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衡水中瑞化工科技有限公司
l 9 年 90
第 3期
J U NA F JL N U I E ST F T C N L GY O R L O I I N V R I Y O E H O O
吉
林
工
业
大
学
学
报
N9 2
.
1 99O
●
一
-- -
,
磨 削 液 对 磨 削 烧 伤 的 影 响
●
机 工 系 张 孟 湘 李 伟 邸 彦 召 械 程
摘 要 出 文根 据 磨 削 接 触 区 最 高 温 度 的 数 学 模 式 肝 表 母 曲 函 数 羌
《,用 正 交试 验 考 察 了不 同磨 削液 时工件 速度 、切 深 a 、修 正 导程
对烧 伤 的 影响 .
关键 词 { 削 磨
L 蔓 l 伤 烧 警
一
、 ~
一
、
一
.
O 前 言
一
、
磨 削 液 是 影 响 磨 削 过 程的 一个 重 要 因素 ,不 同 性 能 的磨 削 液 对磨 削过 程 的 影 响 是 不
样的.
烧 伤 是 磨 削 接 触 区 热 损 伤 之 一 ,与接 触 区 的 温度 有关 .根 据 J C agr 摩 擦 面 温 . .Jee 的 度 理 论 ,高 泽 孝 哉 得 出 砂 轮一 件 接 触 区 晟 高 温 度 为 一: 工 J
× 3 I× . () J
式 中
— —
磨 削热 源 强 度 .q 。R 为 流 入 工 件 的 热 量 比 , 为磨削 能通 量 =R
导 温 系数 碍 热 系 数
—
—
—
工 件 速 度
L 一
无量纲特性值 ?L
为 砂 轮直 径
? L 为接触 区弧 长, 平磨时 厶=√ , 为切深 , D
●
代入 ,故 ( ) 也 可 改 写 为 1式
以 M × × ( J = I d
( = ? 为 轮 速 )函 ,表 为 式 : 恬 V 砂 线 度的 数 可 示 下
中 =
收稿 日期 :I8 —2 1 . 9 9 8月修 改 9 71 — 9 1 9 年
一
㈤ …
●
() 2 式中 K、 ^为工件材料的物理 特性 , D为砂轮的几 何特性 , 与加工 条件无关 , 均 故影
响烧 伤 的 主要 因 索 为凡 ( 磨削 液有 关 ) 、 与 、 。和 .而 磨削 能 通 量 是 无 量 纲 磨 粒 切 深
( ) .+ A ( ) D
() 3
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( ) 中 、血 和 。 分 别 为系 数 和 指 数 .可从 有关 资 料 中 蠢 出 , 为 切 削 路 程. ( ) 3式 、 f 3 式 表 示 中 由两 部 钋 组 成 .前 者 与砂 轮 修 正 有 关 .后 者 与 磨 削 过 程 所 经 过 的 路 程 ( 属 切 除 金
量 ) 关. 有 为 了研 丘对 烧 伤 有 影 响 的上 述 各 有 关 因 素 .本 文 针 对 GC l 承 钢 试 件 .在 每 种 磨 r5轴
●
削 液 时 ,均 变 切 深 、工件 速度 r 和修 正导 程 三 个 因 素 ,考 察 烧 伤 产 生 前 金 属 切 除 量 仉 及 磨 削 比 仉 / ( 为砂 轮磨 损量 ) 评 定 它 们 对 烧 伤 的 影 响 情 况 . ,
■
1 试 验 条件 和 测 试 方
1 1 试 验 条 件 . ‘ 机 床 : I 3平 面磨 床 }砂 轮 :G 6 Z 23 0 3 ×1 7 M7 3 B 0 R 5 × 2 2 }砂 轮 速 度 :V  ̄ 2 m/ }工 s 5 s
件 速 度 :V。 0 ]m/, = . 3 s
02 m/I 削 深 度 ; I . 2 m/ 行 程 , 2 . 3 .1 s 磨 d一0 0 m  ̄ a:0 0mm/  ̄
