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ELID镜面磨削技术：新磨削液的研制 |
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作者：关佳亮 郭东明 周曙光 袁哲俊 |
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摘要：根据ELID磨削的特点和要求，通过调整无机盐、添加剂等成分的比例，找出了ELID磨削中生成钝化膜性能与磨削液成分的关系，研制出新型的性能更好的ELID磨削液。
在ELID磨削中使用的磨削液既要具有普通磨削液的性能，同时又要作为砂轮在线电解修锐的电解液使用。本文在原有磨削液的基础上，通过调整化学成分，研制出一种新型磨削液。通过在普通磨床上进行的ELID磨削实验表明，该磨削液性能良好，且对环境污染小。
1 新型ELID磨削液的研制
ELID磨削液的性能包括如下几方面：
1) 作为磨削液，应具有冷却性、润滑性、渗透和清洗及防锈能力；
2) 作为电解液，应具有在砂轮表面适时地形成和维持适当厚度的非导体薄膜的能力，合理地控制电解速度，实现超微细粒度砂轮的良好修锐效果。
根据上述要求，以原有的HDMY-10型ELID磨削液做为参考，根据电化学理论，对HDMY-10型磨削液进行改进。
实验表明，HDMY-10型磨削液能够满足一定的ELID磨削应用场合，但它的在线电解作用过强，使砂轮结合剂产生较强的阳极溶解去除作用，降低了砂轮寿命，这主要是由于这种磨削液生成的钝化膜致密性不好，绝缘效果不佳造成的。
针对HDMY-10型磨削液的上述缺点，我们配制出新型的ELID磨削液HDMY-20型，并分别与HDMY-10型及普通型磨削液进行比较，如表所示。三种磨削液的主要成分与性能对比表
| 项目 | 磨削液
Ⅰ(普通) | 磨削液
Ⅱ(HDMY-10) | 磨削液
Ⅲ(HDMY-20) | |
主要
成分
(重量%) | 亚硝酸钠 | 6 | | | | 磷酸氢二钠 | 1.2 | 2.1～1.5 | 2.1～1.5 | | 硼砂 | 1.2 | 0.4～0.5 | 0.4～0.5 | | 丙三醇 | | 0.1 | 0.1 | | 弱碱盐 | | 0.2 | 0.4～0.6 | 其它添加剂
(3种) | | | 0.02～0.1 | 主
要
性
能 | 外观 | 无色透明 | 无色透明 | 淡橙绿
色透明 | | PH值 | 9 | 9.5 | 9.5 | | 防锈性 | 8h铸铁
无锈蚀 | 8h铸铁
无锈蚀 | 8h铸铁
无锈蚀 | | 润湿角q(°) | 59 | 24 | 23 | 冷却性(使工
件从300℃冷
却到100℃的
时间)(s) | 647 | 611 | 558 | | 润滑性 | 一般 | 较好 | 好 | 电流密度
(A/cm2)注 | 3.06 | 0.65 | .29 | 钝化膜
厚度(mm) | 无 | 0.05 | 0.14 | | 注：电解一定时间后的电流密度 |
表中我们用润湿角来评价磨削液的渗透和清洗能力，润湿角越小，磨削液的渗透和清洗作用越强。润湿角的测量采用简单易行的固滴法，即用微量进样器将已知体积(V)的一液滴置于固体表面，再用工具显微镜测出液滴最大截面直径(2r)，计算[V/(2r)3]值，以V对[V/(2r)3]作图外推至体积为零，求出[V/(2r)3]V→0的值，然后查润湿角与[V/(2r)3]V→0×102关系表，得到润湿角q值。
磨削液冷却性能是通过测量不同磨削液使同一试件从温度300℃降到100℃所花费的时间来评定的。
2 磨削液定性特性及影响因素的分析
磨削液的定性特性：冷却性、润滑性、渗透和清洗及防锈性，是直接影响磨削液磨削性能的重要因素。
从表中可见三种磨削液中Ⅱ、Ⅲ均具有较小的润湿角，因此它们的渗透、清洗能力较Ⅰ要强。其中新型磨削液Ⅲ最强，这是由于在Ⅲ中增加了表面活性剂和磷酸盐等成分，其作用是有效地减小水基溶液的润湿角，从而提高了磨削液的渗透和清洗能力。在冷却性方面，Ⅲ型的润湿角最小，所以它的冷却性最好。另外，无机盐对破坏工件表面的气膜很有效，故能提高磨削液的冷却性。新型磨削液Ⅲ中无机盐的成分和含量比前二种都多，因此Ⅲ的冷却性好。
在润滑方面，由于在Ⅲ型磨削液中添加了少量水溶性润滑添加剂，使磨削液的润滑性得到较大的提高。虽然润滑性的增加对润湿性和冷却性有一定的影响，但损失不大，加上磨削液Ⅲ的冷却性和润湿性本身就很好，所以没有明显变化。
在防锈方面，三种磨削液都能够保证铸铁8h无锈蚀，但Ⅲ的防锈能力最强，这是由于磨削液Ⅲ中的添加剂防锈能力较Ⅰ、Ⅱ中的强的缘故。
在环保方面，由于取消了对人体有害的亚硝酸钠等成分，使得磨削液Ⅱ、Ⅲ的毒性较Ⅰ大为减弱。加之磨削液Ⅲ中选用的弱碱盐的碱性比Ⅱ中的还要小，因此磨削液Ⅲ的毒性最小。
3 磨削液导电性的影响因素及分析
由于三种磨削液的成分不同，电解生成的非导体薄膜的导电性、致密性、厚度有所不同，造成磨削液的电流密度和电解修整特性的差异，如下所示。
不同磨削液电解电流变化特性曲线图
从图中可看到，开始电解时，三种磨削液的电流密度都较大，随着电解时间的增长，磨削液Ⅰ的电流密度不变，而磨削液Ⅱ、Ⅲ的电解电流明显变小。因此可以得出结论：ELID磨削液Ⅱ、Ⅲ比普通磨削液电解量少，HDMY-20比HDMY-10的电解量还要少。这主要是因为电解过程中，不同成分的磨削液，生成了不同性能的非导体薄膜。普通磨削液Ⅰ几乎无膜生成，因此电解电流很大，电解量最大：ELID磨削液Ⅲ形成的薄膜较Ⅱ的明显要厚，致密性好，对电解过程的抑制能力较强，因此电解量最小，可以节省砂轮的损耗。电解时电流密度的变化曲线是衡量ELID磨削所使用磨削液和砂轮性能的主要指标，要求开始时电流密度大，在电解过程中产生钝化膜使电解电流明显减小，这样既保证了砂轮的良好修锐，又节省了砂轮的损耗。
4 实际应用效果
采用上述新型磨削液Ⅲ，利用自行开发的ELID精密内孔镜面磨削装置对SiC陶瓷和高速钢齿轮滚刀的内孔进行精密加工实验，加工表面粗糙度可达到Ra0.19～0.023µm。
HDMY-20型ELID磨削液的磨削性能、电解修锐特性和防锈能力都优于HDMY-10型ELID磨削液：
在ELID磨削液中，碱性无机盐与铬酸盐和卤族离子的配比决定着ELID磨削液的电解修锐特性，按照一定的比例适当地调整它们之间的配比可以得到不同性能的ELID磨削液。
本文作者:大连理工大学 关佳亮 郭东明 周曙光 哈尔滨工业大学 袁哲俊(end)
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(1/18/2008) |
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