「现代磨削技术-磨削液介绍【上课课件】」.ppt

现代磨削技术李伯民赵波主编 第5章磨削液 第5章磨削液5 1磨削液的性能和效果5 2磨削液的种类和组成5 3添加剂的种类和作用5 4磨削加工的供给方法与效果 5 1 1磨削液的特性 5 1磨削液的性能和效果 磨削液的特性 润滑特性 冷却特性 渗透与清洗特性 防锈特性 4 参考内容 5 1 1磨削液的特性 1 润滑特性润滑特性指磨削液渗入磨粒 工件及磨粒 切屑之间形成润滑膜 润滑膜 使得界面之间摩擦减轻 防止磨粒切削刃摩擦磨耗和切削粘附 从而使砂轮的耐用度得以延长 其结果使砂轮维持正常的磨削 减小磨削力 磨削热和砂轮损耗量 防止工件的表面状态特别是已加工表面粗糙度恶化 单从润滑性而言 油基磨削液比水基磨削液优越 5 参考内容 2 冷却特性 磨削液 工件的温度下降 维持工件的尺寸精度防止加工表面完整性恶化 使磨削点处的高温磨粒产生急冷 给予热冲击的效果 以促进磨粒的自锐作用 迅速地吸收磨削加工时产生的热 冷却作用的强弱与磨削液的比热容有关 水的比热容约为矿物油的2倍 故水的冷却能力是油的2倍 6 参考内容 5 1 1磨削液的特性 影响磨削液的冷却特性的因素 磨削液的种类 磨削液流量 一般说来 水基磨削液的冷却性比油基磨削液好 磨削液的流量愈大 冷却能力越强 工件表面温升越小 7 参考内容 3 渗透与清洗特性渗透与清洗特性是指磨削液使用时浸透到磨粒 工件 磨粒 切屑的界面间 助长这些界面的润滑作用 特别是冲洗掉堆积在气孔中的切屑和脱落的磨粒 防止砂轮被堵塞 对于油基磨削液一般用它的粘度来反映 粘度越低 渗透性越容易 清洗切屑等的能力越强 8 参考内容 4 防锈特性防锈特性是指磨削液浸到工件和机床上时 应保证二者不产生锈蚀的特性 因此在磨削液中应加入适量的防锈剂 如加入亚硝酸钠 苯甲酸钠 三乙醇铵 石油磺酸钡 钠 卜二烯基丁二酸或苯骈三氮陛等 就可以起防锈作用 磨削液除应具街上述四项主要特性外 还应具有对人体无害 无刺激性 不发臭 不发霉 易消泡 便于储存 原料来源丰富 使用方便及价格便宜等优点 油基磨削液的主要特征是润滑性 水基磨削液的主要特征是冷却性 9 参考内容 5 1 2磨削液的效果 表5 2磨削液种类及可能获得的磨削效果 10 参考内容 5 1 2磨削液的效果 油基磨削液由于其润滑特性 能防止磨粒切削刃的磨耗磨损 可以维持较长时间的磨削 因此对于工件磨除量 砂轮损耗量 磨削力 加工表面粗糙度 工件的表面状态 烧伤 裂纹 残余应力 等都有优异的效果 对于水基磨削液来说 虽然在改善磨削性能的效果上不如油基磨削液 但在水基磨削液中 具有一定润滑性且渗透清洗作用优越的可溶性磨削液 仍然有比较优异的性能 11 参考内容 5 1 2磨削液的效果 5 磨削液对磨削裂纹的影响 4 磨削液对磨削表面烧伤的影响 3 磨削液对残余应力的影响 2 磨削液对加工表面层显微硬度及硬化层深度的影响 1 磨削液对表面粗糙度的影响 1 磨削液对工件磨除量 砂轮损耗量 磨削比的影响 2 磨削液对磨削力的影响 1 磨削液对零件表面完整性的影响 2 磨削液对砂轮磨削性能的影响 12 参考内容 5 1 2磨削液的效果1 磨削液对零件表面完整性的影响 1 磨削液对表面粗糙度的影响 润滑性能较好的油性磨削液的磨削效果较好 加工表面粗糙度要比水基磨削液有所改善 矿水基磨削液中 乳化液和可溶液的效果大致相当 可得到较小的表面粗糙度值 13 参考内容 5 1 2磨削液的效果 2 磨削液对加工表面层显微硬度及硬化层深度的影响 用不同磨削液磨削的零件 其表面显微硬度相差并不大 