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磨削加工在機械制造行業(yè)中廣泛地被應用,經(jīng)熱處理淬火的碳素工具鋼和滲碳淬火鋼零件,在磨削時(shí)與磨削方向基本垂直的表面常常出現大量的較規則排列的裂紋--磨削裂紋,它不但影響零件的外觀(guān),更重要的是還直接影響零件的質(zhì)量。
一、磨削裂紋的產(chǎn)生機理
磨削裂紋的產(chǎn)生是磨削熱引起的,磨削時(shí)零件表面的溫度可能高達820~840℃或更高。
淬火鋼的組織是馬氏體和一定數量的殘余奧氏體,處于膨脹狀態(tài)(未經(jīng)回火處理尤為嚴重)。如果將其表面快速加熱至100℃左右并迅速冷卻時(shí),必然將產(chǎn)生收縮,這是第一次收縮。這種收縮僅發(fā)生在表面,其基體仍處于膨脹狀態(tài),從而使表面層承受拉應力而產(chǎn)生微裂紋,這是第一種裂紋。當溫度升至300℃時(shí),表面再次產(chǎn)生收縮,從而產(chǎn)生第二種裂紋。馬氏體的膨脹收縮隨著(zhù)鋼中含碳量的增加而增大,故碳素工具鋼和滲碳淬火鋼產(chǎn)生磨削裂紋尤為嚴重。
淬火鋼中的殘余奧氏體,在磨削時(shí)受磨削熱的影響即發(fā)生分解,逐漸轉變?yōu)轳R氏體,這種新生的馬氏體集中于表面,引起零件局部體積膨脹,加大了零件表面應力,導致磨削應力集中,繼續磨削則容易加速磨削裂紋的產(chǎn)生;此外,新生的馬氏體脆性較大,磨削也容易加速磨削裂紋的產(chǎn)生。另一方面,在磨床上磨削工件時(shí),對工件既是壓力,又是拉力,助長(cháng)了磨削裂紋的形成。如果在磨削時(shí)冷卻不充分,則由于磨削而產(chǎn)生的熱量,足以使磨削表面薄層重新奧氏體化,隨后再次淬火成為淬火馬氏體。因而使表面層產(chǎn)生附加的組織應力,再加上磨削所形成的熱量使零件表面的溫度升高極快,這種組織應力和熱應力的迭加就可能導致磨削表面出現磨削裂紋。
二、磨削裂紋的特征
磨削裂紋與一般淬火裂紋明顯不同,磨削裂紋只發(fā)生在磨削面上,深度較淺,且深度基本一致。較輕的磨削裂紋垂直于或接近垂直于磨削方向的平行線(xiàn),且規則排列的條狀裂紋,這是第一種裂紋。較嚴重的裂紋顯龜甲狀(封閉網(wǎng)絡(luò )狀),其深度大致為0.03-0.15mm。用酸腐蝕,裂紋明顯易見(jiàn)。這是第二種裂紋。
三、磨削裂紋的防止措施
磨削工藝方面
(1)磨削裂紋的產(chǎn)生是因為磨削熱所致,所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關(guān)鍵。一般所采用的濕磨法,無(wú)論如何注入切削液,切削液都不可能在磨削的同時(shí)進(jìn)入磨削面,因而無(wú)法降低磨削點(diǎn)位置的磨削熱。切削液只能是使砂輪和零件的磨削點(diǎn)在磨削走過(guò)后瞬時(shí)受到冷卻,同時(shí)切削液對零件的磨削點(diǎn)起淬火作用,因而事實(shí)上加大了磨削裂紋的產(chǎn)生。如果采用于磨法,背吃刀量選擇較淺的磨法,可減少磨削裂紋。但是這種方法效果不是很顯著(zhù),而且灰塵飛揚,影響工作環(huán)境,不宜采用。
(2)選用硬度較軟、粒度較粗的砂輪來(lái)磨削,可以降低磨削熱。但如果粒度太粗時(shí)會(huì )影響工件的表面粗糙度。對于表面粗糙度質(zhì)量要求高的工件,不能采用此法,因而受到一定的限制。(3)分粗精磨,即粗磨選用粒度較粗的軟砂輪磨削,便于強力磨削,提高效率,然后再用粒度細的砂輪進(jìn)行精磨(背吃刀量較淺)。分開(kāi)兩臺磨床進(jìn)行粗磨和精磨,這是一種比較理想的方法。
(4)剛出爐的工件,必須待工件自然冷卻后(冷卻到常溫)才能進(jìn)行磨削。如果在時(shí)間允許的情況下,最好讓工件自然時(shí)效1~2個(gè)月,消除應力后再進(jìn)行磨削,這也會(huì )收到很好的效果。
(5)選用粒度較為鋒利的砂輪,PA36~46K,及時(shí)清除砂輪表面積屑,減少背吃刀量,增加走刀(磨削)次數,減小工作臺速度,取<=1~2m/min,也是一種有效的減少磨削裂紋的途徑。
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