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现 代磨削加工的砂轮线速度已由20-25m/s提高到100m/s或更高，深切缓进的磨削加工实现了“以磨代车”的历史性转变。在如此苛刻的工况条件下，乳 化液作为润滑冷却介质已不能适应。近年来发展起来的化学合成型磨削液对高速磨削较为适应，但是就磨削液的摩擦性能和磨削工艺效果之间的相互关系尚缺乏研 究，在这方面进行探讨，对磨削液乃至磨削工艺的发展会有俾益。
本文选择了一些国内外磨削液，通过进行台架试验和磨削比试验，测试考察了磨削液的µ、PB、PD等参数和磨削工艺效果(磨削力、磨削效率、磨削比、磨削表面粗糙度等)的关系，并在此基础上研制出了摩擦学性能较为理想的SP202磨削液。

SP202合成磨削液及其特点

SP202 合成磨削液(以下简称SP202)中采用了Mo-B和B-N化合物为主体的添加剂，这类化合物据认为是无毒的或低毒性物质。采用的表面活性剂是属于容易生 物降解的品种，排放后不会造成滞留性环境污染。体系稳定，能够在使用过程中始终保持透明状态。能持久维持良好的渗透和清洗能力，而且没有发霉变质的弊病。 SP202的主要成分配比如下：
  1. 表面活性剂，属聚醚、多元醇类，用量按质量百分数w%计(以下均相同)为6%；
  2. 油性剂，属脂肪酸酯类，用量为4%；
  3. 防锈剂属钼-硼复合剂，用量为8%；
  4. 有色金属缓蚀剂为苯三唑，用量为0.1%；
  5. 极压剂为硼-氮化合物，用量为10%；
  6. 偶联剂属多元醇类，用量1%；
  7. 络合剂为乙二胺四乙酸盐，用量为0.5%
  8. 消泡剂属于分散剂、硅油类，用量为0.2%；
  9. 其余成分为去离子水。
按 照GB/T6144-85规定的技术指标检验，SP202磨削液各项目均达到了标准的要求。5%稀释液PB为431.2N。GB /T6144-85标准规定II类合成切削液的稀释液PB≥392N，III类、IV类的PB≥686N，摩擦系数µ和PD值均未作规定。但我们在测试一 些进口样品中发现，一些商品磨削液的PB值低于392N和686N；但几乎全都有较低的µ和较高的PD值(见表1)。据此认为：研究µ、PB、PD这些数 值对磨削工艺效果的影响无疑是有一定意义的。 表1 国产乳化液和几种进口样品的µ、PB、PD值

切削液类别
乳化液
(国产)
合成液
(美国)
微乳液
(美国)
微乳液
(日本)
合成液
(意大利)

摩擦系数µ
0.148
0.090
0.087
0.088
0.093

PB值/N
686
372.4
539
553.5
392

PD值/N
784
1234.8
1744.4
1666
1176

比值PD/PB
1.14
3.32
3.24
3.01
3.0

磨削液的PB、PD值与使用效果评定

为 了评定磨削液的PB、PD值对磨削力、磨削效率、磨削加工表面质量的影响，我们调整了磨削液中油性剂、极压剂的含量和配比，制备出不同PB、PD值的试 液，在专用试验台上进行磨削力、砂轮最大堵塞值、磨削效率及加工粗糙度的考察；通过磨床加工零件的实地检测，确认了PB、PD值与磨削工艺效果的关系。最 后将较好的配方与国外同型样品作了攻丝扭矩的试验对比，以考查比较其技术水平。
  1. 专用台架试验
    试验专用台架的示意图见图1。供试溶液为1#和2#溶液，各自的参数见表2，试液配比浓度均为5%。试验测定参数为:
    • 磨削力(法向磨削力Fn和切向磨削力Ft)；
    • 砂轮最大堵塞值(µA)；
    • 磨削效率用每修整1次砂轮后可磨削加工的工件数作为磨削效率指标(件/次)；
    • 磨削加工后的表面粗糙度Ra(µm)，用砂轮修整前最后1件磨削加工件测得的表面粗糙度值和砂轮修整后的第1件磨削加工件测得的表面粗糙度值作为指标值。


    图1 试验专用台架的示意图

    表2 专用台架试验供试溶液参数

    供试溶液样别
    摩擦系数µ
    PB值/N
    PD值/N
    比值PD/PB

    1#溶液
    0.092
    686
    832.2
    1.2

    2#溶液
    0.089
    490
    1127
    2.3

    表3 专用台架试验结果

    试液样别
    法向摩擦力Fn
    N
    切向磨削力Ft
    N
    磨削效率
    件/次
    砂轮最大堵塞值
    µA
    修整前最后1件表面粗糙度Ra
    µm
    修整后加工第1件表面粗糙度Ra
    µm

