曹 彧 吳 東

?

不同材料砂輪對奧氏體不銹鋼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重要的指標，為了實現(xiàn)奧氏體不銹鋼磨削參數(shù)的優(yōu)化，對奧氏體不銹鋼磨削的參數(shù)進行研究。通過實驗對奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的磨削情況進行了分析，在不同的砂輪、進給速度、磨削深度、轉(zhuǎn)速等因素。并在實驗的基礎(chǔ)上對表面粗糙度、材料去除率以及綜合加工效果進行了圖表分析。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表面質(zhì)量差，較低時表面質(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) 正交實驗 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)展和運用[2]。實際加工中，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，鄒玉波等人對磨削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的難點進行了歸納，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[4]。陳琦等人已經(jīng)對磨削奧氏體不銹鋼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。李連鵬等人通過實驗方法研究了磨削參數(shù)的修調(diào)對磨削質(zhì)量的影響[5]。因此有必要對實際加工參數(shù)進行深入研究，這樣可以更好地指導在實際加工中獲得更好的表面質(zhì)量。

本文應用了正交實驗法，介紹了實驗過程，并對砂輪種類和切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響進行了分析。

1 磨削實驗設(shè)計

1.1 實驗設(shè)備

實驗使用不銹鋼1Cr18Ni9Ti磨削加工來研究砂輪種類以及磨削參數(shù)對零件表面粗糙度的影響。實驗裝置及實驗件如圖1所示。磨削設(shè)備為數(shù)控坐標磨床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)控坐標磨床S50CNC311參數(shù)

實驗選取三種不同砂輪，其參數(shù)如表2所示：

表2 實驗用砂輪參數(shù)

1.2 實驗材料和試樣

實驗選用不銹鋼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個面，零件如圖3所示。磨削結(jié)束后，用影像儀對零件表面進行40倍放大觀察分析。

圖3 實驗試件

1.3 實驗參數(shù)設(shè)計

查閱不銹鋼磨削的資料，根據(jù)不同砂輪設(shè)計磨削參數(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 實驗方案設(shè)計

經(jīng)過分析，使用表6所示實驗方案，以進給速度、切削深度a、轉(zhuǎn)速v作為三個因子，將表3~5數(shù)據(jù)分類按數(shù)字所示代入進行實驗。實驗以插磨方式進行，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 實驗方案

2 磨削實驗數(shù)據(jù)及分析

2.1 磨削實驗數(shù)據(jù)

將表3~5所設(shè)計參數(shù)按序號數(shù)字代入表6完成實驗。粗糙度a使用粗糙度測量儀進行測量，材料去除率的計算按公式=/=B計算（B為切削區(qū)域?qū)挾龋?2.5 mm），所得實驗數(shù)據(jù)如表7~9所示：

表7 白剛玉砂輪磨削實驗結(jié)果

表8 綠碳化硅砂輪磨削實驗結(jié)果

表9 CBN砂輪磨削磨削實驗結(jié)果

2.2 磨削實驗數(shù)據(jù)處理

在磨削實驗數(shù)據(jù)處理中，以材料去除率n=5得80分為標準，其他按比例計算，以粗糙度a=0.2 μm得20分，每遞加減0.1加減兩分進行計算，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，三個因子對表面粗糙度都有影響，不利于準確調(diào)整加工參數(shù)，實際影響就是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，隨轉(zhuǎn)速升高，對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，切削深度對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，隨進給速度變大，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，隨進給速度變大，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；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試樣進行的磨削，并考察了不同砂輪種類以及磨削參數(shù)對磨削表面粗糙度的影響。通過本實驗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)對磨削質(zhì)量影響的實驗分析[J].科技創(chuàng)新與應用,2013(9):29-30.

中國空空導彈研究院青年創(chuàng)新基金

編號：CQCJJ2013049