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1、第五章第五章磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液 一、磨削温度一、磨削温度1、磨削热的产生和传散、磨削热的产生和传散2、磨削温度的分类和意义、磨削温度的分类和意义3、磨削温度的测量、磨削温度的测量二、磨削液二、磨削液1、磨削液的作用、磨削液的作用2、磨削液的类型、磨削液的类型3、磨削液的供液方法、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，以上，在表面形成极大的温度梯度在表面形成极大的温度梯度(可超过可超过600
2、1000OC/mm)。切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削70%90%10%20%5%磨削磨削10%60%95%10%表表5-1车削和磨削热量传散对比车削和磨削热量传散对比1 1、磨削热的产生与传散、磨削热的产生与传散1 1、新生面形成所需的表面能、新生面形成所需的表面能、2 2、残留于磨削表面层中的应变能、残留于磨削表面层中的应变能3 3、使切屑飞出的动能外，、使切屑飞出的动能外，4 4、大部分转化成为热能，消耗在加热、大部分转化成为热能，消耗在加热工件、砂轮和切屑工件、砂轮和切屑5 5、辐射散逸、辐射散逸Q=Qw+Qs+Qc+Qo+Qu式中式中Qw传入工件的热量；传入工件的热量；Qs传入砂轮的
3、热量；传入砂轮的热量；Qc传入切屑的热量；传入切屑的热量；Qo传入磨削液的热量；传入磨削液的热量；Qu辐射热量；辐射热量；磨削热量的分配情况随着工磨削热量的分配情况随着工件速度件速度 、磨削深度等磨削、磨削深度等磨削参数的影响。另外，工件、参数的影响。另外，工件、砂轮、切屑之间带走热量的砂轮、切屑之间带走热量的比例还受其导热系数的影响。比例还受其导热系数的影响。二、磨削温度的分类和意义二、磨削温度的分类和意义(1)工件的平均温升工件的平均温升w将砂轮与工件的接触区作为一个将砂轮与工件的接触区作为一个热源，其流入工件的热量热源，其流入工件的热量QW使使工件整体上升的温度称为工件的工件整体上升的温
4、度称为工件的平均温升平均温升w。这一温度主要影响这一温度主要影响工件的尺寸和形状精度。工件的尺寸和形状精度。图图53工件温度随时间的变化工件温度随时间的变化(2)接触面温度接触面温度、m砂砂轮轮与与工工件件的的接接触触弧弧部部分分的的表表面面温温度度简简称称为为接接触触面面温温度度或或磨磨削削区区温温度度。它它又又可可以以分分为为平平均均温温度度和和最最高高温温度度m。接接触触面面温温度度与与工工件的烧伤、裂纹和变质层有密切关系。件的烧伤、裂纹和变质层有密切关系。图图57平面磨削中实测的工件表面层温度的分布平面磨削中实测的工件表面层温度的分布图图58磨削表面层的最高温度的理论值与实测值的比较磨
5、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。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，磨粒进行切削时，OA（如图如图49所示）所消耗的剪切能的一所示）所消耗的剪切能的一部分转变成热能使工件温度上升，部分转变成热能使工件温度上升，其他部分加热切屑。切屑的后面其他部分加热切屑。切屑的后面同磨粒前面同磨粒前面OB摩擦，进一步加热摩擦，进一步加热了切屑和磨粒的前面了切屑和磨粒的前面g gVV
6、s s0.240.24V Vw w0.260.26t t0.880.88 (4)切屑温度切屑温度c切切屑屑被被排排除除时时瞬瞬间间的的平平均均温温度度称称为为切切屑屑温温度度c。通通常常切切屑屑在在空空气气中中氧氧化化产产生生火火花花飞飞散散现现象象，在在这这一一过过程程中中切切屑屑温温度度变变化化较较大大。我我们们把把切切屑屑形形成成并并从从工工件件分分离离时时瞬瞬间间的的温温度度作作为为切切屑屑温温度度来来考考虑。虑。通常情况下通常情况下w w约为几十度，约为几十度，可达数百度，可达数百度，g g则可则可超过超过10001000度。这些温度不是独立变化的，而是相互关联相度。这些温度不是独立
7、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度的影响而已响而已3 3、磨削温度的常用测量方法、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，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，常见的有能得到更加准确的结论。实验方法中，常见的有热电偶法，热电偶法，PbS光电池法，电子管电位计法，热敏涂料法光电池法，电子管电位计法