行 程 } 正 工 具 ; 刚 石 笔 }修正 导 程 8 =0 1 修 金 t .mm/, = 03 r岛 . mm/}修正 用 量 : 修切 r 粗 深 0 0rm( .2 a 5次 ) 精 修 切 深 0 0 mm( ) , .] 2次 .光 刀 ( 2次 ) I
试 件 ;G r5轴 承 钢 ,淬 火 C1
HRC 2 6 ,尺 寸 7 × 1 6~ 5 5 5×2 ( 7 长 ×宽 × 高 ) I磨 削 液 流 量 :2 L 5/
Ir|磨 削 液 种 类 :选 用 四 种 磨 削 Tl Ll 液 .分 别 代 表 无 机 盐 、普 通 乳 化 液 及 化 学 合 成 液 三 种 类 型 .化 学 合成 液 中 包 括 高 效 ^磨 削 液 和 合 成 l 切 削 液 两 种 ,使 用 浓 度 均 为 3 %. 四 种 磨 削 液 分 别 以 w 、HA和 、
表 示。
1 2 测 试 方 法 . 磨 削 力 用八 角 环 测 力仪 进 行 测
定 .磨 削 温 度 采 甩 人 工 热 电 偶 测
量 .金 属 切 除 量 用百 分 表 测 量 试 件
●
加 工前后尺寸的变化得 出.砂轮磨 损 用 复 映 法 测 量 .工 件 烧 伤 用 目 测 。测量装置示意图如图 1 所示。
图 1 测 量 装 置 示 意 图
●
2 正 交 试 验 及 结 果
考 察 指 标 为 烧 伤 产 生 前 的金 属 切除 量 及 磨 削 比.因 子 及 水 平 如 下 :
切深 am ( m) l d= 0 0 ) (2 0 0 ) ( I . 2 ,2 e— . 3 } 工件 速 度 ( s 1 I . ) ( 2 - 1 { m/ ) ( 一0 1 ,2 =0 2 ) 3
修正 导程 8 r r 1岛=0 1 ,2岛一0 3 .因此 , 文 为三因子二水 平的 正 交 ( m/) ( a .) ( .) 本
试 验 .取 L ( 正 交 表 ,表 头 设 计 如 表 l | 2)
表2 为四种磨削液的考察指标的试 验结 果 , 3 表 表示 不同磨削液时各 因子对考 察指
一
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标 的 较 好 水平 及 显 著性 情 况 。
表 1 L 正 交 试 验 表 I c
试 验 母 f mm、
( 刊 1
J i hm
s( mm/ ) r
( 2列
( 3列 )
●
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表 2 饶伤产 生前 的盎 属切除量 及磨 削比
席 削 槭 W
暂\ 描 \
~ 验 号 、、
日
K
Ⅳ
f h
\ 际 f “ l mm /ll rr l
1 .8 2 3
8 6 . 3 3 3 . 8 2 25 .
/
1 8 2
0 5 . 5 1 63 . 2. 1
( mSrm) a r / a
27 】 .5
5 5 .2 8 .5 2 30
0 0 c( “ , ( mS / 。 。 mm ̄ / q I 。 r “m) 8a / r mm) a
5 21 .-
0 25 . 3 8 9 D 72 .
1 .5 68 7
4l 25 l 3 5 5 2 . 6 5 .7
3 5 2. 5
3. 8 9 3 】 6 5 .】
24 .5 】
5 5 .2 J 3 3 .5 】 2
3 3
5 0 . 6 1 . 8 8 2 0 5 .5
一
∑
2 . 9 -0 7 .
①
56 . 3
38 5 1 . 02 . 09 】
③
5 5 7 0 2 4 , B 3 . 2 8 2 1 92 . 25 15 .
