磨加工产生磨伤的原因分析及解决方法

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0 引言
) t. Z, {9 D+ E6 K/ c   在轴承生产过程中,经常出现磨削烧伤问题,产品出现烧伤后将影响轴承的使用和寿命下降,严重的将导致机械部件的损坏及造成重大安全和人身事故,因此,解决磨削烧伤问题是保证轴承质量的关键项目。
& H; l4 [8 x( |' I0 }2 t: g2 \3 _1 烧伤产生机理
   轴承套圈在磨加工中,由于磨粒对工件的切削、刻划和摩擦作用,使金属表面产生塑性变形,由工件内部金属分子间相对位移产生内摩擦而发热;砂轮切削时,相对于工件的速度很高,与工件表面产生剧烈的外摩擦而发热,又因为每颗磨料的切削都是瞬间的,其热量生成也在瞬间,又不能及时传散,所以在磨削区域的瞬时温度较高,一般可达到800～1500℃,如果散热措施不好,很容易造成工件表面的烧伤,也就是在工件的表层(一般有几十微米到击败微米)发生二次淬火及高温回火,破坏了工件表面的组织,肉眼可以看出严重的烧伤。表面出现严重的焦黄色或黑色氧化膜,轻微的烧伤则要用稀释的酸性溶液来浸蚀才能观察出来,烧伤部位呈黑色。烧伤会降低工件的使用寿命。
4 L1 e$ I: h$ A$ ~* z* B2 烧伤种类及产生原因
2.1 在实际生产中有以下具体因素可造成烧伤:①工艺系统振动、机床振动和液压系统压力不稳。在振动瞬间会增大磨削量,造成烧伤,此时烧伤沿工件表面呈振纹分布,也叫振纹烧伤。②砂轮修整不良、使磨料不锋利,造成烧伤,此时烧伤沿砂轮磨痕分布,也叫划痕烧伤。③无心夹具吸力不足或支承松动,工件会产生瞬间滑动,会引起烧伤。④磨削量不均匀,磨削厚度不一致,会产生局部烧伤。⑤砂轮过硬,进给量过大、工件转速过高(工件速度过高会降低砂轮的切削能力)会使工件表面产生均布烧伤。
$ w; P# C% @2 r9 t+ @2.2 各工序产生烧伤的主要原因
2.2.1 平面磨削 平面工序如在立式单头磨床上磨平面时,在正确执行操作规范的情况下,有以下几种因素会引起烧伤。
①砂轮轴窜动,增大瞬间磨削量引起烧伤;此时须紧砂轮轴轴承或更换轴承。②工作台磁盘跳动或转速不均匀,增大了瞬间磨削量引起烧伤;须检修磁盘减速器的各种组件如蜗轮、蜗杆等、更换磨损件。③磁盘磁力小或断磁,这会使工件在磁盘上打滑、引起烧伤;检修,应调整充、退磁线路。④往复行程定位不灵,若行程开关接触不好或往复减速器组件磨损,蜗轮、蜗杆机构不能自锁,会使拖板里冲、撞击、跳动而造成烧伤。
, @8 f% [6 d4 n& v* L 通过双端面平面磨床如M7675系列磨床以下原因会造成烧伤:①送料导板磨损,不平直,送料不均匀;②导板与砂轮工作面不平行;③砂轮端面进口太小,使砂轮外缘承担大部分切削量,而砂轮变钝。
  b5 z0 l+ G; {/ V7 \2.2.2 外圆磨削 无心式外圆磨床如M1083,一般有以下几种特殊情况:
+ I- q- W9 G; c1 X8 w①进刀托板爬行、冲刀、使进刀量忽然增大引起烧伤;须调整楔铁、清洗润滑拖板或刮研导板、检修丝杠、丝母,更换磨损件。
4 x* ]( f! a& h* X2 ]( G" s②火花没调整合适,在入口处磨削过多,前端易烧伤,在出口处磨削过多则工件呈螺旋形痕迹。
+ U* M$ E- W. r$ R5 ]③进刀量过大或电器元件接触不良,会使热继电器在工件中跳闸,而使灵敏停顿,此时应快速退刀。
: o: N6 O$ @5 O4 D+ ]2.2.3 内径磨削内径工序在磨削时砂轮与工件的接触弧较长,产生的热量较多;冷却液不易射到磨削区域、散热条件差;排楔困难,易塞实砂轮,这些都是造成磨削高温的原因,所以冷却液必须充分有效,砂轮要及时有效修整。像MZ208系列内圆磨床,其砂轮修整得补偿机构必须可靠,否则会发生因修整不到砂轮面造成烧伤。因这类机床补偿机构是靠滚子磨擦传动来来实现的,不能确保每次都得到相同的补偿量,目前较多的情况是将补偿机构由滚子磨擦机构改为步进电机机构。
2.2.4 沟道磨削 对摆头磨削,其砂轮的自锐性要强,一般用橡胶结合剂砂轮,因为在磨削区域的高温下,橡胶结合剂易老化变脆,变钝的磨粒在摆动下易脱落,因此,应使砂轮经常保持锋利。对切入磨削来讲,其砂轮保持形状的性能要强,一般用较硬的砂轮,其自锐性较差,所以要经常有效修整,且冷却液要充分。对外沟工序来讲,是最易引起烧伤的工序,冷却充分尤为重要;另外由于砂轮表面转速不同,造成砂轮磨损程度不均匀,要求其修整效果要好,修正器旋转速度均匀、平稳、补偿机构要可靠,同时金刚石要锐利,笔尖位置应低于砂轮中心1～2mm,否则在修整时易引起振动,影响修整效果。
* `5 D: M) `% m6 _3 预防和解决烧伤的方法
   由于烧伤是磨削区域产生大量的热量而又未及时散发造成的,因此避免烧伤必须减小热量的产生,加速热量的散发,也就是减小磨削时的内、外摩擦,且使工件得到充分有效的冷却。对冷却液来讲,其成分浓度要合适,流量、压力要充分,确实起到清洗作用(冲刷砂轮及工件的摩擦,冷却和润滑作用)。 减少摩擦热的产生,终究是要减少磨削时的内、外摩擦,这要综合考虑以下几方面的因素:减小磨削厚度,使金属塑性变形减小,内摩擦减小,从而减少磨削热;提高工件转速,工件磨削表面通过磨削区域的时间缩短,可减少磨削热的聚积,从砂轮特性来讲,磨料硬度高,则切削性能好,可减少发热,但磨料硬度不可太硬,组织不能太细,否则磨钝的磨料不易脱落,磨料间微孔易塞实而使砂轮降低切削性能,并增加工件与砂轮的接触面积,在工件表面强烈挤压,摩擦导致温度增高。因此为避免烧伤且保证磨料效率、工件精度,在粗磨时刻采用硬度低、组织号大的砂轮,选用较大的磨削厚度;在终磨时选用较硬的,组织号较小的砂轮,保证有效修整砂轮,并选用较小的磨削厚度;对于磨削强度高、硬度高和导热性差的材料,易采用较小的进给量,提高工件转速,可有效避免烧伤。