油石性能選用對精研瘤的影響

安子清

(哈爾濱軸承配件公司，哈爾濱 150000)

在軸承超精研工序中，幾乎每個工程技術(shù)人員都會面對盛夏高溫季節(jié)的精研瘤問題。要較好地解決精研瘤問題，除合理地調(diào)整機床加工參數(shù)之外，最為關(guān)鍵的就是油石的性能。磨粒與鋼材在磨削過程中有沒有化學反應(yīng)，什么樣的油石性能才能滿足加工的質(zhì)量要求，這就需要探討精研瘤的成因并科學地選擇油石性能參數(shù)。

1 精研瘤形成原因的探討

1.1 精研瘤的形成

精研瘤形態(tài)為疤痕狀或不規(guī)則的蝌蚪狀，尺寸大約0.5/100，肉眼不易分辨。10倍放大鏡下清晰可見散落在溝道表面的顆粒并伴有磨削方向上的輕微劃痕。粗超時明顯，精超時略有減少。對于軸承產(chǎn)品的危害極大，是一個不容忽略的質(zhì)量問題。

1.2 精研瘤的成因

1.2.1 根據(jù)杭州軸承廠提供的由杭州汽輪機廠理化實驗室做出的電鏡分析報告，如圖1，瘤體本身成分為基體材料成分，未檢測出Al、O、N、B等元素，排除了磨料顆粒與基體材料發(fā)生化學反應(yīng)的可能性。

1.2.2 根據(jù)金屬燒結(jié)理論，金屬的燒結(jié)過程是在固相狀態(tài)下，晶格中原子在外來熱量影響下會增大振幅并把熱量擴散到相鄰原子，在相互滲透的情況下使其物體微粒如磨屑結(jié)合在一起。資料表明，這種結(jié)合的溫度不到其熔點的15%，軸承鋼的熔點為1 395℃ ～1 405℃，故其起始燒結(jié)溫度僅相當于210℃。超精研時只要瞬間溫度超過210℃磨屑就會產(chǎn)生燒結(jié)形成瘤體。這一理論至少提供了兩種避免產(chǎn)生精研瘤的方式，即盡可能減少前工序的粗糙度和盡可能防止精研面溫度過高。

圖1 杭州汽輪機廠理化實驗室報告Fig.1 Report of physical－ chemical lab in Hangzhou Steam turbine factory

在軸承制造加工中絕大多數(shù)工程技術(shù)人員都會對工序間的機床參數(shù)進行有效控制。對于精研瘤的產(chǎn)生，共同的分析觀點是:(1)油石壓力大;(2)超精前表面粗糙度值太大;(3)超精采用的是白鋼玉油石;(4)工件轉(zhuǎn)速高;(5)冷卻潤滑液不充分或機油含量太少;(6)套圈磨加工的殘磁大;等等。預(yù)防和消除的方法主要是對上述原因有針對性地合理選用和調(diào)整工藝參數(shù)，總結(jié)經(jīng)驗。但往往被忽略的卻是油石選擇的問題，本文將對油石性能的選擇重點闡述。

2 油石性能的選擇

油石影響磨削質(zhì)量的關(guān)鍵因素是磨料的物理性能和油石的組織密度即組織號。

2.1 磨料的物理性能對油石性能的影響

如表1所示，并對其進行分析;

表1 磨料物理性能對比表Tab.1 Comparison on physical performance of grinding compound

(1)首先觀察磨粒的真比重，白剛玉的比重是3.90g/cm3，而碳化硅的比重是3.18g/cm3，這意味著相同體積的磨具塊中，白剛玉的磨粒數(shù)會多于碳化硅的磨粒數(shù)，正因如此，白剛玉參與磨削的顆粒比碳化硅多，它的磨削能力要強于碳化硅。這就是粗磨或粗研時人們喜歡采用剛玉類磨料的理論支持。

(2)再觀察材料的導(dǎo)熱系數(shù)，碳化硅磨料的導(dǎo)熱系數(shù)是0.0628～0.0963J/cm·℃·s，而剛玉類磨料的導(dǎo)熱率低于碳化硅大約4倍，用于粗磨時由于采用的磨粒較粗較大，這種差異并不顯著，但用于精研時磨粒的粒度很細，磨粒間的空隙更小，不利于散熱的白剛玉就更容易積蓄熱量，而導(dǎo)致精研表面的溫度升高。這就是精研時用白剛玉更易形成精研瘤的原因。實踐應(yīng)用中為了發(fā)揮白剛玉的優(yōu)點，精研油石選擇白剛玉會刻意添加造孔材料來增加油石的氣孔率。

(3)更值得關(guān)注的是磨料的線膨脹系數(shù)，白剛玉的線膨脹系數(shù) 8.3 a.10－6/℃，而碳化硅的線膨脹系數(shù)是 4.6 a.10－6/℃，兩者相差近1倍。這一性能的差異給改善磨具的磨削效果提供了契機，從而誕生了混合磨料油石。當兩者顆粒數(shù)1∶1時，白剛玉磨粒、碳化硅磨粒、結(jié)合劑組分三者會在高溫燒成后冷卻的過程中，形成微裂紋，使油石的脫落性得到根本的改善。經(jīng)計算此時油石中碳化硅與白剛玉的重量比接近6∶4。這就是使用油石者要對油石制造部門提出的合理要求。

2.2 油石的組織號對油石性能的影響

2.2.1 組織是磨具內(nèi)部結(jié)構(gòu)松緊程度的參數(shù)，這是一個不太為人關(guān)注的參數(shù)，組織號是表示磨具體積中磨粒體積所占的百分數(shù)，稱磨粒率。磨具組織粗分為緊密、中等和疏松三類。每類又可再細分數(shù)等，用組織號來區(qū)分(如表2所示)。

表2 磨具組織與磨粒率的關(guān)系Tab.2 Relation between abrasives organization and abrasives ratio

磨具組織號越大，磨料在磨具中所占的體積百分率越小，磨粒之間的間隙越寬，表示組織越松。反之，組織號越小表示組織越緊。較松組織的磨具使用時不易鈍化，在磨削過程中發(fā)熱少，能減少工件的發(fā)熱變形和燒傷。較緊組織的磨具磨粒不易脫落，但有利于保持磨具的幾何形狀。2.2.2 大量的生產(chǎn)實踐表明，超精油石的組織號應(yīng)選擇在9、10、11之間，即白剛玉超精油石選擇10或者11，碳化硅油石選擇9或者10，這樣的選擇，會明顯改善精研效果，減少精研瘤的產(chǎn)生。

3 結(jié)論

解決精研瘤問題不僅要靠機床參數(shù)的調(diào)整，還要關(guān)注油石性能的匹配，充分認識了磨料的相關(guān)物理性能和作用，就可以更自如地選擇油石性能，從而達到控制和根除精研瘤對軸承質(zhì)量的危害。