②
太 小顺序
等划、r  ̄- . t
襄 括 { 卓 宽 鹰 上 的 盘 届 切 除 ; 砂 乏
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①
②
最指 位 砂 轮 宽 应 j 枘 砂 轮 j 擞 鳗 f f
表 3 较 好水 平殛显著性
暗 剖 漓
H , “ Ht
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参
数
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矗 艘 瘦 为 0 % D
3讨 论 和 分 析
3 1 磨 削 液 的 影 响 . 从表 2中 可 以 看 出 ,无论 是烧 伤前 的 总 金属 切 除 量 或 者 磨 削 比 ,四种 磨 削 液 的 大 小
l 『均 为 >打 > >w 即 化学 合成 液最好 . 嘎芋 , 其次 为乳化 液 . 无机盐 类磨 削液晟差 ,
而 化学 合 成 液 中 .高 效 磨 削 液 的 效 果最 佳 。 为了 避 免 烧 伤 .应 降 低 接 触 区 温 度 , 可 从 两 方 面 入手 ,即 减 少磨 削热 的 产 生 和 加 这
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速 磨 削 热 的逸 散 ,前 者 与 磨 削 液 的 润 滑 性 有 关 ,后 者 与 磨 削 液 的 冷 却 性 和 浸润 性 有 关 瞻削 液 是 一 种 水 基 磨 削 液 ,水 的 冷 却 性 最 好 ,而 且其 中还 含 有 不 同 极性 强度 的 阴 离 子 表 面 活性 剂 ,它 溶 于 水 时 ,电离 生 成 离 子 .磨 削 时 ,由于 强 烈 摩 擦 所 产 生 的 静 电荷 , 可通 过 磨 削 液 中 的 离 子 反 应 迅 速 消 除 , 而 使 接 触 区不 产 生 高 热 .同 时 , 从 磨 削 液 中还 含 有 润滑 性 能 最 好 的 油 性 添加 剂 ,其 亲 水 基 的 吸 附性 能 很 强 ,在 磨 削过 程 中 很 快 吸 附在
口
金 属 表 面 上 ,与 铁 反 应 生 成 牢 固 的 润 滑 膜 ,在 高 温 高 压 下仍 保 持 其 润 滑性 能 .此 外 , 磨 削 液还 含有 非 离 子 表 面 活性 剂 ,它 可 降 低 水 的 表 面张 力 , 高 浸 润 能 力 .因 此 , 。 提 磨 削 液 在接 触 区 内 能 起到 良好 的 润 滑和 冷 却 作 用 。 无 机 盐 液 Wa 主 要 份 量 是 水 ,其 中 添 有 少 量 无 机盐 , 机 盐 主 要 起 防锈 作 用 ,所 以 的 无 这 种 磨 削 液 的 冷却 性 很 好 ,但 润 滑 性 极 差 ,因此 它 不 能减 少 磨 削 区热 量 的 产 生 普 通 乳 化 液 中 含 有 矿物 油 ,其 润 精 性 较 好 ,但 冷 却性 较 上 二者 差 ,因 此 它 不能 很 好 地 将 接 触 区 热 量 传 出.但 普 通 乳 化 液 的 表 面 张 力 较 低 ,具 有 一 定 的 浸 润 能力 3 2 各 因子 的影 响 .
从 表 3知 :
( )工 件 速 度 较 低 时 ,对 各 磨 削 液 的 考 察 指 标均 有 利 ,特 别 是 对 磨 削 液 的 磨 1
削 比影响 显著 .文献 [] 为 : 3认 增大工件速 度对减轻烧伤 有利 , 因是工件 速度增大 后 , 原 热 源 对工 件 表 面 的作 用 时 间缩 短 ,表 面 层 温 度 梯 度 大 ,即发 生 过 高 温 的 金 属 厚 度 减 薄 ,
通 过 最 后 的 光 磨 或 后 续 的 光 整 加 工 工 序 就 可 除 去 .从 这 个 观 点 出 发 ,认 为 . 可 减 轻 磨 大
削 表面烧 伤 , 上述结 论对 干磨看来是正 确的.但在湿磨条 件下 , 当热源 与工件 表面接触 时 ,将 受 到 浸 入 接 触 区 内 磨 削 液 的作 用.工 件 速 度 较 低 ,即 磨 削 液 的作 用 时 间 较 长 ,则 热 源 的 影 响程 度 减 轻 , 工 件 表 面 的 温度 降 低 .当磨 削液 的 冷 却 性 、浸 润 性 愈 好 时 ,磨 使 削 液的效果发挥愈 充分 , 工件 表面的温度 愈低,从而使烧伤前 的金 属切 除量愈多 ,砂轮
磨 损量 愈 小 .
