磨削温度对工件质量有何影响,如何绛低磨削温度

2025-02-14 07:22:27
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磨削时,磨粒的滑擦、耕犁、切削作用使加工表面层产生相应的塑性变形,同时,由于磨削高温及大的温度梯度,还使加工表面层受到热损,形成加工变质层,使距磨削表面很薄的一层材料发生显微硬度变化、相变、塑性变形及显微裂纹等。
大量的磨削热将会软化工件表面,使其塑性增加,有利于磨屑的形成。但对被磨工件表面质量、磨削机床等也有不利的影响。
磨削热对工件的影响主要表现在工件表面质量和加工精度两方面。磨削的高温会使工件表面层金相组织发生变化。当磨削温度未超过工件的相变温度时,工件表面层的变化主要决定于金属塑性变形所产生的强化和因磨削热作用所产生的恢复这两个过程的综合作用,磨削温度可以促使工件表面层冷作硬化的恢复;如果磨削温度超过了工件金属的相变临界温度,则在金属塑性变形的同时,还可能产生金属组织的相变。
磨削的瞬间温度过高而且集中在工件表面层的局部部位,将造成工件表面层金相组织的局部变化,这种变化叫磨削烧伤。烧伤现象将引起工件表面层机械性能下降,主要是降低工件硬度和耐磨性。磨削烧伤可分为两类:第一类是指工件磨削温度尚未达到工件材料的临界温度,仅仅使工件表面层产生回火现象,这时表面层金相组织出现回火层。第二类是指工件磨削温度超过工件材料的临界温度,在通过磨削区时由于急速冷却而产生二次淬火现象,此时表面层的金相组织由回火层和二次淬火形成的索氏状、托氏体组成。更高的瞬时磨削温度在磨削过程和冷却过程中造成工件表面层与母体金属很大的温度差,形成很大的热应力。如果热应力超过材料的强度,就会使工件产生磨削裂纹,特别是在工件冷却过程中,如果表面层与母体金属有较大的温度差,那么表面层就会形成很大的拉应力,并保持拉伸残余应力,甚至产生表面裂纹。裂纹的存在,哪怕是十分细小的微裂纹,也会极大地降低工件的疲劳强度,大大缩短工件的使用寿命。由以上所述可以看到,影响磨削烧伤的主要因素是磨削瞬间时温的高低,而磨削裂纹和残余应力的起因则为被磨工件表面层的温度梯度,这一点在磨削那些导热系数和抗拉强度低的材料时更应特别注意。有时在磨削导热性差的材料时,为了减少温度梯度,可以用加热被磨工件的方法来降低磨削温度的梯度,防止产生磨削裂纹。
磨削温度使砂轮中的磨粒在加工时反复承受磨削热所形成的温度应力,对磨粒的强度和耐磨性都有不利的影响。对树脂结合剂和橡胶结合剂来讲,过高的磨削温度会导致树脂和橡胶碳化,加速磨具的磨损。磨削温度还会引起磨削区内强烈的化学反应,致使磨粒很快磨损而失去切削的能力。
另外高的磨削温度还会使所用机床产生热变形,从而影响机床精度。
磨削时,由于受塑性变形和磨削热的影响,不同工件材料在不同磨削条件下的磨削表面层硬度变化现律有所不同,归纳起来有以下几种:
(1)加工硬化采用钝化砂轮进行精密磨削时,工件表面层未产生回火,主要是加工硬化。
(2)回火软化回火软化的特点是因磨削温度过高而使磨削表面层的硬度比工件基体硬度低。用钝砂轮半精磨削时,表面马氏体组织因温度过高而产生回火软化现象,它与塑性变形产生的硬化互相综合,使表面层硬度降低而里层则因磨削的冷却硬化作用,使其硬度比基体材料高。如果磨削时的磨削温度达到金属的相变温度,且冷却不充分或干磨时,变质层结构主要是回火马氏体及其他过渡组织,表面硬度下降,由于这是因磨削温度而引起的回火组织,即是磨削烧伤层。
磨削表面质量、砂轮的磨损及工件尺寸精度都与磨削中的热现象有密切关系。因此,在磨削过程中施加磨削液的目的是为了减小磨削力,降低磨削区的温度,同时又迅速带走磨削热以减少工件的热变形。磨削液主要起到润滑、冷却、清洗和防锈的作用。
为保证磨削质量还应选择合适的砂轮特性。磨料的切削性能对产生磨削热有很大影响,磨料的硬度越高、锋利,则切削性能好,可减少发热。另外,从切削性能上相比较,白刚玉比棕刚玉好,单晶刚玉和铬刚玉又比白刚玉好。近几年立方氮化硼的使用,使切削性能方面有了较大的提高。
合理选择磨削用量对减小磨削热意义重大。减小背吃刀量,增大纵向进给量,提高工件圆周速度,都可以降低磨削温度,减少烧伤。