磨削加工中磨削液的選擇

劉文英

（通遼職業學院機電工程系，內蒙古通遼，002800）

磨削加工中磨削液的選擇

劉文英

（通遼職業學院機電工程系，內蒙古通遼，002800）

磨削加工是常用的工件表面精加工方式，磨削液的合理選擇能夠顯著提高磨削加工質量。介紹了常見磨削液的組成與類型，詳細分析了磨削液的四大主要性能，最后結合不同磨削加工方式特點，導出了合理選用磨削液的原則和建議。研究表明：油基磨削液和水基磨削液在冷卻性能、潤滑性能、清洗性能和防銹性能等方面各具優勢；普通磨削、高速磨削和強力磨削適合采用水基磨削液；金剛石砂輪磨削和螺紋、齒輪和絲杠磨削適合采用具有低粘度、高閃點、含極壓添加劑等性能的油基磨削液。以上策略必定能夠為磨削加工帶來極大幫助。

磨削加工；油基磨削液；水基磨削液；極壓添加劑

引言

磨削加工是對工件表面進行細微切削的一種加工方式。磨削過程歷時很短，有時只有10 μs左右，但是磨削速度很高，如砂輪線速度一般為30～35 m/s，高速磨削砂輪線速度為50～150 m/s，超高速磨削砂輪線速度超過150 m/s。如此高速產生大量磨削熱，可以使金屬表面溫度瞬間升高，最高可達1 000～1 500℃。

瞬間溫度過高，且高溫集中在工件表面層局部，容易引起工件表面燒傷；熱應力的作用會產生表面裂紋及工件變形，影響加工精度；磨削熱使砂輪磨損鈍化，磨粒很快失去切削能力；磨屑和砂輪粉末易飛濺，落到工件表面會影響加工精度和質量；磨屑嵌塞在砂輪工作面上的空隙處，或磨屑與加工金屬熔結在砂輪表面上，會使砂輪失去磨削能力。

以上事實表明：分析磨削過程、把握磨削液性能、選擇適合磨削加工方法的磨削液，非常重要。

1 磨削液的組成與類型

磨削液按油品的化學組成分類，可分為油基磨削液和水基磨削液[1]，具體組成與類型分別如圖1和圖2所示。

以圖2所示的水基磨削液為例，其可分為乳化型磨削液、微乳乳化型磨削液（也稱作半合成型磨削液）和合成型磨削液三大類[2]：

圖1 油基磨削液組成與類型

圖2 水基磨削液組成與類型

（1）乳化型磨削液。主要由乳化油與水配置而成。濃縮液由礦物油50～80%、脂肪酸0～30%、乳化劑15～25%、防銹劑0～5%、防腐劑<2%、消泡劑<1% 等組成。乳化型磨削液具有油的潤滑性、防銹性和水的極好冷卻性，但其呈乳白色，不透明，很難觀察工作時的切削狀況，較少使用。

（2）合成型磨削液。不含礦物油，濃縮液由多種水溶性功能添加劑、極壓劑、油性劑、防銹劑、表面活性劑和消泡劑等組成，稀釋液散熱快、清洗性強、透明性好，具有良好工件可見性，與半合成型磨削液相比，其穩定性和抗腐敗能力強，但潤滑性能相對差些。

（3）半合成型磨削液。濃縮液由礦物油5～30%、脂肪酸5～30%、極壓劑0～20%、表面活性劑0～5%、防銹劑0～10%等組成。半合成型磨削液呈透明狀或半透明狀，綜合具有乳化型磨削液較好的潤滑冷卻性能，以及合成型磨削液的冷卻性極好、清洗性強、透明性好等優點，又彌補了兩者的不足。

2 磨削液主要性能深析

磨削加工使用磨削液能夠降低切削力，以及降低刀具與工件之間的摩擦，減少刀具磨損，及時帶走切削區內產生的熱量，保證工件精度和表面質量，達到最佳經濟效果。第1章介紹了三大類磨削液的性能，其中主要性能包括冷卻性、潤滑性、清洗性和防銹性。深析以上四大性能有助于選擇適應不同磨削加工方式的磨削液。

（1）冷卻性能。磨削過程極其復雜，磨粒在砂輪表面分布雜亂不均，比較突出和鋒利的磨粒切入工件較深；突出較小的和比較鈍的磨粒切削厚度又達不到臨界值，只起到了刻畫作用；更鈍的、隱藏在其它磨粒下面的磨粒起到的是拋光作用。以上表明磨削過程是包含切削、刻畫和拋光作用的綜合復雜過程，對表面粗糙度影響顯著。上述過程產生大量的磨削熱，磨削液的流動可以帶走工件磨削區域產生的大量熱量，降低磨削溫度，防止工件燒傷和產生裂紋，改善切屑對砂輪的粘結現象。