磨 削液在工 件速 度较 低时 , 磨削液在接触区内充分发挥冷却作 用 , 表面烧伤 不 使 易 产 生 . 磨 削 液 具 有 一定 的 浸 润能 力 ,有 利 于 磨 削 液 浸 入接 触 区 内 , 冷 却 起 一 定 作 对
用 .所 以磨 削 液对 磨 削 表 面 的冷 却作 用对 烧 伤 有 很 大 影 响 . ( )2水 平 的 切 深 ( 大 ) 无 机 盐 液 、化学 合 成 液 的磨 削 比有 利 ,其 中 对 无 机 盐 液 2 较 对 磨 削 比的 影 响 显 著 .增 大 砂轮 切 深 ,可 增 加 金 属 切 除 量 ,但 切 深 增 大 ,使 磨 削 区温 度 增 加 .而磨 粒 的磨 损 与 接 触 区 温 度 大 致成 比 例增 加 “,所 以 增 大 切 深 又 会使 磨 粒 磨 损 增加 . 当使 用 冷 却 性 好 的 磨 削 液 时 ,磨 削 液 将 带 走 接 触 区 的 热 量 ,使 温 度 降 低 . 磨 削 比为 单 位 时 间 内 金 属 切 除 量 与 砂 轮 磨 损 量 之 比.当使 用 冷 却 性 好 的磨 削 液 时 , 适 当 提 高 切 深 ,可 获 得 较 高 的金 属 切 除 量 ,而 磨 粒 的磨 损不 增 加 ,从 而 提 高 了磨 削 比. H 、HA 均 为 水基 磨 削液 ,冷 却性 好 ,所 以三 种 磨 削液 的 磨削 比在 较大 切深 时有 利. 、月
无 机盐磨削 液如 亚硝 酸钠 常以离子形式吸附于砂轮和工件 表面 , 可防止砂轮表面堵 塞, 避免烧伤 一.所以适当提高 切深后 , 对增 加磨 削比较显著. ( )对 各 磨 削 液 , 伤 产 生 前 砂 轮 修正 导 程 多 以小 值 为好 .用 小 导 程 修 正 砂 轮 比大 3 烧
导 程 修 正 时 砂 轮 上 有 效 磨 粒 数 多 ,如 在 同 样 磨 削 条 件 下 ,则 用 小 导 程 修 正 的磨 粒 负 荷
轻 ,磨 损 量 小 .
一
9 — 3
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本 试 验 所 用 磨 料 粒 度 为 6 ,磨粒 的尺 寸 范 围 为 02 ~ 0 35 m,第 】 平 的 导 程 0 . 5 . 1r a 水 0 】比 它 小 ,因 此 砂 轮 上 每 颗 磨 粒 都 能 被 修 正 器 切 削 着 ,从 而 产 生 较 多 的 有 效 切 削 刃 , . 使 砂 轮 的切 削 性 能 提 高 .因 此 ,为 了避 免 或延 迟 烧 伤 的 产 生 ,多 采 用小 的修 正 导 程 . 3 3 各 磨 削液 的烧 伤 能 通 量 . 烧 伤 发 生 时 所 消 耗 的 磨 削 能 通 量 称 为 烧 伤 能 通 量 ,有 研 究 表 明 : 伤 时 的 不 烧 受 砂 轮种 类 和 磨 削 方 式 的影 响 ,只 随无 量 纲 磨粒 切 深 而 变 化 , 受 磨 削 液 冷 却 和 润 滑 也 效 果 的作 用.本 文正 交 表 中 4个 试 验 的 ^值 如 表 4 , .磨削 烧 伤 能 量 可 按下 式 求 出
一
●
o
() 4
…
式 中 F —— 烧 伤 产 生 时 的切 向磨 削 力 ( 见表 5 )
— —
砂 轮 线速 度 砂 轮 和 工 作 的 接 触 区弧 长 .当 a . 2 =O 0mm,L= 26 r o . 5 m,Ⅱ 00 rm,L a = .3 a
= 3 4 m .2 m
B —— 砂 轮 工 作 宽 度
— —
丧 I 烧伤产 生时切 向磨 削力
3 93× 1 一 . 0 63 . 5× l O一
4 8 X 1 . 0一i
.
值(h ) N mn
H^ H-
I . 63
l . 7 0 2 .1 1 2 0 2.
试
验
号
wI
l . 2 7 1 . 3 3 l 7 6. 】 . 7 4 1 1 5. l 7 5.
1 . 7 I .1 8 2 . 2 5
I 3 9.
2 0 0.
B X l 0—5
2 . 34
各 磨 削 液 在 正 交 试 验 时 4 烧 伤 能 通 量 个 值 如 表 6 . 根 据 表 和 表 5得 ,烧 伤 能 通 量 随
丧 B 烧伤 产生时 的能通 量 值 ( n n ) w/u
E
§ l
≥
o
的变化趋 势如图 2 所示 .由图 2 : 磨削液 知 各
烧傍能通量 的大小顺序为 H >H >R> A  ̄ r -
.
