1. 磨削高溫合金時(shí)，砂輪磨粒有較嚴(yán)重的磨耗磨損和粘附堵塞，磨削比很低(普通砂輪的磨削比G=1～2)；
2. 由于鎳基高溫合金材料中含有高熔點(diǎn)合金元素，具有碳化物相及金屬間化合物g"相和g'相，易產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，因而磨削力比一般鋼料大得多；
3. 由于高溫合金的熱導(dǎo)率很低，因而磨削時(shí)傳入工件的熱量百分比較低，且熱量集中在極薄的磨削表面層，使得磨削溫度很高；
4. 在磨削力和溫度的綜合作用下，產(chǎn)生磨削燒傷，表面質(zhì)量不易保證。

2 ВЖЛ1的化學(xué)成分和力學(xué)性能

3 ВЖЛ1磨削性能的實(shí)驗(yàn)

1. 實(shí)驗(yàn)條件
   試件：43.5×25×240mm鑄件；實(shí)驗(yàn)?zāi)ハ髅娉叽纾耗ハ鏖L(zhǎng)度l=43.5mm，磨削寬度b=10.0mm；加工設(shè)備：液壓萬(wàn)能工具磨床MYA6025，內(nèi)圓工具磨床MD215。
   磨具材料：平磨125×32×15粒度100#CBN砂輪(濃度100%)，125×32×15粒度180#CBN砂輪(濃度100%)，125×32×15粒度80#白剛玉砂輪；內(nèi)圓磨f10粒度120#CBN砂輪，f10粒度180#CBN砂輪(濃度100%)。
   測(cè)試儀器采用Kistler壓電三向動(dòng)態(tài)測(cè)力儀9257B，Kistler電荷放大器5007，數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)采用12位A/D接口卡，486微機(jī)，數(shù)據(jù)采集處理軟件系統(tǒng)。
2. 實(shí)驗(yàn)方案
   1. 磨削正交實(shí)驗(yàn)中，依據(jù)二因素三水平正交實(shí)驗(yàn)方案(見(jiàn)表2)用180#CBN砂輪進(jìn)行磨削。

      表2 磨削正交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

      實(shí)驗(yàn)號(hào)	Fr mm	Vs m/s	Ft N	Fn N
      1	0.01	17.52	17.45	27.21
      2	0.01	25.96	12.60	23.22
      3	0.01	32.45	7.97	15.64
      4	0.02	17.52	30.02	45.56
      5	0.02	25.96	23.05	39.46
      6	0.02	32.45	15.72	25.74
      7	0.03	17.52	42.69	62.30
      8	0.03	25.96	33.84	55.45
      9	0.03	32.45	25.92	44.49

   2. 磨削力隨磨削過(guò)程變化實(shí)驗(yàn)方案，分別用新修整過(guò)的WA 80#、CBN 100#、CBN 180#砂輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)的磨削力。方式：逆磨，實(shí)驗(yàn)次數(shù)：80～100次，參數(shù)：V_s=25.8m/s，F(xiàn)_r=0.01mm，V_W=0.67m/min。
   3. 修整方案，先進(jìn)行修圓，采用金剛石筆修整法。白剛玉砂輪修整參數(shù)為：粗修V_s=25.8m/s，F(xiàn)_r=0.02mm，F(xiàn)_a=1mm/s，2次；精修V_s=25.8m/s，F(xiàn)_r=0.01mm，F(xiàn)_a=1mm/s，2次；光修V_s=25.8m/s，F(xiàn)_r=0mm，F(xiàn)_a=1mm/s，2次；CBN砂輪的修整方案為：精修V_s=25.96m/s，F(xiàn)_r=0.01mm，F(xiàn)_a=1mm/s，4次；光修V_s=25.96m/s，F(xiàn)_r=0mm，F(xiàn)_a=1mm/s，2次。
   4. 內(nèi)圓磨削工藝實(shí)驗(yàn)
      分別采用外徑為f10的CBN120#和CBN180#的內(nèi)圓磨砂輪對(duì)內(nèi)孔徑為f10的試件進(jìn)行磨削工藝實(shí)驗(yàn)，磨削砂輪的轉(zhuǎn)速為24000r/min，加切削液，測(cè)定粗糙度進(jìn)行比對(duì)，然后檢驗(yàn)加工質(zhì)量，作為實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用依據(jù)。
3. 磨削力經(jīng)驗(yàn)公式
   通過(guò)采用正交實(shí)驗(yàn)和多元線性分析可以得到磨削力經(jīng)驗(yàn)公式為 F_t=10^4.32F_r^0.924V_s^-1.003
   F_n=10^4.00F_r^0.823V_s^-0.741
   式中F_t、F_n的單位為N，F(xiàn)_r的單位為mm，V_s的單位為mm/s。受實(shí)驗(yàn)條件的限制，把平臺(tái)的移動(dòng)速度固定為V_W≈0.67m/min。
   