（2）潤滑性能。磨削液能夠在工件與砂輪界面形成邊緣潤滑膜，減少加工工件與砂輪接觸面之間的直接摩擦，減輕摩擦及粘接現象。因此，要求磨削液能夠迅速滲入砂輪磨粒與工件、砂輪磨粒與切屑的接觸界面，形成牢固的吸附潤滑薄膜，潤滑膜在高溫、高壓及劇烈的摩擦條件下不應被破壞。

（3）清洗性能。可將磨削加工時產生的大量磨屑和砂輪粉末從工件、刀具（砂輪）上除去，減少砂輪堵塞，提高磨削效率。

（4）防銹性能。取決于磨削液吸附膜的牢固程度。良好的防銹性能能夠在工序間的存放期間或工件加工后防止工件生銹。

3 不同磨削加工方式中磨削液的選擇

在金屬磨削加工中，要想獲得理想的加工精度和表面質量，選擇正確的磨削液是非常重要的。不同的金屬磨削加工方式所產生的加工現象不同，對磨削液的要求也不同，所以使用的磨削液更不同。

3.1 水基磨削液的選擇

3.1.1 普通磨削

普通磨削建議采用普通乳化磨削液，稀釋濃度為2%～5%，由防銹劑、乳化劑和礦物油配制而成。普通磨削包括外圓、內圓、錐面、平面磨削等，根據砂輪粒度號和磨削用量的不同，可分為粗磨和精磨[3]。粗磨加工精度要求不高，加工尺寸公差等級為IT8～IT7級，表面粗糙度0.8～0.4 μm；精磨可獲得較高的加工精度和較低的粗糙度，加工尺寸公差等級為IT6～IT5級，表面粗糙度0.4～0.1μm。磨削加工中砂輪線速度一般為30～35 m/s。磨削時產生大量的金屬細碎屑和砂輪脫粒下來的細碎磨粒，易粘在砂輪和工件表面上，破壞加工表面質量。普通磨削加工要求切削液的清洗和冷卻性能好，兼有防銹和潤滑性能。

3.1.2 高速磨削

高速磨削適宜采用水基磨削液。在金屬磨削加工中，通常把砂輪線速度超過50 m/s的磨削稱為高速磨削。高速磨削與普通磨削的區別在于，隨著砂輪線速度增加，單位時間內砂輪通過磨削加工區域的磨粒數增加，在進給一定的情況下，砂輪與工件的摩擦次數增加，使得單位時間內產生的熱量也增加，磨削溫度顯著升高。試驗測定，砂輪線速度為60 m/s時的磨削溫度（工作平均溫度）比30 m/s高約50%～70%；砂輪線速度為80 m/s時的磨削溫度比60 m/s時又高15%～20%。工件溫度升高，則工件加工表面發生燒傷和形成裂紋的可能性增加，且造成加工尺寸誤差加大。隨著砂輪線速度增加，在一定單位時間金屬磨除量下，磨粒的切削厚度變薄，在高溫和高接觸壓力下，被磨材料粘附在磨粒上，切屑也會嵌入砂輪的孔隙中，造成砂輪表面孔隙堵塞、變鈍，從而使磨削效率下降。因此高速磨削加工時不能使用普通的磨削液，而要使用具有良好滲透性能、冷卻性能、極壓潤滑性能、防銹性能、沉降性能和清洗性能的磨削液，可迅速將所產生的廢屑沖洗干凈并迅速沉降，滿足加工工藝要求。此外由于效率高、發熱量大，高速磨削對磨削液的冷卻性能及潤滑性能要求很高[4-5]。油基磨削液的傳熱效果差，磨削區域溫度過高，會導致磨削液產生冒煙現象，造成工作區域環境污染，況且由于油基磨削液冷卻不充分，往往會造成工件表面燒傷。水基磨削液由于含水率較高，冷卻效果優于油基磨削液，故成為在高速磨削中選用的理由。

3.1.3 強力磨削

強力磨削宜選擇含極壓添加劑的水基合成磨削液。強力磨削又叫強力成形磨削，在磨前一般不需要進行工件的粗加工，而是通過提高磨削深度，由毛坯直接磨出工件所要求的尺寸精度、形狀位置精度和表面加工質量，一次磨削成形，使粗、精加工合并到一臺機床上來完成，實現縮短生產周期及降低成本的目的。與一般磨削相比，強力磨削切削深度大，磨削力和磨削熱也很大，磨削功率消耗97%以上轉變為熱能釋放出來。在磨削過程中產生的熱量若不及時消除，切屑將熔化形成焊珠，使加工表面燒傷、砂輪表面粘焊堵死，因此為保證磨削效果，必須對砂輪進行高壓清洗、對工件強制冷卻。在磨削過程中，砂輪與工件表面接觸弧較長，對清洗性能及冷卻性能要求高于潤滑性能、防銹性能，故選用含硫極壓添加劑的水基合成磨削液，有利于降低磨削力、減少功率消耗、防止出現燒傷。含硫極壓添加劑還可以與含氯極壓添加劑復合使用，進一步提高潤滑效果。