这 个 顺 序 和 前 面提 到 的 各 磨 削 液 磨 削 烧 伤
产 生 前 的 总金 属 切 除 量 及 磨 比 的大 小顺 序是
一
图 2
与 的关 系
致 的 ,它 说 明磨 削 液 的 烧 伤 能 通 量 值 越 大 ,则 烧 伤 产 生 前 的 总 金 属 切 除 量 及 磨 削
比越 大.
9d 一
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4 结 论
根 据 本 文 试 验 范 围 ,可得 如下 结 论 :
( )磨 削 液 的冷 却效 果 、润 滑 效 果 和 浸 润效 果决 定 接 触 区 的 温 度 值 ,影 响 烧 伤 的 发 1 生 .各 效 果 好 的 磨 削 液 烧 伤 能通 量 如 值 大 ,即 : 伤 发 生 前 总 金 属 切 除量 和 磨 削 比大 . 烧 本 文 试 验 范 围 内 , 伤 能 通 量 如值 的 大 小 顺 序 为化 学 合 成 液 > 普 通 乳 化 液 > 无 机 盐 液 , 烧
. '
化 学 合 成 液 中 又以 高 教 磨 削 液 的 效 果 最 佳 . ( )砂 轮 一 件接 触 区 的 冷 却散 热 对 烧 伤 的产 生 有 很 大 影 响 .当使 用 浸 润性 、冷 却 性 2 工 好 的 磨 削 液 时 , 当减 慢工 件速 度 。 利 于 磨削 液 浸入 接 触 区 内发 挥 冷却 效 果 ,从 而 使 适 有
工 件表面不易产生烧伤. .
( )增 大 切 深 , 使 接 触 区温 度 升 高 ,并 使 磨 损 增 加 ,容 易 产 生 烧 伤 .但 当使 用 冷 却 3 将 性 、浸 润 性 好 的 磨 削 液 时 ,接 触 区的 热 量 将 被 带 走 , 时 适 当 增 大 切深 ,可 增 加 金 属 切 这 除 量 ,而 磨粒 磨 损 又不 致增 加 , 而提 高 了烧 伤 产生 前 的 磨 削 比. 从
()小修正导程可减 轻磨 粒瞻损并提高 砂轮的切削能力 , d 有利于避 免烧 伤.各 磨削
液 都 以 小 修 正 导 程 为 好. 参 加 试 验 的 还 有李 淑 珍 同 志. 参
I 高泽孝 哉
考
文
献
研 喇 匝 左 层 妊 度 分 布 理 论 干 穗 定 法 .精 密 机 械 ? 16 ( I 『 9 4 I)
2 太 石 进 等 .研 削烧 时 发 生 加 66 ^ 七 9— 7 7 一 。 嘲 条 什 选 择 精 密 机 械 .18 ( ) 研 9 6 4
3 哈 尔滨 工业大学 等 主编 .机 懒斜造工 艺理 1基 础.上海 上海科技 出版社 , 9 0 电 18 4 柯 村末久 等.研 加 工 碰齄 加工.其 立出版 株式 会社 ,昭和 5 年 9 9 月 5 竹 中规雄 等-研刮 作业 实际 £研制靠 . 文童新 光社 , 和 { 年 6 | 诚 昭 a j
I fu n e o i d n ui n W o k ic n l e c f Grn i g Fl d o r p e e Bur i g nn
Z蛔 却 W e D/Ya h o i  ̄ a
Ab r c Th r pe e b r ng i h rn i r c s s r l td t he s r a e t m p r t r f t s at e wo k ic u ni n t e g i d ng p o e si eae o t u c e f eau e o
wh e— r o tc o e I h rs n ee r h,te ifu n eo h idn o dt n ( u h elwo k c n a tz n . n tep ee trs ac h n e c fteg n igc n i o s c l r i
a b e s e d V ,d p h o u s t l p e e t fC t口a d d e sn e d S) o h u n u d r t e a to if r n a n r si g l a n t b r n e h c in o d f e e t e f
r ndng fui ss u e sng o to o la r ng x e i n . g i i l d wa t did by u i rh g na ra ee p rm e t
Ke ywo ds g i d ng f u d , wo kp e e b r ng, o t o n la r ng x rm e r r n i i l r i c u ni r h go a r a e e p i nt e
.
95