但硬化层深度却有较大不同 获得硬化层深度最小的磨削液是水溶液 乳化液次之 干磨削最深 14 参考内容 5 1 2磨削液的效果 3 磨削液对残余应力的影响磨削过程中 由于磨削热而产生的热应力占零件残余应力的主要部分 所以零件表面温度是至关重要的 15 参考内容 5 1 2磨削液的效果 4 磨削液对磨削表面烧伤的影响图给出了磨削轴承钢时不同磨削液对磨削烧伤及烧伤前工件可磨次数的影响 16 参考内容 5 1 2磨削液的效果 用于磨削 水及乳化液磨削时 发生烧伤的极限深度不同 干磨削产生烧伤的极限磨削深度最小 用乳化液磨削时产生烧伤的极限磨削深度最大 而水溶液居中 湿磨时的极限磨削深度几乎增大2倍 三种磨削条件下 乳化液的磨削效果最好 由图5 4磨削波对烧伤前可磨次数的影响可见 五种磨削液中 用油基磨削液的可磨次数最高 溶解液的再磨次数最小 17 参考内容 5 1 2磨削液的效果 在磨削液中 含有硫等极压添加刑的活性磨削液显示出了最优越的效果 这主要是由于硫系极压添加剂与工件材料反应 形成了抗剪切强度较低的硫处铁膜 从而减轻了磨粒切削刃尖端的磨损 维持了正常的磨削 18 参考内容 5 1 2磨削液的效果 5 磨削液对磨削裂纹的影响回火温度对磨削裂纹的影响显著当被磨工件在100 以下回火时 产生裂纹的极限磨削深度为0 005mm左右 而当回火温度在300 时 产生裂纹的极限磨深为0 035mm 因此磨削前工件的热处理状态对磨削裂纹有至关重要的影响 19 参考内容 5 1 2磨削液的效果 2 磨削液对砂轮磨削性能的影响 1 磨削液对工件磨除量 砂轮损耗量 磨削比的影响油基磨削液最有效 而水基磨削液效果较差 在水基磨削液间相互比较时 其效果可依次排为溶液 乳化液 溶解液 其中溶液的效果最显著 2 磨削液对磨削力的影响不同类型的磨削液对磨削力的影响规律是 润滑性能好油基磨削液的磨削力最小 在水基磨削液之间 可溶液和乳化液大致相当 润滑性能差的溶解液的磨削力大 20 参考内容 5 2磨削液的种类和组成 5 2 1磨削液的种类 磨削液 油基磨削液 无机盐磨削液 极压油 矿物油 水基磨削液 化学合成液 乳化液 21 参考内容 5 2 1磨削液的种类 22 参考内容 5 2 2磨削液的组成1 油基磨削液的组成油基磨削液的基本成分是矿物油 活性剂和极压添加剂等 23 参考内容 5 2 2磨削液的组成 1 矿物油矿物油是非极性物质 不能在表面形成坚固的润滑膜 需加入极性添加剂 例如脂肪酸 脂肪酸能与金属表面形成皂层 可减轻摩擦 2 极压油为了在金属表面形成牢固的润滑膜 在矿物油中加入了含硫 氯 磷等化学元素的极压添加刑 形成了极压油 常见的极压添加剂有氧化石蜡 氯化脂肪酸 硫化棉籽油 硫化如论油 硫酸脂 烷基硫化磷酸脂等 24 参考内容 5 2 2磨削液的组成2 水基磨削液的组成 1 乳化液和极压乳化液乳化液 矿物油 乳化剂 防锈添加剂 水稀释极压乳化液 乳化液 极压添加剂 氯 硫 磷等 乳化液的作用 使油和水混溶成乳状的溶液 含量10 以上 极压乳化剂的作用 提高乳化液的润滑性能 可用来磨削不锈钢 钦合金及纯铁等难磨的材料 25 参考内容 5 2 2磨削液的组成临界乳化率 乳化液低于某一百分比时 就不会发生乳化现象 把这个比例叫作临界乳化率 常用的乳化剂有油酸三乙醇胺 油酸钠皂 磺酸钠聚氯乙烯脂肪醇醚和环烷酸钠等 为了使乳化剂在长期放置中不致分离成水层与油层 必须在乳化液中掺入一种乳化稳定剂三乙醇胺 26 参考内容 5 2 2磨削液的组成 2 化学合成液化学合成液是以表面活性物质为主要成分 加入水稀释成半透明或透明的水溶性磨削液 