■ 中車北京南口機(jī)械有限公司 （102202） 鄭文虎 張明杰

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所謂難磨削材料，就是在磨削加工時(shí)，磨削加工性差的材料。難磨削材料與難切削材料有許多共同的特點(diǎn)，也有一些不相同的特點(diǎn)。在難磨削材料中，有的切削加工性很好，如有色金屬中的銅、鋁及其合金。一般淬火鋼，切削很難，可磨削比較易。

1.難磨削材料的區(qū)分

（1）按材料含合金元素區(qū)分。材料中含有Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ti、Al、Co、V等元素，提高了材料的強(qiáng)度、韌性、塑性和耐熱性，降低了材料的導(dǎo)熱性，磨削就相對(duì)困難。

（2）按磨削比來區(qū)分。磨削比G（磨去材料的體積與砂輪磨耗的體積之比）大的材料易磨削，反之難磨削。磨削比G小的材料，在磨削過程中砂輪磨損脫粒快，磨削力大，磨削溫度高，易產(chǎn)生振動(dòng)、燒傷和磨削裂紋，磨削效率低。

（3）按材料的物理和力學(xué)性能區(qū)分。工件材料的塑性和韌性高，硬度和熱導(dǎo)率低，磨屑容易粘附在砂輪表面上，堵塞砂輪氣孔，使砂輪失去磨削能力，造成磨削力大和磨削溫度高，從而產(chǎn)生磨削缺陷。這些不良現(xiàn)象極易在磨削銅、鋁、純鐵、高釩高速鋼、高溫合金、鈦合金和不銹鋼時(shí)發(fā)生。

（4）按磨削后工件表面質(zhì)量來區(qū)分。有的工件材料在磨削時(shí)易產(chǎn)生燒傷和裂紋，工件被脫粒下來的磨粒劃傷，表面粗糙度值大，難以達(dá)到工件質(zhì)量要求，這些材料也難于磨削。

2.難磨削材料的磨削特點(diǎn)

（1）燒傷。在磨削韌性大、熱導(dǎo)率低的材料時(shí)，加之砂輪硬度等特性選擇不當(dāng)、砂輪太鈍和沒有及時(shí)修整、磨削深度過大和磨削液供給不足或沒有澆注在磨削區(qū)時(shí)，磨削區(qū)的溫度高達(dá)1 000℃以上，不易傳出去，就會(huì)產(chǎn)生磨削燒傷。在磨削高溫合金和不銹鋼時(shí)最為突出。

（2）砂輪堵塞。這種現(xiàn)象在磨削塑性高、硬度低的材料時(shí)發(fā)生。磨削時(shí)，砂輪氣孔和磨粒的切削刃被磨下的磨屑粘糊住，又不能去除，砂輪表面上形成一層粘糊狀化合物，使砂輪在很短的時(shí)間失去磨削能力，使磨削條件惡化。在磨削銅、鋁、不銹鋼、鈦合金和高溫合金時(shí)最為突出。

（3）砂輪磨損嚴(yán)重。在磨削韌性大、強(qiáng)度高的工件材料時(shí)，切屑不易切離，磨削力大，造成砂輪磨損和脫粒嚴(yán)重。如用剛玉類磨料的砂輪磨削高釩高速鋼、高溫合金、硬質(zhì)合金和加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，只見砂輪磨損脫粒，不見工件材料去除。

