磨削淬硬
详细内容
1弁言许多钢质零件需举行外貌淬火处理以改进零件质料性能，进步零件的耐磨性及疲倦强度。与完全淬硬热处理相比，外貌淬硬处理的长处是零件的团体韧性好。然而，不管采取何种热处理工艺都必要对零件举行运输、储存、洗濯等支配，不大概将其集成到产品的机器加工生产线上，因此，将使产品生产周期加长，资本进步。磨削加工是一种多见的金属加工方法，被广泛应用于机器加工范畴，议决磨削加工可得到餍足的尺寸精度、外形精度和外貌质量。但磨削加工中磨削热的扩散及控制，一贯是该范畴的紧张切磋课题，若工艺条件不当，磨削热将影响已加工工件的外貌质量，特别是加工淬硬钢时，还大概引起加工外貌的热毁伤。1994年，德国的brinksmeier.e和brockhoff.t初次发起了关于在磨削加工中利用磨削热对钢件外貌举行淬火处理的新工艺，并于1996年、1999年进一步叙述了这一新工艺在财产中应用的可行性及相干试验切磋结果。2000年，澳大利亚的zhang.l和zarudi.i申请了关于磨削加工和外貌淬火集成工艺的专利。可见，在质料往除加工的同时对工件外貌举行淬硬处理的要领具有埋伏的成长远景。在大多数环境下，磨削加工产生的热量被以为是一个悲观因素，应采取冷却剂及选择得当的磨削条件克制其不良影响。如今的热处理和磨削工艺存在两个重要缺点：①如今虽有多种外貌淬硬热处理工艺，但都很难集成到产品生产线上；②零件在外貌热处理后需举行磨削加工，而磨削热和机器作用大概对已淬硬质料造成毁伤。这两个标题促使人们思考怎样利用磨削加工中的热量和机器作用直接对零件外貌举行淬硬，即磨削淬硬。由于磨削加工在财产中应用广泛，基于质料往除及切屑形成原理的磨削功率转换为磨削热能的机理已得到深进切磋。在肯定的磨削条件下，磨削热重要议决工件扩散，使工件外貌产生高温，这种热载荷与磨粒和工件外貌之间的机器载荷叠加，将使工件外貌产生裂纹、回火等，这种表象在磨削加工范畴已得到公认并被深进切磋。在磨削加工中，当工件表层质料被磨削热加热到肯定温度时将会产生相变。已发起的许多磨削热分析模型可以或许谋划进进工件的热量比率及产生的温升，并对表面模型举行了相应的工艺验证。以往举行热分析切磋的重要目标是得出磨削加工淬硬钢时工件温升及质料相变环境，只管即便禁止产生磨削热导致的热毁伤表象。虽然过往也曾出现过磨削淬硬见解，但那是磨削加工进程中派生的无目标的质料外貌硬化表象。比年来，许多根本性切磋则是计划主动有效地控制磨削工艺条件，利用磨削热对工件外貌举行热处理，以改进工件表层质料性能。brinksmeier.e和brockhoff.t针对磨削加工退火的过共析钢和亚共析钢的早期切磋劳动证实，利用磨削热可以得到马氏体硬化层，硬化层深度达0.25µm。以后，为使磨削淬硬工艺投进财产应用，人们举行了许多表面和试验切磋，本文重要概述如今的局部切磋结果。2根本表面为得到餍足的磨削淬硬结果，需在磨削加工时产生大量磨削热及得到最佳热量扩散分派比，因此磨削淬硬工艺不宜利用冷却润滑液。但当工件体积太小，不敷以餍足自身淬火作用要求时，可利用冷却液救助实现工件淬火。别的，冷却液可用于冷却砂轮和洗濯磨削淬硬后的加工面。磨削淬硬工艺实用于种种廓形的磨削加工，为便于分析，以平面磨削淬硬工艺为例举行叙述。为评价磨削淬硬的结果，需丈量磨削淬硬后试件横截面硬度层深度，并根据丈量的切向力ft谋划单位切削功率pc及进进工件的单位能量ec，
pc=(ftvc)/(aplg)(1)
ec=rpctc(2)
式中：vc——切削速率lg——打仗长度ap——砂轮宽度r——热量分派比tc——打仗时间3磨削淬硬技能的工艺性能- 切削深度在平面磨削中，如进给速率稳固，则质料往除率和切屑等效厚度与切削深度ae成正比，增长切深通常会使切削力增大。用刚玉砂轮磨削40crmnmo钢(切削速率：vc=35m/s，进给速率vft=0.5m/min，无切削液)的试验及表面谋划结果证明，随着切削深度的增长，切向力增大，但单位切削功率却减小。显然，打仗长度增长的影响超出了切削力增大的影响，因此单位切削功率不得当于形貌磨削加工工件外貌的淬硬结果。在切深ae=1mm时，进进工件的单位能量到达最大(ec=150j/mm2，由于切削深度的增长使热作用时间加长，虽然单位切削功率低落，但单位能量稳固增长，以是随着切削深度的增长，进进工件外貌的能量也相应增长。因此在切深ae=1mm时，硬度层深度可达1.8mm。x射线分析证明，磨削淬硬零件的淬硬表层存在渣滓压应力。磨削已淬硬钢时，热影响以及由此引起的相变(马氏体转化为珠光体)将引起渣滓拉应力。而磨削淬硬工艺中的相变(珠光体转化为马氏体)将产生渣滓压应力，砂轮的机器作用也会在工件外貌形成渣滓压应力。