難切削材料不銹鋼磨削技術

王成威+張宏偉

摘 要 通過對難切削材料不銹鋼的金屬特性進行分類，分析不銹鋼磨削過程中存在的加工難點，再針對加工難點找出金屬磨削應對方案，分別對砂輪選用、切削用量方面做出結果解釋，為以后不銹鋼的磨削加工做技術儲備。

關鍵詞 不銹鋼；燒傷；磨削參數的選用

中圖分類號：TG58 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0112-01

不銹鋼利用使金屬呈現(xiàn)單晶組織（如鐵素體或者奧氏體），避免形成微電池的兩個電極，并且依靠合金元素提高鐵素體或奧氏體的電極電位這個原理，成為在大氣中具備有一定耐蝕能力的鋼材。不銹鋼種類繁多，按金相組織結構劃分，可分為以下幾類：馬氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼等。

1 不銹鋼磨削技術分析

1.1 不銹鋼的材料特性

奧氏體型不銹鋼是以鉻、鎳為主要合金元素，它具有良好的韌性、塑性、焊接性能及抵抗腐蝕的能力，在氧化性介質中或還原性介質中均有良好的耐腐蝕性。淬火處理不能強化它，但其強度通過冷加工硬化會得到較大幅提高。它存在的缺陷是，含貴重的合金元素Ni較多，同時在含硫的條件下容易損壞，加工性能較差，較為常見的有，等。

馬氏體型不銹鋼含有較高的Cr，還有C，這些綜合決定了它具有很高的強度、耐磨性及硬度。這類鋼可用于抗腐蝕性能要求、有力學性能要求的工件，例如，軸、熱油泵、閥頭等。這類鋼的淬透性較好，焊接性能不好，較為常見的有，等。

鐵素體型不銹鋼以鉻為主，含鉻12%-30%，而含碳量相對較低，抵抗高溫條件下的氧化能力強，熱膨脹系數較小，對熱疲勞不敏感，相對來講，其金屬加工性要比奧氏體不銹鋼要好，較為常見的有，等。

不銹鋼的物理性能與一般的鋼料不同，其熱導率和彈性模量低，的熱導率，彈性模量，而45鋼的熱導率為。

不銹鋼是韌性很大的鋼材，在抗拉強度相近的條件下，其金屬斷面收縮率、延伸率、沖擊值要比一般碳鋼高些。

1.2 不銹鋼的磨削特點

1）磨削表面容易燒傷。在砂輪磨削的區(qū)域內會有無數個砂粒同時對工件進行磨削，磨粒磨削點的溫度非常高，一般均會超過1000℃，磨削點的溫度向周圍傳導，從而形成砂輪磨削區(qū)的溫度，磨削時約有70%以上的熱量瞬時進入工件，其中只有一小部分熱量通過切屑、砂輪、冷卻液及空氣散失走，磨削時工件的表面溫度較高，會使工件表面產生熱變質層，造成磨削燒傷。

不銹鋼材料塑性及韌性大，而且在高溫條件下依然能夠保持較高的強度，砂輪中的細小磨粒在上述條件下容易產生磨鈍，致使切削條件惡化，摩擦加劇，也會使磨削過程中的切削力增大。

不銹鋼的塑性較好，那么較好的塑性會給砂輪的旋轉磨削帶來阻力，同時因為不銹鋼塑性好，它與砂輪接觸面積會相對增大，摩擦熱增加。磨削不銹鋼的塑性變形力較大，會產生大量的磨削熱，而不銹鋼因含有鈦元素，致使其熱導率卻較低，根據資料記錄，約為45鋼的1/3，使磨削區(qū)的磨削熱不易散出，從而造成磨削區(qū)域溫度升高，可高達1000℃。在如此高的磨削溫度作用下，容易產生磨削燒傷，形成較大的殘余拉應力，并易在磨削表面上形成裂紋。

2）磨屑容易使砂輪孔隙堵塞。磨削加工時，砂輪表面附著大量切屑，稱為砂輪堵塞。分兩類：一種為侵入型堵塞，即切屑鉆入砂輪表面的空隙中，在磨削鋼材時容易出現(xiàn)這種形式的堵塞。一種為粘附型堵塞，切屑熔結在磨粒和結合劑表面上，把磨粒切刃覆蓋。在磨削延展性好熔點低的材料時會發(fā)生這種粘附型堵塞。當砂輪堵塞到一定程度后，其切削能力明顯下降，容易出現(xiàn)明顯的振動和噪聲甚至發(fā)生燒傷現(xiàn)象。

