难切削材料不锈钢磨削技术

王成威+张宏伟

摘 要 通过对难切削材料不锈钢的金属特性进行分类，分析不锈钢磨削过程中存在的加工难点，再针对加工难点找出金属磨削应对方案，分别对砂轮选用、切削用量方面做出结果解释，为以后不锈钢的磨削加工做技术储备。

关键词 不锈钢；烧伤；磨削参数的选用

中图分类号：TG58 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0112-01

不锈钢利用使金属呈现单晶组织（如铁素体或者奥氏体），避免形成微电池的两个电极，并且依靠合金元素提高铁素体或奥氏体的电极电位这个原理，成为在大气中具备有一定耐蚀能力的钢材。不锈钢种类繁多，按金相组织结构划分，可分为以下几类：马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢等。

1 不锈钢磨削技术分析

1.1 不锈钢的材料特性

奥氏体型不锈钢是以铬、镍为主要合金元素，它具有良好的韧性、塑性、焊接性能及抵抗腐蚀的能力，在氧化性介质中或还原性介质中均有良好的耐腐蚀性。淬火处理不能强化它，但其强度通过冷加工硬化会得到较大幅提高。它存在的缺陷是，含贵重的合金元素Ni较多，同时在含硫的条件下容易损坏，加工性能较差，较为常见的有，等。

马氏体型不锈钢含有较高的Cr，还有C，这些综合决定了它具有很高的强度、耐磨性及硬度。这类钢可用于抗腐蚀性能要求、有力学性能要求的工件，例如，轴、热油泵、阀头等。这类钢的淬透性较好，焊接性能不好，较为常见的有，等。

铁素体型不锈钢以铬为主，含铬12%-30%，而含碳量相对较低，抵抗高温条件下的氧化能力强，热膨胀系数较小，对热疲劳不敏感，相对来讲，其金属加工性要比奥氏体不锈钢要好，较为常见的有，等。

不锈钢的物理性能与一般的钢料不同，其热导率和弹性模量低，的热导率，弹性模量，而45钢的热导率为。

不锈钢是韧性很大的钢材，在抗拉强度相近的条件下，其金属断面收缩率、延伸率、冲击值要比一般碳钢高些。

1.2 不锈钢的磨削特点

1）磨削表面容易烧伤。在砂轮磨削的区域内会有无数个砂粒同时对工件进行磨削，磨粒磨削点的温度非常高，一般均会超过1000℃，磨削点的温度向周围传导，从而形成砂轮磨削区的温度，磨削时约有70%以上的热量瞬时进入工件，其中只有一小部分热量通过切屑、砂轮、冷却液及空气散失走，磨削时工件的表面温度较高，会使工件表面产生热变质层，造成磨削烧伤。

不锈钢材料塑性及韧性大，而且在高温条件下依然能够保持较高的强度，砂轮中的细小磨粒在上述条件下容易产生磨钝，致使切削条件恶化，摩擦加剧，也会使磨削过程中的切削力增大。

不锈钢的塑性较好，那么较好的塑性会给砂轮的旋转磨削带来阻力，同时因为不锈钢塑性好，它与砂轮接触面积会相对增大，摩擦热增加。磨削不锈钢的塑性变形力较大，会产生大量的磨削热，而不锈钢因含有钛元素，致使其热导率却较低，根据资料记录，约为45钢的1/3，使磨削区的磨削热不易散出，从而造成磨削区域温度升高，可高达1000℃。在如此高的磨削温度作用下，容易产生磨削烧伤，形成较大的残余拉应力，并易在磨削表面上形成裂纹。

2）磨屑容易使砂轮孔隙堵塞。磨削加工时，砂轮表面附着大量切屑，称为砂轮堵塞。分两类：一种为侵入型堵塞，即切屑钻入砂轮表面的空隙中，在磨削钢材时容易出现这种形式的堵塞。一种为粘附型堵塞，切屑熔结在磨粒和结合剂表面上，把磨粒切刃覆盖。在磨削延展性好熔点低的材料时会发生这种粘附型堵塞。当砂轮堵塞到一定程度后，其切削能力明显下降，容易出现明显的振动和噪声甚至发生烧伤现象。