珠光体转化为马氏体是磨削淬硬进程中形成渣滓应力的重要机制。在淬硬层以下会检测到渣滓拉应力，通常磨削淬硬后的渣滓应力散布雷同于外貌感到淬火后的渣滓应力散布。进给速率增大进给速率vft通常会使磨削力增大，在磨削淬硬工艺中也是云云。为分析进给速率对磨削淬硬工艺的影响，用刚玉砂轮对40crmnmo钢举行了磨削试验切磋(切削速率：vc=35m/min，切削深度ae=0.1mm，无切削液)。由式(1)可知，在别的参数稳固的条件下，切向磨削力的增大会使功率损耗增大。在进给速率vft=5m/min时，单位切削功率pc=160w/mm2。虽然磨削功率有所增长，但进进工件的单位能量谋划结果却呈现出完全雷同的表象。进给速率从vft=0.01m/min增长到vft=5.0m/min时，单位能量的谋划结果由ec=1150j/mm2骤减至25j/mm2。单位能量的低落是打仗时间裁减引起的，进给速率进步，砂轮(等效于热源)和工件外貌稳固点的打仗时间变小，因此进进工件外貌的热量也相应裁减。当进给速率很低时，转达能量很高，但由于提供的切削功率较低，使淬硬层的深度减小；当进给速率很高时，磨削功率增长，但由于打仗时间裁减，进进工件的能量低落，使淬硬层的深度也减小。试验结果证明，最大淬硬层深度出现于进给速率的中央阶段，当进给速率很高或很低时，都难以得到餍足的淬硬结果。切削速率当切削速率vc增大时，可使切削力减小，这是由于在切深和进给速率稳固的条件下，切削速率增大将使每粒切屑的厚度减小。在这种环境下，单位切削功率和进进工件的单位能量都将低落。但试验结果证明，切削速率对磨削淬硬工艺的影响相当纷乱。进步切削速率，可在一局部地区内低落切削功率，而在别的范畴环境却雷同。由式(1)可知，当切削力保留稳固时，增大切削速率将使单位切削功率进步。另一方面，切削力的增大或减小与切削速率和别的影响参数(如砂轮规格等)相关。因此，在切削速率与淬硬结果之间没有广泛的对应干系。质料的影响随着温度的变化，钢材中a-、g-稠浊晶体出现出对碳的差别溶解本领，据此即可对钢的性能举行调理。淬硬机理是基于特定冷却速率和奥氏体晶格向马氏体晶格切变特性的马氏体→奥氏体相变，热处理结果重要取决于质猜中碳和合金元素的含量及其预处理环境，在这方面磨削淬硬工艺与枯燥热处理工艺的影响因素雷同。用刚玉砂轮对40crmnmo和gcr15钢举行磨削试验(切削速率vc=35m/min，切削深度ae=0.1mm，进给速率vft=0.5m/min，质料往除率vw=60mm3，无切削液)，结果证明，经回火处理的质料能得到比退火处理质料更大的淬硬层深度，其因为是回火质料碳化物散布较细。但退火质料也可以举行磨削淬硬。砂轮的影响砂轮规格对磨削加工中的热扩散有紧张影响。为使尽大概多的热量流进工件，可以选用刚玉砂轮，因刚玉砂轮的热传导本领低于cbn砂轮。利用树脂联合剂和陶瓷联合剂刚玉砂轮的磨削试验(被加工质料为40crmnmo,vc=35m/min，ae=0.1mm，vft=0.5m/min，vw=60mm3，无切削液)结果证明，虽然陶瓷联合剂刚玉砂轮硬度很高，并具有低热传导本领和高耐热特性，但陶瓷联合剂刚玉砂轮得到的淬硬层深度比树脂联合剂刚玉砂轮小得多。进一步分析砂轮的特性可知，陶瓷联合剂砂轮不克遭受高机器载荷，并且磨损敏捷。纵然树脂联合剂刚玉砂轮的耐热性较差，但却能得到最佳的淬硬结果。工艺稳固性一种新工艺的应用条件是应包管其具有精良的工艺稳固性和结果再现性。为观察磨削淬硬工艺的结果再现性，切磋职员在雷同条件下对10个试件举行了磨削淬硬试验，其结果再现性令人餍足。为观察磨削淬硬工艺的工艺稳固性，德国的pfeifer.t在工艺条件稳固的条件下举行了50次磨削淬硬试验，定义磨削淬硬层深度的下限为0.85mm，上限为1.2mm，谋划得出的工艺稳固性指数cp=1.27,cpk=1.03，由于两个指数均大于1，证明磨削淬硬工艺是可行的和可控制的。磨削淬硬工艺结果按高斯散布且在公差之内，阐明磨削淬硬工艺具有餍足的工艺稳固性。但对砂轮规格等影响因素尚需做进一步的切磋。磨削淬硬外貌的耐磨性从淬硬外貌的硬度和渣滓应力散布来看，磨削淬硬加工完全能餍足工艺要求，但还应对磨削淬硬零件的利用性能举行评价。为此，对磨削淬硬零件举行了摩擦学试验以确定其耐磨性。试验采取刚玉球与圆盘对磨，试验中不加任何润滑剂，查看磨削淬硬钢盘相对非淬硬钢盘的耐磨性改进环境。试验证明，非淬硬钢盘外貌的快速磨损显然，加载后仅30分钟磨损量已达24µm；而30分钟后磨削淬硬钢盘外貌的磨损量仍很小，仅有4.5µm，可见磨削淬硬工艺使零件外貌的耐磨性显然进步。因此，磨削淬硬将是感到淬火、火焰淬火和激光淬火较抱负的更换工艺。
图1典范零件的磨削淬硬工艺流程