不同材料砂輪對(duì)奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti綜合磨削效果的影響*

曹 彧 吳 東

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不同材料砂輪對(duì)奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti綜合磨削效果的影響*

曹 彧 吳 東

（中國空空導(dǎo)彈研究院 河南洛陽471099）

材料去除率與表面粗糙度是磨削加工中兩項(xiàng)重要的指標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)奧氏體不銹鋼磨削參數(shù)的優(yōu)化，對(duì)奧氏體不銹鋼磨削的參數(shù)進(jìn)行研究。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的磨削情況進(jìn)行了分析，在不同的砂輪、進(jìn)給速度、磨削深度、轉(zhuǎn)速等因素。并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)表面粗糙度、材料去除率以及綜合加工效果進(jìn)行了圖表分析。結(jié)果顯示：白剛玉砂輪磨削不銹鋼1Cr18Ni9Ti能保證一定的加工效率和表面質(zhì)量；綠碳化硅砂輪磨削不銹鋼1Cr18Ni9Ti效果不好；使用CBN砂輪磨削1Cr18Ni9Ti，材料去除效率較高時(shí)表面質(zhì)量差，較低時(shí)表面質(zhì)量較好。1Cr18Ni9Ti首選白剛玉砂輪，選用CBN砂輪加工要根據(jù)加工情況選擇合適的加工參數(shù)，綠碳化硅砂輪適合粗磨削加工。

奧氏體不銹鋼 磨削參數(shù) 正交實(shí)驗(yàn) 表面粗糙度 材料去除率

奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti具有很好的抗腐蝕性，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(zhì)中或還原性介質(zhì)中均有良好的耐腐蝕性[1]，在航空、航天、石油、化工冶金、醫(yī)療衛(wèi)生等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展和運(yùn)用[2]。實(shí)際加工中，不銹鋼材料零件的磨削存在材料韌性大、磨屑易粘附砂輪、磨削過程不易散熱、材料線膨脹系數(shù)大使零件易變形，多數(shù)不銹鋼不能被磁化引起裝夾困難等問題[3]，使得工件的表面粗糙度很難保證。

目前，鄒玉波等人對(duì)磨削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的難點(diǎn)進(jìn)行了歸納，總結(jié)了磨削中存在的問題，并提出了一些解決辦法和注意事項(xiàng)[4]。陳琦等人已經(jīng)對(duì)磨削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti砂輪的選擇做出了研究，并采用自制工藝裝備解決了裝夾該材料零件的新方法。李連鵬等人通過實(shí)驗(yàn)方法研究了磨削參數(shù)的修調(diào)對(duì)磨削質(zhì)量的影響[5]。因此有必要對(duì)實(shí)際加工參數(shù)進(jìn)行深入研究，這樣可以更好地指導(dǎo)在實(shí)際加工中獲得更好的表面質(zhì)量。

本文應(yīng)用了正交實(shí)驗(yàn)法，介紹了實(shí)驗(yàn)過程，并對(duì)砂輪種類和切削參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析。

1 磨削實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)使用不銹鋼1Cr18Ni9Ti磨削加工來研究砂輪種類以及磨削參數(shù)對(duì)零件表面粗糙度的影響。實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)件如圖1所示。磨削設(shè)備為數(shù)控坐標(biāo)磨床S50CNC311，其主要參數(shù)如表1所示；粗糙度測量儀為Mahr Perthen Perthometer PRK，測量最小值為0.2μm；影像儀為瑞士TESA公司生產(chǎn)，可放大120倍并形成清晰圖像。

表1 數(shù)控坐標(biāo)磨床S50CNC311參數(shù)

實(shí)驗(yàn)選取三種不同砂輪，其參數(shù)如表2所示：

表2 實(shí)驗(yàn)用砂輪參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)材料和試樣

實(shí)驗(yàn)選用不銹鋼1Cr18Ni9Ti，綜合考慮零件定位裝夾、砂輪參數(shù)、磨削參數(shù)和數(shù)據(jù)測量的要求，設(shè)計(jì)磨削工序前零件尺寸為30×20×20 mm，粗糙度為a1.6，除上下端面外，可磨削8個(gè)面，零件如圖3所示。磨削結(jié)束后，用影像儀對(duì)零件表面進(jìn)行40倍放大觀察分析。

圖3 實(shí)驗(yàn)試件

1.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

查閱不銹鋼磨削的資料，根據(jù)不同砂輪設(shè)計(jì)磨削參數(shù)如表3~ 6所示：

表3 白剛玉砂輪磨削參數(shù)

表4 綠碳化硅砂輪磨削參數(shù)

表5 CBN砂輪磨削參數(shù)

1.4 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

經(jīng)過分析，使用表6所示實(shí)驗(yàn)方案，以進(jìn)給速度、切削深度a、轉(zhuǎn)速v作為三個(gè)因子，將表3~5數(shù)據(jù)分類按數(shù)字所示代入進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)以插磨方式進(jìn)行，為方便觀察磨削過程中表面質(zhì)量的變化，采用干磨的方式，不加切削液。

表6 實(shí)驗(yàn)方案

2 磨削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1 磨削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