不锈钢本身固有的良好的塑性与韧性，在磨削高温条件下，磨屑会很容易黏附在砂轮上，进入磨粒间的缝隙，一旦缝隙被填满，那么砂轮磨粒的切削刃的切削作用将被削弱，使磨粒失去磨削作用。它会增大砂轮与磨削表面间的摩擦，造成磨削力大，磨削温度高，加工表面质量恶化。

3）加工硬化趋势严重。不锈钢的塑性大，在磨削加工时，在砂轮旋转切削的牵制下，加工表面会产生塑性变形，塑性变形会使晶格歪扭，所以加工不锈钢时易产生硬化层。磨削奥氏体型不锈钢的加工硬化趋势更强一些，往往会使其硬化层的硬度比基体硬度高1.4-2.2倍。

4）工件容易变形。线膨胀系数是指固体物质的温度每改变1摄氏度时，其长度的变化和它在0℃时长度之比。不锈钢的线膨胀系数比碳钢大40%，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。磨削温度对工件尺寸的影响较大，不锈钢对温度的升高影响又比较敏感，容易导致尺寸测量上的误差。

1.3 砂轮的选择

1）磨料的选择。白刚玉砂轮有较好的切削性能和自锐性能，它的韧性较低，砂粒容易脱落，为了使磨削过程中不易堵塞砂轮，而使磨削条件恶化，降低磨削区域温度，减少磨削缺陷，磨削不锈钢时，大多数情况下采用白刚玉（WA）砂轮。

2）粒度的选择。采用中等粒度号（36、46、60）的砂轮在磨削不锈钢时取得了较好的效果，其中粗磨时常采用46、60号粒度的砂轮。

3）硬度的选择。磨粒在外力作用下从磨具表面脱落的难易程度称为硬度。砂轮的硬度反映结合剂固结磨粒的牢固程度。砂轮硬就是磨粒固结得牢，不易脱落；砂轮软，就是磨粒固结得不太牢，容易脱落。砂轮的硬度对磨削生产率和磨削表面质量都有很大影响。如果砂轮太硬，不易脱落，磨削效率很低，工件表面粗糙易烧伤。砂轮太软，太易脱落，砂轮损耗大，形状不易保持，影响工件质量。

实际生产中，磨削不锈钢的砂轮硬度选在H-N区间较合适，较为普遍的是I、K、L、M。因为在此范围内的砂轮硬度都不高，亦可以提高砂轮的自锐性。磨削过程中应及时修整砂轮，以免在磨削过程中出现磨削烧伤现象。

1.4 磨削加工用量的选择

1）砂轮速度的选择。在磨削不锈钢时，磨削时速度取不超过时较合适。若砂轮的速度过高会使磨屑黏附砂轮，进而使砂轮失去切削能力，适当较小的砂轮速度会降低磨削烧伤的风险。

2）工件速度。工件速度要随砂轮速度变化，并不是单纯的增大砂轮与工件的速度差就越会对工件质量有益，它们之间有一定的比例关系，因为增加工件速度相当于增加圆周进给，工件速度一般取为较为合适。

3）磨削深度。粗磨时，一般取；精磨时，一般取左右。在磨削不锈钢时，若磨削深度取值过小，容易出现磨削烧伤现象，并伴随发生磨削划伤。

4）进给量。外圆磨削不锈钢时，粗磨的进给量可取，其中为砂轮宽度；精磨的进给量可取。磨削深度较大时取其中的较小值，磨削深度小时取其中的较大值。

2 结束语

通过对不锈钢的材料属性的了解，分析磨削不锈钢材料时产生的磨削烧伤、磨屑黏附及加工硬化等现象，根据不锈钢存在的磨削难点，一对一的找出磨削方案，并寻求最佳的参数范围，以获得满意的磨削效果。

参考文献

[1]机械工程材料[M].机械工业出版社，2002.

[2]磨削工艺技术[M].辽宁科学技术出版社，2009.

[3]机械加工技术手册[M].北京出版社，1989.

[4]机械制造工程原理[M].清华大学出版社，1999.endprint