而使切削液可以直接冷却磨削区,起到有效的冷却作用。由于冷却时有大量喷雾,故机床应加防护罩。使用内冷却的切削液必须经过仔细过滤,以防止堵塞砂轮空隙。这种方法的缺点是操作者看不到磨削区的火花,在精密磨削时不能判断试切时的吃刀量,很不方便。
磨削烧伤除了受上面两方面因素的影响外,还受工件材料的影响。工件材料硬度越高,磨削热量越多。但材料过软,易堵塞砂轮,使砂轮失去切削作用,反而使加工表面温度急剧上升。工件强度越高,磨削时消耗的功率越多,发热量也越多;工件材料韧性越大,磨削力越大,发热越多。导热性能较差的材料,如耐热钢、轴承钢、高速钢、不锈钢等,在磨削时都容易产生烧伤。
(4)加工表面的残余应力。表面层残余应力主要是因为在切削加工过程中工件受到切削力和切削热的作用,在表面层金属和基体金属之间发生了不均匀的体积变化。
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