3.2 油基磨削液的選擇

3.2.1 金剛石砂輪磨削

金剛石砂輪磨削宜選用低粘度油基磨削液。金剛石砂輪具有硬度高、抗壓強度高、耐磨性好、使用壽命長等特性，主要用于磨削硬質合金、玻璃、陶瓷、半導體材料等高硬脆材料和金屬材料。由于工件硬度高，磨削時產生的過多熱量將導致砂輪過早磨損，因此磨削液主要應具備潤滑及冷卻性能，保持砂輪鋒銳。金剛石砂輪磨削采用潤滑性能好的低粘度油基磨削液，能夠迅速將切屑及砂輪磨粒等雜物沖走，獲得更好的加工件表面質量和加工精度。

3.2.2 螺紋、齒輪和絲杠磨削

螺紋、齒輪和絲杠磨削宜選擇低粘度、高閃點、含極壓添加劑的油基磨削液。在金屬切削加工中，螺紋、齒輪和絲杠整體淬火在熱處理和磨削過程中變形較大，應盡可能采用表面硬化處理。此外，對尺寸精度、表面加工質量要求很高，淬硬后采用磨削加工，可確保加工尺寸精度和表面質量符合工藝要求。

油基磨削液潤滑性能優于水基磨削液，可防止砂輪磨粒切削刃摩擦損耗和切削粘附，保持磨粒鋒銳，減小磨削力，降低磨削熱，很好地保證加工表面粗糙度；油基磨削液冷卻速度不如水基磨削液，工件產生應力小，工件表面磨削裂紋少；油基磨削液添加的極壓添加劑可與工件材料反應，生成低抗剪強度的潤滑膜，能夠有效提高磨削液的負荷能力，減輕磨粒切削刃尖端的磨損，減少了磨削過程中磨粒與工件的摩擦，降低了摩擦產生的熱量，使工件表面溫度降低，減少工件殘余應力。

由于螺紋、齒輪和絲杠磨削對砂輪成型面有較高要求，加工尺寸精度要求高，表面粗糙度要求高，一般宜采用含極壓添加劑的油基磨削液。同時，為了獲得較好的冷卻性和清洗性，防止磨削液產生冒煙現象，油基磨削液應附加低粘度、高閃點的特點。

4 結束語

本文從油基和水基磨削液的組成與類型，到磨削液的四大性能，再到工件表面的磨削狀況，最終導出了合理選用磨削液的原則和建議，必定能夠為磨削加工帶來極大幫助。

[1]李曉文. 油基和水基磨削液的對比和選用[J]. 機械管理開發, 2011(4): 103-104.

[2]劉豐, 王金剛. 金屬切削加工中切削液的選用和維護[J]. 科技創新與應用, 2014(3): 72.

[3]薄宵. 磨工實用技術手冊[M]. 南京: 江蘇科學技術出版社, 2002.

[4]內蒙古機械工藝管理協會. 實用機械技術問答1500題[M]. 呼和浩特: 內蒙古人民出版社, 2004.

[5]孟少農. 機械加工工藝手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2000.

Selection on Grinding Fluid in Abrasive Machining

LIU Wen-ying
(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Tongliao Vocational College, Tongliao, Inner Mongolia,002800, China)

Abrasion is a common machining method for the surface of the workpiece. Feasible selection on grinding fluid can significantly improve the quality of abrasive machining. Introduced are the composition and types of common grinding fluid, detailedly analyzed are the four main properties of it, and derived are its selection principles and suggestions according to the characteristics of different abrasive machining methods. Research shows that oil-base and water-base grinding fluids have respective advantages in performances of cooling, lubricating, cleaning and anti-rust; water-base grinding fluid is suitable for ordinary, high speed and brute force abrasions; oil-base grinding fluid with characteristics such as low viscosity, high flash point, and extreme pressure additives contained, is suitable for diamond wheel grinding and screw/gear grinding. Above strategies are bound to bring great help to abrasive machining.

Abrasive Machining; Oil-base Grinding Fluid; Water-base Grinding Fluid; Extreme Pressure Additive

TG113.26

A

2095-8412 (2016) 06-1120-04

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.017

劉文英(1965-)，女，本科，沈陽建筑工程學院機械設計與制造專業，副教授。研究方向：機電。

E-mail: 1014514764@qq.com