將表3~5所設(shè)計(jì)參數(shù)按序號(hào)數(shù)字代入表6完成實(shí)驗(yàn)。粗糙度a使用粗糙度測量儀進(jìn)行測量，材料去除率的計(jì)算按公式=/=B計(jì)算（B為切削區(qū)域?qū)挾?，?2.5 mm），所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7~9所示：

表7 白剛玉砂輪磨削實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表8 綠碳化硅砂輪磨削實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表9 CBN砂輪磨削磨削實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 磨削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

在磨削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，以材料去除率n=5得80分為標(biāo)準(zhǔn)，其他按比例計(jì)算，以粗糙度a=0.2 μm得20分，每遞加減0.1加減兩分進(jìn)行計(jì)算，綜合得分。

通過分析影響表面粗糙度的極差值可知，使用不同砂輪磨削1Cr18Ni9Ti時(shí)，三個(gè)因子對(duì)表面粗糙度都有影響，不利于準(zhǔn)確調(diào)整加工參數(shù)，實(shí)際影響就是1Cr18Ni9Ti磨削加工比較困難。

綜合分析，磨削1Cr18Ni9Ti首選白剛玉砂輪，選用CBN砂輪加工要根據(jù)加工情況選擇合適的加工參數(shù)，綠碳化硅砂輪適合粗磨削加工。

三種砂輪磨削1Cr18Ni9Ti時(shí)，隨轉(zhuǎn)速升高，對(duì)材料去除率的影響均呈下降趨勢；使用綠碳化硅砂輪和白剛玉砂輪時(shí)，切削深度對(duì)材料去除率的影響趨勢（比較極差值R）高于使用CBN砂輪。

使用CBN砂輪和白剛玉砂輪時(shí)，隨進(jìn)給速度變大，粗糙度先變大后變小，CBN砂輪變化趨勢明顯高于白剛玉砂輪，使用綠碳化硅砂輪時(shí)，隨進(jìn)給速度變大，粗糙度先趨于平緩后變大；隨切削深度變大，使用CBN砂輪粗糙度變大，使用綠碳化硅砂輪粗糙度緩慢下降，使用白剛玉砂輪無顯著變化趨勢，小范圍跳動(dòng)；隨轉(zhuǎn)速上升，使用CBN砂輪和白剛玉砂輪粗糙度先下降后平緩，使用綠碳化硅砂輪粗糙度為先上升后下降趨勢。

綜合分析，使用CBN砂輪磨削1Cr18Ni9Ti優(yōu)選參數(shù)為進(jìn)給速度30 mm/min、切削深度0.005 mm、轉(zhuǎn)速25 000 r/min；使用綠碳化硅砂輪磨削1Cr18Ni9Ti優(yōu)選參數(shù)為進(jìn)給速度20 mm/min、切削深度0.02 mm、轉(zhuǎn)速25 000r/min；使用白剛玉砂輪輪磨削1Cr18Ni9Ti優(yōu)選參數(shù)為進(jìn)給速度20 mm/min、切削深度0.02mm、轉(zhuǎn)速20 000r/min。

3 結(jié)語

通過采用三種不同砂輪對(duì)試樣進(jìn)行的磨削，并考察了不同砂輪種類以及磨削參數(shù)對(duì)磨削表面粗糙度的影響。通過本實(shí)驗(yàn)可以確定合適的磨削砂輪和參數(shù)，主要結(jié)論如下：

（1）磨削不銹鋼1Cr18Ni9Ti首選白剛玉砂輪，選用CBN砂輪加工要根據(jù)加工情況選擇合適的加工參數(shù)，綠碳化硅砂輪適合粗磨削加工。

（2）使用白剛玉砂輪輪磨削1Cr18Ni9Ti優(yōu)選參數(shù)為進(jìn)給速度20 mm/min、切削深度0.02 mm和轉(zhuǎn)速20 000 r/min；使用CBN砂輪磨削1Cr18Ni9Ti優(yōu)選參數(shù)為進(jìn)給速度30 mm/min、切削深度0.005 mm和轉(zhuǎn)速25 000 r/min；使用綠碳化硅砂輪磨削1Cr18Ni9Ti優(yōu)選參數(shù)為進(jìn)給速度20 mm/min、切削深度0.02 mm和轉(zhuǎn)速25 000 r/min。

[1] 王成威,張宏偉,難切削材料不銹鋼磨削技術(shù)[J].硅谷,2014(2):112-113.

[2] 陳琦,催瑞明,1Cr18Ni9Ti不銹鋼小圓弧曲面數(shù)控磨削加工[J].新技術(shù)新工藝,2011(12):11-13.

[3] 韓雪.不銹鋼材料磨削工藝分析[J].機(jī)械制造,2011（5）:64-66.

[4] 鄒玉波,周同磊.不銹鋼的磨削加工[J].現(xiàn)代零部件,2005(1):21-22.

[5] 李連鵬,廖登華,胡永輝等,金屬基金剛石砂輪不同磨削參數(shù)對(duì)磨削質(zhì)量影響的實(shí)驗(yàn)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(9):29-30.

中國空空導(dǎo)彈研究院青年創(chuàng)新基金

編號(hào)：CQCJJ2013049