   圖1 進(jìn)給量對(duì)磨削切向力的影響示意圖

   圖2 進(jìn)給量對(duì)磨削徑向力的影響示意圖

   圖3 白剛玉砂輪磨削時(shí)磨削力隨磨削過(guò)程的變化

   圖4 采用CBN100#磨料時(shí)磨削力隨磨削過(guò)程的變化

   圖5 采用CBN180#磨料時(shí)磨削力隨磨削過(guò)程的變化

   根據(jù)磨削力經(jīng)驗(yàn)公式和進(jìn)給量對(duì)磨削力的影響示意圖(見(jiàn)圖1、2)可以看出，用CBN 180#磨削ВЖЛ1的過(guò)程中，磨削力并不大，它隨進(jìn)給量F_r的增大而增大，隨砂輪磨削速度的增大而明顯降低，因此進(jìn)給量對(duì)磨削力影響十分顯著。
4. 磨削力隨磨削過(guò)程變化的結(jié)果分析
   1. 白剛玉進(jìn)行磨削加工時(shí)的磨削力變化過(guò)程
      變化過(guò)程曲線如圖3所示。圖中分別伴隨以F_t、F_n的曲線為F_t和F_n的趨勢(shì)線。在用剛玉砂輪進(jìn)行加工的過(guò)程中，磨削力一直增大，在全部磨削過(guò)程中伴隨有較嚴(yán)重的粘附現(xiàn)象，相當(dāng)于一個(gè)磨損鈍化的砂輪在磨削時(shí)，有時(shí)會(huì)因部分磨粒的脫落而使磨削力在一段時(shí)期內(nèi)下降，到最后階段砂輪的表面基本都被磨削材料覆蓋，造成粘附的金屬與被磨零件表面接觸，因此F_n方向的力急劇增加，而F_t方向的力由于變成了滑動(dòng)摩擦，故而變化不大。
      雖然用剛玉砂輪磨削時(shí)磨削力不斷增加，但在80次以前磨削力并不大，說(shuō)明剛玉砂輪材料在少量磨削的情況下還是比較鋒利的，效率較高，但在大量磨削情況則不易采用。
   2. CBN 100#磨削加工時(shí)磨削力的變化變化過(guò)程的曲線如圖4所示，圖中分別伴隨以F_t、F_n的曲線為F_t和F_n的趨勢(shì)線。由圖可見(jiàn)，用剛修整過(guò)的砂輪磨削時(shí)，初期磨削力相對(duì)較小，隨后磨削力迅速增至最大值，達(dá)到一定磨削力后再繼續(xù)磨削，磨削力又有一定程度的降低，并達(dá)到一個(gè)較長(zhǎng)的穩(wěn)定階段。工藝系統(tǒng)彈性變形使刀及剛修過(guò)的砂輪表面容易脫落，磨削力降低，實(shí)際磨削深度增大。由于砂輪表面磨粒數(shù)已基本穩(wěn)定，磨粒迅速鈍化，當(dāng)磨削力不斷增大到超過(guò)粘結(jié)劑及磨粒所能承受的程度時(shí)，磨粒開(kāi)始脫落，使參與磨削的有效磨粒數(shù)減少，因而磨削力又有一定程度的下降，在降到一定程度后開(kāi)始達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定狀態(tài)開(kāi)始的次數(shù)約為20～30次。CBN砂輪的穩(wěn)定狀態(tài)較長(zhǎng)，說(shuō)明CBN砂輪的耐磨性較好，磨粒不易磨鈍。
   3. 磨削加工時(shí)磨削力的變化
      如圖5所示，變化過(guò)程的曲線中同樣伴隨線為F_t、F_n的趨勢(shì)線。由圖可見(jiàn)，用CBN180#砂輪磨削時(shí)的磨削過(guò)程變化與CBN100#磨削過(guò)程基本相同。不同的是，CBN180#砂輪磨削力要小得多，這主要是磨削過(guò)程中磨粒更容易脫落，使得參與磨削的磨粒數(shù)減少，因此磨削力小。
5. 砂輪的磨削及磨損狀況
   1. 砂輪的表面狀況
      在磨削高溫合金的過(guò)程中都伴隨一定的粘附。剛玉磨料的粘附較為嚴(yán)重，原因是用剛玉磨削時(shí)，諸如Cr₂O₃、Al₂O₃等均屬六方系統(tǒng)，有a-Al₂O₃結(jié)構(gòu)，其點(diǎn)陣參數(shù)相近，會(huì)使Al、Cr、Ti等通過(guò)其表面氧化物與剛玉形成較強(qiáng)的粘附，只要用剛玉磨削高溫合金，不管采取多大的磨削用量都會(huì)發(fā)生粘附；增大磨削深度a_p會(huì)導(dǎo)致磨削力和磨削溫度增大，粘附會(huì)相應(yīng)增加。用CBN磨料磨削時(shí)，只有輕微的粘附現(xiàn)象，由于CBN砂輪的自銳性比較好，故兩種砂輪的磨削力可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定階段，說(shuō)明了CBN砂輪對(duì)ВЖЛ1材料有良好的磨削性能。
   2. 砂輪的磨損
      用幾種磨料磨削ВЖЛ1的磨削比如表3所示。用白剛玉或單晶剛玉磨削高溫合金的磨削比通常比較低，而CBN100#砂輪在相同條件下有較高的磨削比，說(shuō)明其磨削性能好；CBN180#砂輪磨削比較低，說(shuō)明其良好的自銳性使表面的粘附少，適于對(duì)ВЖЛ1的精加工。
      