常用的表面活性物质 非离子表面活性剂 阴离子型表面活性剂 石油磺酸钠等 和皂类 油酸皂 松香皂 硫酸化蓖麻油皂等 与乳化液相比优点 浸润性及冷却性较好 并因其透明而易于磨削加工 是一种广泛采用且发展较快的磨削液 可加入亚硝酸钠 以提高防锈性能 加入极压添加剂 以提高其润滑性 化学合成液适用于高效磨削 27 参考内容 5 2 2磨削液的组成 3 无机盐磨削液无机盐磨削液是以无机盐 无水碳酸钠 亚硝酸钠 磷酸三钠等 为主要成分 在水中稀释后成为透明水溶液 它是一种电解质的水溶液 无机盐在水中电离成带正 负电荷的离子 在砂轮与工件表面形成吸附层 从而起防锈及一定的润滑作用 无机盐的添加量随电解质 加工材料及磨削条件不同而不同 一般约为0 25 一1 28 参考内容 5 2 2磨削液的组成无机盐磨削液优缺点 优点 冷却效果好 且由于表面张力大 无机盐离子有吸附作用 因而不易使砂轮堵塞 缺点 导电性强 降低接线和电机的绝缘性能 剥蚀磨床涂料 与润滑油混合后会降低润时效果等 29 参考内容 5 3添加剂的种类和作用磨削液中的添加剂主要是 极压添加剂 表面活性剂和无机盐类三种 5 3 1磨削液中的极压添加剂磨削中的极压添加剂分为三类 硫 氯 磷 1 硫系添加剂 磨削中引入硫元素有两种方式 用元素硫直接硫化的矿物油 硫化磨削油 缺点 对铜及铜合金有腐蚀作用 加工时气味大 在矿物油中加入含硫的添加剂 如硫化动植物油 硫化烯烃等制成的极压磨削油 生成硫化铁 在1000 左右仍能保持润滑性 30 参考内容 5 3 1磨削液中的极压添加剂2 氯系极压添加剂一般使用的氯系极压添加剂是氯化石蜡和氯化脂肪酸脂 氯化石蜡是将低分子量的矿物油氯化而得到的物质 氯含量约40 一50 多者可达70 因此制成含氯最高的磨削油比制成含硫最高的磨削油容易 氯的化学性能活泼 在200 300 时即能与金属表面起化学反应 优点 氯化物的磨擦系数低于硫化物 故含氯极压添加刑具有良好的润滑性能 含氯极压添加剂的磨削液约可耐600 左右的高温 特别适合于切削合金钢 高强度钢 铝以及其他难加工材料 31 参考内容 5 3 1磨削液中的极压添加剂缺点 由于氯系添加剂有时在高温下脱氯 与钢产生腐蚀作用使工件表面生锈 解决办法 在含氯量多的切削油中少量加入游离盐酸中和剂和油溶性防锈添加剂 3 磷系添加剂常用有机磷酸脂或硫化磷酸锌 其特点如下 在防止腐蚀方面 被广泛使用于一般润滑油中 有中等极压性能 与钢铁接触时被吸附 并起化学反应 生成磷酸铁化学润滑膜 降低摩擦 减少磨损的效果比含硫 氯的极压添加剂更为优良 32 参考内容 应用于非铁金属也少有生成污斑 有防止氧化的效果 作为防氧化添加剂使用 在切削液中作为极压添加剂 由于其抑制积屑瘤的效果不明显 故未受到像氯 硫系添加剂那样程度的重视 为了得到效果较好的磨削液 往往在一种磨削液中加入上述的两种或三种添加剂复合使用 以便磨削液迅速地进入高温切削区 形成较好的化学润滑膜 使之在磨削过程中收到显著的效果 33 参考内容 5 3 2表面活性添加剂在水溶性磨削液中 乳化剂 湿润剂和洗涤剂 在乳化液中可使用阴离子表面活性剂或非离子型表面活性剂 其主要目的是乳化基础油 在无机盐磨削液及化学合成液中 主要是降低水的表面张力 提高润滑性能 表面活性剂缺点 易使磨削液老化 防腐性降低 发泡等 34 参考内容 5 3 2表面活性添加剂表面活性剂的物质是分子结构CH呈长链状排列的有机化合物 这种有机化合物容易与其他分子吸引结合 表面活性剂的分子由水溶端 活性端 及非水溶端 CH链末端 组成 对于分子整体而言 