磨料性能及工藝參數(shù)對(duì)金屬材料表面加工性能影響分析

李演楷，龐 磊，張振威

（洛陽雙瑞金屬復(fù)合材料有限公司，河南 洛陽 471003）

金屬材料加工過程中因不同的工藝要求，需進(jìn)行表面打磨、拋光除銹或者提高表面加工質(zhì)量以及光潔度。常規(guī)的金屬表面加工方式有以下幾種：表面磨削，酸洗工藝處理，表面噴砂處理等方式。目前在先進(jìn)加工制造業(yè)中采用激光除銹等作業(yè)方式完成金屬表面除銹。噴砂作業(yè)由于加工局限性以及難以滿足工藝要求且環(huán)境粉塵污染較大，難以實(shí)現(xiàn)材料的高精度，高質(zhì)量加工要求；激光表面加工除銹方式由于投入成本較高且不能完全滿足工藝處理要求，具有一定的使用局限性。

正確選擇磨料特性參數(shù)的依據(jù)就是研究和掌握磨料對(duì)磨削性能的影響機(jī)理。磨料對(duì)工件的作用微觀上表現(xiàn)為切削，其影響因素較多，沒有特定的規(guī)律。

論文主要介紹不同的磨料對(duì)普通碳鋼板，高強(qiáng)度碳鋼板，熱處理后的不銹鋼復(fù)合板，鈦鋼復(fù)合板表面磨削作業(yè)機(jī)理。通過試驗(yàn)研究確定不同的金屬材料所適用的磨料種類，磨料性能參數(shù)，工藝參數(shù)，確定最優(yōu)的磨削工藝。

1 常用磨料種類及其性能參數(shù)

磨料的種類很多，并且具有各種形狀和尺寸，結(jié)構(gòu)一般為砂輪，千葉輪，砂帶等。由于砂輪的磨料、結(jié)合劑材料以及砂輪的制造工藝不同，各種砂輪就具有不同的工作性能。其主要由磨料本身、粒度、硬度等參數(shù)所決定。

（1）磨料種類。常用的為棕剛玉（A）和白剛玉（WA），其次是黑碳化硅（C）和綠碳化硅（GC），其余常用的還有鉻剛玉（PA）、單晶剛玉（SA）、微晶剛玉（MA）、鋯剛玉（ZA）。棕剛玉砂輪：棕剛玉的硬度高，韌性大，適宜磨削抗拉強(qiáng)度較高的金屬，黑碳化硅砂輪：黑碳化硅性脆而鋒利，硬度比白剛玉高，適于磨削機(jī)械強(qiáng)度較低的材料，如鑄鐵、鈦及鈦合金材料、鋁等材料。

（2）粒度/目數(shù)。粒度是指磨料顆粒大小，磨料顆粒大小通常分為磨粒和微粉兩大類。粒度的選擇主要取決于被磨削工件的表面粗糙度和磨削效率。用粗粒度砂輪磨削時(shí)，生產(chǎn)效率高，磨出的工件表面較粗糙；用細(xì)粒度砂輪磨削時(shí)，磨出的工件表面粗糙度較好，而生產(chǎn)率較低。

（3）磨料的硬度。硬度的選擇主要取決于被磨削的工件材料、磨削效率和加工表面質(zhì)量。硬度是指外力作用下磨粒脫落的難易程度，為了適應(yīng)不同工件材料磨加工的要求，制造磨具時(shí)分成不同硬度的等級(jí)。砂輪選得過硬，磨鈍的磨粒不易脫落，砂輪易堵塞，磨削熱增加，工件易燒傷，磨削效率低，影響工件表面質(zhì)量；砂輪選得過軟，磨粒還在鋒利時(shí)就脫落，增加了砂輪損耗，易失去正確的幾何形狀，影響工件精度。

2 不同磨料對(duì)金屬材料加工試驗(yàn)

2.1 普通碳鋼表面加工試驗(yàn)

圖1 Q235材料碳化硅加工試驗(yàn)

圖2 316L棕剛玉加工試驗(yàn)

分別采用60#棕剛玉，碳化硅千葉輪，以及白剛玉砂輪進(jìn)行試驗(yàn)。普通白剛玉砂輪最適合Q235B正火板，熱軋板等粗加工，去除量較大，且磨削熱量小，無燒傷等現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 退火不銹鋼表面加工試驗(yàn)

不銹鋼材料韌性大，熱強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)小。磨削時(shí)磨料選擇不當(dāng)可能存在粘附，材料表面燒傷等現(xiàn)象。試驗(yàn)分別采用46#棕剛玉，碳化硅千葉輪進(jìn)行試驗(yàn)。通過試驗(yàn)可以得出棕剛玉千葉輪加工性能良好，磨削均勻，板材表面無燒傷，無粘附現(xiàn)象發(fā)生。

2.3 熱軋鈦板表面加工試驗(yàn)

圖3 TA1 碳化硅加工試驗(yàn)

鈦系列金屬材料本身具有良好的防腐作用。鈦板材在高溫?zé)彳埡蟊砻鏁?huì)出現(xiàn)一層黑色的氧化層。試驗(yàn)采用46#棕剛玉及碳化硅千葉輪。鈦板材加工時(shí)，形成鈦粉劇烈燃燒，產(chǎn)生大量的火星以及熱量。

3 不同參數(shù)對(duì)金屬材料加工試驗(yàn)

圖4 粗糙度于磨料目數(shù)關(guān)系

圖5 壓力對(duì)加工效率影響

分別采用30#，40#，54#，60#，70#，80#碳化硅千葉輪對(duì)熱軋鈦板進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)表面加工粗糙度進(jìn)行測量得出數(shù)據(jù)如下圖所示。隨著目數(shù)增大，加工粗糙度越低，當(dāng)目數(shù)大于60#時(shí)，表面較光滑，粗糙度較小趨于穩(wěn)定，最高可超過0.8Ra。

（1）壓力對(duì)磨削效率的影響。試驗(yàn)利用平面拋磨設(shè)備，碳化硅千葉輪寬度為100mm,轉(zhuǎn)速設(shè)定為20米/秒。壓力分別為5Kg,10Kg，15Kg,20Kg等。通過試驗(yàn)測出不同壓力下，磨料加工效率。隨著千葉輪壓力不斷增加，磨削效率隨之增加，超過30Kg時(shí)加工效率最高，壓力繼續(xù)增大，超過磨料允許壓力時(shí)效率有所下降，且磨料的使用壽命顯著降低。

（2）轉(zhuǎn)速對(duì)磨削效率的影響。試驗(yàn)利用平面拋磨設(shè)備，在20Kg壓力下，分別測定15米/秒，25米/秒時(shí)的加工效率。25米/秒時(shí)效率遠(yuǎn)高于15米/秒。轉(zhuǎn)速太高時(shí)，工件極易被燒傷，且千葉輪離心力增加，磨料以及附屬裝置極易損壞。

4 結(jié)論

（1）磨料種類，目數(shù)，硬度等特性參數(shù)對(duì)磨削性能有著重要的影響，不同金屬材料選用合適的磨料，才能達(dá)到最優(yōu)的使用效果以及較高的壽命。

（2）磨料壓力，轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)對(duì)加工效率，表面質(zhì)量，磨料壽命以及安全性，具有較大影響。

（3）不同金屬材料及表面性能，磨料、性能參數(shù)，工藝參數(shù)之間具有一定的關(guān)系，確定最佳的匹配性，才能達(dá)到最優(yōu)的加工性能以及最低的加工成本。