3.解決難磨削材料磨削問題的主要途徑

機(jī)械加工專家、高級(jí)技師鄭文虎

（1）合理選擇砂輪。選擇砂輪就是選擇砂輪特性，包括砂輪的磨料、硬度、結(jié)合劑、粒度和組織，及高硬度磨料（人造金剛石和立方氮化硼）的濃度，這是解決難磨削材料磨削問題的主要途徑。①選擇合適的磨料。磨削難磨削材料的磨料包括白剛玉（WA）、鋯剛玉（ZA）、單晶剛玉（SA）、微晶剛玉（MA）、綠碳化硅（GC）、立方氮化硼（CBN）和人造金剛石（D）。采用鋯剛玉磨削奧氏體不銹鋼，不僅效率高，也不易產(chǎn)生燒傷。采用單晶剛玉磨削普通和高釩高速鋼、不銹鋼和高溫合金，其效果也較好。采用CBN磨料的砂輪磨高釩高速鋼的效果最好。采用綠碳化硅磨鈦合金效果也很好。采用幾種磨料按不同比例混合制成的砂輪，比單一磨料的砂輪都好。②合理選擇砂輪粒度。砂輪粒度不僅與磨削后工件表面粗糙度值有直接關(guān)系，也和磨削效率、磨削后工件的缺陷可能性有關(guān)系。磨削難磨削材料時(shí)，在保證工件質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量選用粗粒度的砂輪。③合理選擇砂輪硬度和組織。磨削難磨削材料時(shí)，應(yīng)選用砂輪硬度偏低和組織疏松一些的砂輪，有利于磨鈍的磨粒脫落，使鋒利的磨粒參加切削，從而避免燒傷、堵塞和粘附。

（2）合理選擇磨削用量。vc≤35m/s，ap＝0.01～0.02mm，應(yīng)采用較高的工件速度，以避免產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。

（3）合理選用磨削液。針對(duì)不同的難磨削材料，選用不同的磨削液，也是改善材料磨削加工性的重要途徑之一。如磨削鐵、鎳、鉻基的高溫合金和鈦合金時(shí)，不管用什么磨料的砂輪，磨削比G＜2。但用硫化油磨削時(shí)，磨削比G＞10。

（4）合理選擇磨削方法。當(dāng)普通磨料和一般方法難以解決難磨削材料的磨削問題時(shí)，可采用人造金剛石和立方氮化硼砂輪，進(jìn)行電解、電火花、電解砂輪和深切緩進(jìn)給磨削。

4.銅、鋁及其合金的磨削

銅、鋁及其合金的硬度低（25～160HB），純銅和純鋁的硬度只有25～45HB。純銅的熔點(diǎn)為1 083℃，鋁合金的熔點(diǎn)為660～780℃，而磨削區(qū)的溫度可高達(dá)1 000℃以上。磨削時(shí)，在磨削熱的作用下，由于工件表面一層金屬熔化并灌入砂輪孔隙或涂抹在砂輪表面上，而產(chǎn)生熱熔粘附，使砂輪嚴(yán)重堵塞，很快失去磨削能力，使磨削特別困難。因此，長(zhǎng)期以來，對(duì)于銅、鋁及其合金工件高質(zhì)量的表面，都是采用精密機(jī)床，用金剛石刀具進(jìn)行精密或超精密切削，使工件表面達(dá)到鏡面。磨削這類材料時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)表面劃傷，有一道道約0.5～17μm的溝狀凹痕，用手摸有粗糙感。這是由于砂輪脫落下來的磨粒落入磨削區(qū)劃傷工件表面所致。為了克服在磨削銅、鋁及其合金時(shí)上述現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采取以下措施：

（1）砂輪。磨料應(yīng)采用性脆而鋒利、有良好導(dǎo)熱性和自銳性的黑碳化硅（C）和綠碳化硅（GC），可以有效地防止砂輪堵塞。選用白剛玉（WA）也可以。粗磨時(shí)，應(yīng)選用F36和F46的粒度，因?yàn)榱６却挚梢匀菁{磨屑和減少堵塞。精磨時(shí)，可采用F60粒度；超精磨削時(shí)，選用更細(xì)的W1粒度。對(duì)于磨削銅、鋁軟金屬的砂輪硬度，應(yīng)選用J和H砂輪硬度，否則砂輪硬度高了，會(huì)造成砂輪嚴(yán)重堵塞。為了容納磨屑，把磨削液和空氣帶入磨削區(qū)，有利于散熱，應(yīng)選用11～12號(hào)疏松組織的大氣孔砂輪。為了防止刻入性劃傷，應(yīng)選用樹脂結(jié)合劑或石墨結(jié)合劑的砂輪。砂輪修整時(shí)，應(yīng)采用70°～80°的金剛石筆，精修時(shí)，在f＝0.001mm/r的進(jìn)給量下，工作臺(tái)往返一次，再空行程一次，以達(dá)到微刃性和微刃等高性，這時(shí)的工件表面粗糙度值可達(dá)Ra＝0.025～0.05μm。