不銹鋼本身固有的良好的塑性與韌性，在磨削高溫條件下，磨屑會很容易黏附在砂輪上，進入磨粒間的縫隙，一旦縫隙被填滿，那么砂輪磨粒的切削刃的切削作用將被削弱，使磨粒失去磨削作用。它會增大砂輪與磨削表面間的摩擦，造成磨削力大，磨削溫度高，加工表面質量惡化。

3）加工硬化趨勢嚴重。不銹鋼的塑性大，在磨削加工時，在砂輪旋轉切削的牽制下，加工表面會產生塑性變形，塑性變形會使晶格歪扭，所以加工不銹鋼時易產生硬化層。磨削奧氏體型不銹鋼的加工硬化趨勢更強一些，往往會使其硬化層的硬度比基體硬度高1.4-2.2倍。

4）工件容易變形。線膨脹系數是指固體物質的溫度每改變1攝氏度時，其長度的變化和它在0℃時長度之比。不銹鋼的線膨脹系數比碳鋼大40%，并隨著溫度的升高，線膨脹系數的數值也相應地提高。磨削溫度對工件尺寸的影響較大，不銹鋼對溫度的升高影響又比較敏感，容易導致尺寸測量上的誤差。

1.3 砂輪的選擇

1）磨料的選擇。白剛玉砂輪有較好的切削性能和自銳性能，它的韌性較低，砂粒容易脫落，為了使磨削過程中不易堵塞砂輪，而使磨削條件惡化，降低磨削區(qū)域溫度，減少磨削缺陷，磨削不銹鋼時，大多數情況下采用白剛玉（WA）砂輪。

2）粒度的選擇。采用中等粒度號（36、46、60）的砂輪在磨削不銹鋼時取得了較好的效果，其中粗磨時常采用46、60號粒度的砂輪。

3）硬度的選擇。磨粒在外力作用下從磨具表面脫落的難易程度稱為硬度。砂輪的硬度反映結合劑固結磨粒的牢固程度。砂輪硬就是磨粒固結得牢，不易脫落；砂輪軟，就是磨粒固結得不太牢，容易脫落。砂輪的硬度對磨削生產率和磨削表面質量都有很大影響。如果砂輪太硬，不易脫落，磨削效率很低，工件表面粗糙易燒傷。砂輪太軟，太易脫落，砂輪損耗大，形狀不易保持，影響工件質量。

實際生產中，磨削不銹鋼的砂輪硬度選在H-N區(qū)間較合適，較為普遍的是I、K、L、M。因為在此范圍內的砂輪硬度都不高，亦可以提高砂輪的自銳性。磨削過程中應及時修整砂輪，以免在磨削過程中出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象。

1.4 磨削加工用量的選擇

1）砂輪速度的選擇。在磨削不銹鋼時，磨削時速度取不超過時較合適。若砂輪的速度過高會使磨屑黏附砂輪，進而使砂輪失去切削能力，適當較小的砂輪速度會降低磨削燒傷的風險。

2）工件速度。工件速度要隨砂輪速度變化，并不是單純的增大砂輪與工件的速度差就越會對工件質量有益，它們之間有一定的比例關系，因為增加工件速度相當于增加圓周進給，工件速度一般取為較為合適。

3）磨削深度。粗磨時，一般??；精磨時，一般取左右。在磨削不銹鋼時，若磨削深度取值過小，容易出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象，并伴隨發(fā)生磨削劃傷。

4）進給量。外圓磨削不銹鋼時，粗磨的進給量可取，其中為砂輪寬度；精磨的進給量可取。磨削深度較大時取其中的較小值，磨削深度小時取其中的較大值。

2 結束語

通過對不銹鋼的材料屬性的了解，分析磨削不銹鋼材料時產生的磨削燒傷、磨屑黏附及加工硬化等現(xiàn)象，根據不銹鋼存在的磨削難點，一對一的找出磨削方案，并尋求最佳的參數范圍，以獲得滿意的磨削效果。

參考文獻

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