    1#
    72.67
    48.64
    78
    61
    1.25
    1.0

    2#
    64.72
    43.15
    100
    44
    0.9
    0.7

    对比
    -10.94
    -11.29
    +28.21
    -27.87
    -0.35
    -0.30

    由 表3可以看出：1#试液由于PB值较高，形成的润滑膜较为牢固，磨削时因为要同时撕破这种膜，就要消耗更多的功；而在极压状态，由于 PD值较低、没有化学反应或物理沉积形成低剪切膜的条件，表现为磨削力较高和起伏波动较大，作为这种起伏变化的后果，磨削加工面的粗糙度也相应较高。与此 同时，砂轮也会受到较大反作用力的冲击，易于形成粘附磨损和扩散性磨损，使砂轮空隙堵塞变钝。
    2#试验液PB值较低，工件上形成的润滑膜易在磨削时去除；它的PD值较高，在极压状态能在被加工面不断形成易于磨削的低剪切膜，磨削力较小且波动较为平稳，基于同样的理由，砂轮受损较小，能保持锋利并可获得较好的磨削质量。
    试验磨削力记录曲线见图2和图3。


    图2 1#(5%)磨削力曲线图


    图3 2#(5%)磨削力曲线


    图4 PD/PB比值对磨削比G
    影响的试验曲线

  2. 磨削比的试验检测
    在磨削加工中通常用磨削比G来表征砂轮的耐用度，而当砂轮、被加工材料和其他机械加工条件相同时，G就可以用来作为磨削液质量的评价指标之一。这里，G=Vm/Vs。式中：Vm为每磨削工件100件的金属磨除量，mm³；Vs为每磨削工件100件的砂轮磨损量，mm³。
    为了寻求最佳的磨削比G效果，重新调整了配方中的油性剂、极压剂的用量和配比，获得了不同PB、PD值的试液，在磨床上进行实际磨削加工和测试。试验条件为：
    • 机床为M8810外沟磨床；
    • 砂轮规格为GB180R×；6，材质是橡胶砂轮
    • 砂轮圆周速度Vs=24，000r/min；
    • 试件为轴承外套，材质GCr15钢，尺寸203/01；
    • 试件转速:NW=840r/min。
    用千分表分别测量磨削加工前后的工件尺寸和砂轮尺寸，计量出Vm和Vs。每次加工、测量100件，重复进行3次，取3次的平均值，试验结果见图4。可见，磨削比G随PD/PB的比值增大而提高。在试验的设定范围内几乎呈直线关系。
    高的PD值和适当的PB值可减少砂轮磨损，提高磨削效率，其结果和台架试验的结果相吻合。
  3. 攻丝扭矩试验
    基于上述专用台架试验和磨削比试验，为了和国外同型产品(美国产合成液，为我国引进设备中比较广泛采用的一个品种)进行比较，制备了A、B型2种SP202合成磨削液，在上海大学研制的快速攻丝扭矩试验机上进行了攻丝扭矩的测定。
    攻丝扭矩试验条件为:10mm标准丝锥，攻丝材料CrMo45钢，攻丝转速200r/min，试液浓度5%。试液参数和攻丝试验测定结果见表4。 表4 试液参数和攻丝扭矩试验测定结果

    溶液样别
    PB值
    N
    PD值
    N
    PD/PB比值
    攻丝扭矩测定值 N·cm

    第1次
    第2次
    平均值

    合成液(美)
    372.4
    1234.8
    3.32
    161.7
    161.7
    161.7

    试液A
    372.4
    1234.8
    3.32
    147.0
    150.0
    148.5

    试液B
    431.2
    1568
    3.64
    117.6
    132.3
    124.95

    攻 丝扭矩试验中，试液A与进口样品比较，PB、PD值相当，而攻丝扭矩测试结果仅降低了8.16%，其差异可能是由于渗透、清洗能力不同所致。试液B由于 PD/PB值比进口试样高，而攻丝扭矩测定结果比较，降低了22.75%。这就为SP202磨削液替代进口产品提供了技术依据。
    从上述3种试验的结果可知，得到的结论是一致的，即在一定条件下，磨削液的PD/PB值是决定磨削工艺效果的重要参数之一。而仅依靠PB值来判断磨削液摩擦特性的作法显然是不完善的。

磨削液的生产验证

SP202磨削液已在十多家单位生产应用数年，根据各单位的使用试验报告，和过去使用的乳化液相比，可提高磨削比1-1.7倍，磨削量增加40%-75%，砂轮损耗降低26%-75%，改善加工表面粗糙度1-2小级；而且由于其不含油剂和有害成分，
无臭、无刺激性，有利于环境保护，对操作者健康无害，受到了普遍欢迎。

结语

通过专用台架试验和磨削比试验，确认仅用PB值来表达磨削液的摩擦特性是不完善的；在一定条件下PD/PB比值和磨削液的磨削比G呈线性关系，应作为判断磨削液性能的主要参数之一。据此研制出的SP202磨削液在生产使用中显示了良好的技术经济效益。

 

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