（2）磨削用量。磨削時(shí)工件速度vw＝20～30m/min，工作臺(tái)速度為0.5～3m/min，磨削深度ap＝0.003～0.015mm，精磨時(shí)取小值。

（3）磨削液。磨削銅、鋁的磨削液，要求有良好的清洗和冷卻作用。如10%～20%的乳化液、煤油和煤油與礦物油的混合油。在這三種中，煤油的效果最好，并應(yīng)特別注意磨削液的過濾。

5.高釩高速鋼的磨削

含釩量3%或以上的高速鋼稱為高釩高速鋼，牌號(hào)有W12Cr4V4Mo、W6Mo5Cr4V3、W9Cr4V5、W12Cr4V5Co5、W9Cr4V5Co5和W12Mo3Cr4V3N等。由于這種鋼中難熔的高硬度碳化物占30%～35%，其中碳化釩占7%～8%，VC的硬度高達(dá)2 800HV，其顯微硬度比剛玉磨料的硬度（2 000～2 400HV）還高許多，磨削溫度可達(dá)1 400～1 500℃，比磨削普通高速鋼高出近一倍，所以造成砂輪快速磨損和脫粒及磨削燒傷，磨削極為困難。

磨削高釩高速鋼砂輪的磨料，可用單晶剛玉（SA），其砂輪的壽命為白剛玉（WA）的6～7倍，但磨削比還是很低。最好采用立方氮化硼（CBN）為磨料的砂輪，其砂輪的壽命是SA的幾百倍，磨削單位功率比剛玉類砂輪小2/3～5/6，而且不會(huì)修整，還不會(huì)產(chǎn)生磨削燒傷。CBN砂輪的結(jié)合劑為樹脂結(jié)合劑（B），粒度為F150～F240，砂輪濃度為100%～150%。砂輪速度vc＝30～50m/s，工件速度vw＝8～20m/min，磨削深度ap＝0.01～0.03mm/dst，磨削液必須用礦物油（煤油），千萬不能用水基磨削液，否則會(huì)加速CBN砂輪磨損。

6.不銹鋼的磨削

通常人們把含鉻量＞12%或含鎳量＞8%的合金鋼稱為不銹鋼。這種鋼在大氣中或腐蝕介質(zhì)中具有一定的耐蝕能力，并在＞450℃高溫下具有較高的強(qiáng)度。含鉻量為16%～18%的鋼稱為耐酸不銹鋼。在不銹鋼中加入Mo、Mn、Cu、Nb、W、Co等合金元素，不僅提高了鋼的耐蝕能力，同時(shí)也改變了鋼的物理、力學(xué)性能和內(nèi)部組織。合金元素在鋼中含量不同，對(duì)不銹鋼的性能影響很大，有的有磁性，有的則無磁性，有的能熱處理強(qiáng)化，有的則不能熱處理強(qiáng)化。

不銹鋼按金相組織分，有馬氏體、鐵素體、奧氏體、奧氏體-鐵素體和沉淀硬化等五類。

（1）不銹鋼的磨削特點(diǎn)。磨屑易粘附在砂輪表面，填滿磨粒間的孔隙，使砂輪失去磨削能力。這種現(xiàn)象在耐濃酸不銹鋼嚴(yán)重，奧氏體不銹鋼次之，馬氏體不銹鋼較輕。由于它的韌性高，磨屑不易被切離，砂輪磨粒易變鈍，使磨削惡化，造成必須勤修整砂輪。單位面積磨削力大，可達(dá)68 600MPa，磨削溫度可達(dá)1 000～1 500℃，易出現(xiàn)燒傷；磨削表面硬化嚴(yán)重，為基體硬度的1.4～2.2倍，硬化深度達(dá)0.1～0.2mm；由于不銹鋼的線膨脹系數(shù)比一般鋼材大50%，造成工件易變形；奧氏體不銹鋼無磁性，平磨時(shí)裝夾困難。