8、，热敏涂料法等。等。1）热电偶测温法 图511 外圆磨削的测温原理 图510 平面磨削的测温原理2 2）红外辐射测温法）红外辐射测温法a测试装置测试装置b检测电路检测电路图图512利用硫化铅（利用硫化铅（PbSPbS）光电池测量红外辐射的方法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确的温度值513光纤红外测温原理光纤红外测温原理3）电子管电位计测量法电子管电位计测量法图图515电子管电
9、位电子管电位计测量磨削温度的方计测量磨削温度的方法示意图法示意图二、磨削液二、磨削液1）润润滑滑作作用用所所谓谓润润滑滑作作用用就就是是液液体体渗渗透透到到磨磨具具与与工工件件的的接接触触区区内内，形形成成润润滑滑膜膜，以以减减少少界界面面之之间间的的摩摩擦擦，从从而而达达到到降降低低磨磨削削力力，减减缓缓磨磨粒粒的的磨磨损损，延延长长砂砂轮轮寿寿命命的的作作用用。油油类类磨磨削削液液的的润润滑滑作作用用比比水水类类磨磨削削液液的的要要优优越越一一些些。为为加加强强磨磨削削液液的的润润滑滑作作用用，常常在在磨磨削削液液中加入一些添加剂，以改善磨削液的润滑性能。中加入一些添加剂，以改善磨削液的润
10、滑性能。1 1、磨削液的作用、磨削液的作用 2）冷却作用）冷却作用磨削液的冷却作用包括两方面的内容：一是迅速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，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。热有密切关系。表表51水、油性能的比较水、油性能的比较磨削液类别磨削液类别导热系数导
11、热系数W/moC(cal/cm.s.oC)比热比热J/kg.oC(cal/g.oC)汽化热汽化热J/g(cal/g)水水0.628(0.0015)4190(1)2261(540)油油0.126-0.210(0.0003-0.0005)1670-2090(0.4-0.5)167-314(40-75)3）清洗作用）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。工件表面和
12、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磨削液的清洗性能与磨削液的渗透性渗透性、流动性流动性和和使用压力使用压力有关。有关。渗透性渗透性与磨削液中所含的与磨削液中所含的表面活性物质表面活性物质有关；有关；流动性流动性则与磨削液的则与磨削液的粘度粘度有关。渗透性好、粘度低的磨削液，其清洗作用强。另外，为有关。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一定压力，以保持较大的流量。，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
13、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 在在磨磨削削液液的的作作用用中中，降降低低工工件件表表面面温温度度防防止止工工件件热热损损伤伤以以及及润润滑滑磨具与工件的接触界面是磨削液的主要作用。磨具与工件的接触界面是磨削液的主要作用。对对于于有有些些特特殊殊磨磨削削加加工工如如高高速速磨磨削削、缓缓进进给给磨磨削削以以及及难难加加工工材材料料的的磨磨削削等等，磨磨削削液液还还必必须须具具备备防防粘粘附附能能力力；避避免免参参与与磨磨削削区区的的化化学学反反应应。这这些些磨磨削削方方式式中
14、中，磨磨削削液液对对提提高高磨磨除除率率和和表表面面光光洁洁度度起起着着决决定性的作用。因此，对磨削液的深入研究也是今后的重要课题之一。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。磨削液磨削液砂轮砂轮磨粒磨粒结合剂结合剂气孔气孔工件工件抑抑制制塑塑性性流流动动、减减少少温温升升、抑抑制制磨磨粒粒与与工工件间的化学反应件间的化学反应热热应应力力引引起起磨磨粒粒破破碎碎、机机械械作作用用引引起起磨磨粒粒破破碎碎、由由于于表表面面能能的的变变化化调调节节破碎强度破碎强度减小滑动摩擦减小滑动摩擦调节结合剂桥的断裂调节结合剂桥的断裂磨粒的自锐磨粒的自锐防止切屑的粘附防止切屑的粘附防止切屑
15、、破碎磨粒的粘附防止切屑、破碎磨粒的粘附降低磨削温度降低磨削温度防止切屑粘附、防锈防止切屑粘附、防锈图图520磨削液的作用磨削液的作用2、磨削液的分类、磨削液的分类、组成及用途、组成及用途1）油溶性磨削液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。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、因此不常有较好的润滑性能，但因其化学稳