水溶性或非水溶性取决于CH链的长短及水溶端的性质 CH链愈长 则非水溶性愈强 水溶端的水溶性按 OH 基 COOH 羧基 NH 胺基 的顺序渐增 1 乳化剂的功能主要是使油的颗粒在水中分散而乳化 35 参考内容 5 3 2表面活性添加剂乳化分为两种形式 水包油型 用O W表示 以冷却为主的磨削液 油包水型 用W O表示 润滑性较好的不燃性磨削液 36 参考内容 5 3 2表面活性添加剂2 湿润剂功能 使磨削液密集分布于金属表面上 根据湿润剂的分子结构 其水溶端吸附于金属表面上 非水涪端捕捉液体分子 其结果使液体密布于金属表面层上 在磨削液中添加微量湿润剂就非常有效 一般约为0 1 左右 3 洗涤剂的功能主要用来增强磨削液的清洗能力 洗涤剂的非水溶端吸附着黄油及尘埃等 水溶端和水分子结合 构成洗涤状态 使清洗能力增强 37 参考内容 5 3 3无机盐类在磨削过程中 亚硝酸钠 铬酸钠等无机盐类靠离子吸附作用吸附到工件和砂轮的表面上 从而防止砂轮堵塞与粘附 工件 砂轮 38 参考内容 5 3 4磨削液中的添加剂对磨削效果的影晌 图5 10给出了水基磨削液中极压添加剂对磨削比 表面粗糙度和磨削力的关系 由图可知 在水基磨削液中 极压添加剂类系对磨削效果有显著影响 特别是硫系添加剂不仅可以降低磨削力和磨削比 而且可获得较好的表面粗糙度 39 参考内容 5 3 4磨削液中的添加剂对磨削效果的影晌 图给出了极压添加剂的浓度与磨削比的关系 由图可知 硫系和氯系添加剂在乳化液中含量相同时 硫系的磨削比高于氯系 且随着浓度的增加 硫系的磨削比比氯系增大的要快 乳化液中硫系极压添加剂比氯系有较好的磨削效果 40 参考内容 5 3 4磨削液中的添加剂对磨削效果的影晌图5 12所示为表面活性剂浓度对金属切除体积 砂轮损耗体积及磨削比的关系 由图可知 表面活性剂浓度增大时 磨削的润滑性能变好 砂轮的磨粒破碎减少使磨损量减少 磨削比提高 同时 切入压力愈大 则达到最大金属切除量的表面活性剂浓度应愈高 41 参考内容 5 4磨削液的供给方法与效果 在磨削加工中 由于高速回转的砂轮周围产生的气流 砂轮内部喷射出的气流以及砂轮回转的离心力等原因 使得磨削液进入磨削区十分困难 实际达到磨削区的液体很少 大部分只在磨削区的外围 42 参考内容 磨削液的供液方法分五种 普通供液法 喷射供液法 穿流供液法 喷雾供液法 浸渍砂轮供液法 普通供液法穿流普通供液法 又称浇注法 就是利用齿轮泵或低压泵 0 1 0 2MPa 等通过喷嘴向磨削区供给磨削液的方法 优缺点 喷嘴的尺寸 位置可以自由变更 供液装置比较廉价 故广泛使用 但磨削液向磨削区的渗入差 43 参考内容 喷射供液法 是用管径非常小的喷嘴 用1MPa以上的高压液压力供液 使得向磨削区的供液尽可能容易的一种方法 优缺点 与普通供液相比较 其砂轮的耐用度几乎可以延长到大约3倍 喷射供液由于磨削时的冷却效果显著 致使磨削区温度下降 44 参考内容 穿流供液法 又称砂轮内冷却法 是利用砂轮自身的多孔性 从砂轮的中心供给磨削液 由于砂轮旧转离心力的作用使磨削液在砂轮工作时从其外周喷出直线进入磨削区的一种供液方法 优缺点 与普通供液相比较 穿流供液显示出比普通供液更优异的效果 适于磨削耐热钢 耐热合金材料以及磨削内圆和重磨削 与喷射供液一样 考虑解决雾状的气氛 增设防护装置和措施以防止污染环境 45 参考内容 喷雾冷却法 利用压缩空气使磨削液细化成雾状 随着高温气流注射到磨削区 由于这些细小液滴在磨削区高温作用下会很快气化 因而吸收大量磨削热 提高了冷却性能和效果 为了提高喷雾效果 喷嘴