（2）砂輪特性選擇。磨料一般采用白剛玉（WA），內(nèi)圓磨削時(shí)，采用微晶剛玉（MA）或單晶剛玉（SA），也可采用硬度高、耐用度高、磨削力和磨削熱小的CBN磨料。粗磨時(shí)采用粒度F36和F46，精磨時(shí)采用F60。結(jié)合劑一般采用陶瓷結(jié)合劑（V），磨耐濃酸不銹鋼內(nèi)孔時(shí)，采用樹脂結(jié)合劑（B）。砂輪硬度為J～H。砂輪組織為5～8號(hào)中等和疏松的組織。

（3）磨削用量。陶瓷結(jié)合劑砂輪速度vc＝30～35m/s，樹脂結(jié)合劑砂輪速度vc＝30～50m/s。工件速度vw＝（1/100～1/60）vc（m/min），平磨工作臺(tái)速度15～20m/min。磨削深度：粗磨時(shí)ap＝0.04～0.08mm，精磨時(shí)ap＝0.01～0.03mm。進(jìn)給量（雙行程）fa＝（0.2～0.6）B（B為砂輪寬度）。

（4）磨削余量。由于不銹鋼磨削困難，磨削余量應(yīng)小一些。一般余量為0.15～0.30mm，平磨時(shí)余量為0.2mm左右。

（5）磨削液。磨削液為乳化液或極壓乳化液，流量為20～40L/min。

7.高溫合金的磨削

高溫合金又稱耐熱合金或熱強(qiáng)合金，它是多組元的復(fù)雜合金，能在600～1 000℃的高溫氧化氣氛及燃?xì)飧g條件下工作，具有優(yōu)良的熱強(qiáng)性、熱穩(wěn)定性和熱疲勞性能。因而廣泛應(yīng)用于航空、航天和造船等領(lǐng)域。

高溫合金按生產(chǎn)工藝分，有變形高溫合金和鑄造高溫合金兩類；若按高溫合金基體合金元素分，可分為鐵基高溫合金、鐵-鎳基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。

（1）高溫合金的磨削特點(diǎn)。由于鋼中強(qiáng)化相很多，高溫強(qiáng)度高，切屑不易切離，造成單位磨削力比磨削一般鋼材大2倍，而且切深切削力大于主切削力；由于砂輪粘附、堵塞和摩擦加劇，致使磨削區(qū)的溫度高達(dá)1 500℃，比磨削一般鋼材高200℃以上；由于加工硬化嚴(yán)重，磨削力大，磨削溫度高，砂輪粘附和堵塞，造成砂輪磨損嚴(yán)重；由于其熱導(dǎo)率很低，κ＝10W/（m·K）左右，加上磨削溫度高，易產(chǎn)生燒傷。

（2）砂輪特性的選擇。磨料一般采用白剛玉（WA）、單晶剛玉（SA）效果好，鐠釹剛玉（NA）的自銳性好，最好是CBN；粒度一般為F46，在磨削薄片、內(nèi)孔和端面時(shí)應(yīng)粗一點(diǎn)；硬度常用K和L；結(jié)合劑為陶瓷（V）；砂輪組織為5～8號(hào)較疏松的組織。

（3）磨削用量。一般砂輪速度vc＝20～25m/s，CBN砂輪速度vc＝30～35m/s。工件速度：外、內(nèi)圓磨削vw＝30m/min左右，平磨vw＝25～28m/min。磨削深度ap＝0.01～0.05mm，精磨取小值。進(jìn)給量：外圓磨削時(shí)，f＝（0.05～0.5）B/r，內(nèi)圓磨削f＝（0.1～0.3）B/r，平磨橫向進(jìn)給量為（0.4～0.6）B（mm/dst）；磨削余量應(yīng)小一些。

（4）磨削液。由于磨削高溫合金的磨削溫度高，一般應(yīng)選用冷卻效果好的水基磨削液。澆注量要大，以便帶走大量的熱量以及沖洗工件和砂輪表面。

（5）砂輪的修整。磨削高溫合金時(shí)，砂輪的修整十分重要。如果砂輪修整得好，不僅可以提高砂輪壽命，而且也可提高磨削效果。一般采用0.07～0.1mm/st較深的修整量、工作臺(tái)縱向進(jìn)給速度為1.1～1.5m/min的大深度大走刀的修整法。