16、定性差、易变质、因此不常采用采用(1)普普通通矿矿物物油油普普通通矿矿物物油油多多为为低低粘粘度度或或中中等等粘粘度度的的矿矿物物油油加加入入油油溶溶性性防防锈锈添添加加剂剂。如如7号号高高速速机机油油，1020号号机机械械油油以以及及轻轻质质柴柴油、煤油等。油、煤油等。这这类类磨磨削削液液的的润润滑滑滑滑效效果果若若不不理理想想，还还可可加加入入一一些些脂脂肪肪酸酸，它它与与金属表面层形成皂层，可减轻磨削时的摩擦。金属表面层形成皂层，可减轻磨削时的摩擦。(2)极压油极压油为了使金属表面形成的润滑膜更牢固，在磨削液中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
17、加剂，形成所谓极压油。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。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。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。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。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。若磨削温度很高，则以采用含硫添加剂
18、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。的氧化和水解等不良化学反应。如如CBN磨料在高温下容易与水发生水解反应，所以在使用磨料在高温下容易与水发生
19、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。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本
20、低廉、不易污染等优点，因此，逐步得到广泛的应用(1)乳化液乳化液乳化液是在含有乳化剂的矿物油中加水稀释而成，因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含有表面活性物质的水溶液:活性物质活性物质+水水常用的表面活性物质有：石油磺酸钠、油酸钠皂、磺化蓖麻常用的表面活性物质有：石油磺酸钠、油酸钠皂、磺化蓖麻油油(阴离子型阴离子型)以及平平加、司本以及平平加、司本(非离子型非离子型)等。这类磨削液通常等。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、氯等也加有亚硝酸钠等水溶性防锈添加
21、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。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。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喜爱。目前，这类磨削液发展很快，品种也越来越多，品种也越来越多(3)电解质水溶液电解质水溶液清水清水+电解质电解质（无水碳化钠、亚硝酸钠（无水碳化钠、亚
22、硝酸钠(防锈防锈)、磷酸三钠、硼酸、磷酸三钠、硼酸(软化水软化水)、三乙醇胺等物质而成）磨削时，利用水溶液中的无机盐在、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。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。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。为了应用这类水溶液进行磨削时，磨削功耗大，砂
23、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。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。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，碲在如用碲作为充填料磨削不锈钢，碲在700时会在工件表层形成中时会在工件表层形成中间结晶的间结晶的“锈锈”，以改善磨削过程。充填冰晶石和硫对不锈钢磨削，以改善磨削过程。充填冰晶石和硫对不锈钢磨削也有良好效果。也有良好效果。但固态磨削剂使用不当，会使砂轮容屑空间堵塞，温度升高，但固态磨削剂使用不当，会使砂轮容屑空间堵塞，温度升高，因此，应慎重使用因此，应慎重使用3、磨削液的供液方法、磨削液的供液方法 1）浇注法）浇注法 图图530普通浇注法普通浇注法图图531磨削液进入磨削区的障碍磨削液进入磨削区的障碍2）高压冷却）高压冷却3）砂轮内冷供液法）砂轮内冷供液法4）喷雾法供液法）喷雾法供液法5）超声波供液法）超声波供液法6）浸渍砂轮）浸渍砂轮