      表3 磨削比

      磨料	WA80#	CBN100#	CBN180#
      磨削比(G)	1.174	8.92	1.11
      注：磨削條件Vs=25.8m/s，F(xiàn)r=0.01mm，VW=0.67m/min。

6. 磨削表面加工質(zhì)量
   磨削表面粗糙度與砂輪的單位面積磨粒數(shù)、磨粒分布及切削痕跡有關(guān)。在本次實(shí)驗(yàn)的粗糙度測(cè)試中，在相同條件下用三種磨料分別對(duì)高溫合金ВЖЛ1和K24進(jìn)行磨削，其磨削情況的對(duì)比見(jiàn)表4。對(duì)高溫合金的有進(jìn)給平磨磨削中，CBN砂輪的磨削質(zhì)量沒(méi)有明顯的改善，尤其在使用CBN180#的加工中，表面質(zhì)量有所下降，說(shuō)明在有進(jìn)給加工中磨削效果較差，建議在生產(chǎn)中的最后精加工工序中采用精磨或無(wú)進(jìn)給光磨，以提高其表面質(zhì)量。

   表4 ВЖЛ1和K24的表面質(zhì)量對(duì)比(Ra/µm)

   高溫合金	磨料
   	WA80#	CBN100#	CBN180#
   ВЖЛ1	1.06	1.0	1.93
   K24	1.01	0.886	1.43

7. 內(nèi)圓磨削工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
   在ВЖЛ1內(nèi)圓磨削時(shí)，為應(yīng)用CBN砂輪提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)加工參數(shù)，特別用兩種CBN砂輪對(duì)孔徑為f的試件進(jìn)行了工藝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。從表中可以看出，用CBN內(nèi)圓磨砂輪加工ВЖЛ1高溫合金表面質(zhì)量良好，粗糙度有明顯的改善(<0.7)，建議采用的磨削速度為24000～30000r/min。
8. 磨削加工中磨削液的選擇

   表5 內(nèi)圓磨實(shí)驗(yàn)的表面質(zhì)量

   實(shí)驗(yàn)號(hào)	Ra (µm)
   a	3.72
   b	1.35
   c	0.70
   d	0.168
   注：a——未經(jīng)加工的試件，b——用CBN120#粗加工的試件，c——在實(shí)驗(yàn)b基礎(chǔ)之上用CBN180#加工的試件，d——在實(shí)驗(yàn)c基礎(chǔ)之上進(jìn)行研磨拋光的試件，磨削條件為：加磨削液，加工速度為24000r/min。

   由于高溫合金的導(dǎo)熱性能較差，磨削時(shí)傳入工件熱量的百分比較低，磨削中產(chǎn)生的大量熱量集中在極薄的磨削表面層，因而磨削溫度很高，易使表面燒傷，產(chǎn)生燒傷裂紋，當(dāng)表面金屬收縮時(shí)，受內(nèi)部金屬的牽制，使磨后工件表面呈有害的拉應(yīng)力，磨削精度降低，因此磨削時(shí)應(yīng)注意在切削液充足的條件下進(jìn)行，以便帶走較多的切削熱及沖洗試件和砂輪表面，從而獲得較好的磨削質(zhì)量。一般采用油基磨削液噴注冷卻，以減少砂輪阻塞。
9. 磨削用量的合理選擇
   在高溫合金ВЖЛ1的磨削加工中，一般采用較小的磨削余量、適中的工件速度和中等偏上的砂輪速度。磨削所留的余量應(yīng)該比磨削碳鋼時(shí)小一些，以減小磨削工作量，粗磨時(shí)一般留0.15～0.3mm，精磨時(shí)留0.03～0.05mm。實(shí)驗(yàn)表明，砂輪的線速度在25～30m/s左右時(shí)加工效果較好，也可采用高速磨削(40～60m/s)，這樣金屬切除率和磨削比將大大提高，但必須具備相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)措施。工件速度對(duì)磨削燒傷影響較大，磨削高溫合金時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高工件速度，但不宜過(guò)高，否則會(huì)引起自激震蕩。

4 結(jié)語(yǔ)