8.鈦合金的磨削

鈦合金的密度?。?.5g/cm3），強(qiáng)度高（σb＝422～834MPa），熱導(dǎo)率低[κ＝5.44～15W/（m·K）]，彈性模量?。‥＝107 800MPa），能耐各種酸、堿、海水和大氣等介質(zhì)的腐蝕，具有優(yōu)良的力學(xué)和物理性能，因而在航空、航天、核能、船舶、化工、石油、冶金和醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

鈦合金可分為α鈦合金（TA1～TA8）、β鈦合金（TB1、TB2）和α+β鈦合金（TC1～TC10）三種。它具有高的比強(qiáng)度（σb/ρ）、比彈性模量（E/ρ），化學(xué)活性大（能與O、H、N等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)而生成硬脆層）。

（1）鈦合金的磨削特點(diǎn)。磨削溫度高，是磨削45鋼的1.5～2倍；磨削力大，比磨削45鋼大30%；磨削比低，在同樣的磨削條件下，磨削TC4鈦合金的磨削比只有1∶1.53，而磨削45鋼就高達(dá)1∶71.5，兩者相差47倍，造成砂輪易變鈍，磨削效率低；在磨削過程中，砂輪除粘附、擴(kuò)散磨損外，鈦合金與磨粒之間會(huì)起化學(xué)反應(yīng)，加速砂輪磨損而失去磨削能力。

（2）砂輪特性的選擇。磨削鈦合金的砂輪磨料，應(yīng)采用綠碳化硅（GC）和鈰碳化硅（CC），使砂輪粘附減輕、不易堵塞氣孔，鈰碳化硅尤其好。如采用混合磨料（以GC、CC為主磨料，SA和ZA或MA為輔磨料）的砂輪，可使磨削效果有很大提高，使磨削溫度降到600℃以下，磨削比可達(dá)1∶12。采用人造金剛石（JR）和立方氮化硼（CBN）超硬磨料，效果最好。實(shí)踐證明，砂輪粒度為F60～F80，既可減小磨削力，又可提高磨削力。砂輪硬度為K～M；砂輪結(jié)合劑一般選用陶瓷結(jié)合劑（V），也可選用樹脂結(jié)合劑（B），可減小磨削力和降低磨削溫度；砂輪組織為5～8號(hào)為宜。為了減小砂輪粘附、堵塞，可采用砂輪浸滲固體潤滑劑（MoS2、石墨、硫黃和硬脂酸）。浸滲的方法是將MoS2粉和乙醇混合成液體，浸泡14h，取出自然干燥后即可使用。

（3）磨削用量。外圓磨削時(shí)，砂輪速度vc＝15～20m/s，工件速度vw＝15～30m/min，ap＝0.01～0.025mm，縱向進(jìn)給量B/10～B/5；內(nèi)圓磨削時(shí)，vc＝20～25m/s，vw＝15～45m/min，ap＝0.005～0.01mm，縱向進(jìn)給量為B/6～B/3；平面磨削時(shí)，vc＝15～20m/s，vw＝15～18m/min，橫向進(jìn)給量為B/10。

（4）磨削液。要求磨削液具有冷卻、潤滑和清洗作用。更重要的是抑制鈦與磨料的粘附和化學(xué)作用。目前用的較多的是水溶性磨削液，有亞硝酸鉀溶液、亞硝酸鉀+甲酸鈉溶液、亞硝酸鈉溶液，亞硝酸鈉+甲酸鈉溶液和亞硝酸胺溶液。但使用含S、P、Cl極壓添加劑的極壓乳化液，效果更好。使用時(shí)，砂輪每毫米寬度不小于0.5L。

9.結(jié)語

在機(jī)械加工中，難磨削材料不只上述幾種，還有很多。但只要根據(jù)材料的性能和磨削特點(diǎn)，盡力優(yōu)選磨削條件，就會(huì)順利克服材料在磨削過程中的不良現(xiàn)象，從而獲得好的磨削效果。