現(xiàn)代磨削加工的砂輪線速度已由20-25m/s提高到100m/s或更高，深切緩進(jìn)的磨削加工實(shí)現(xiàn)了“以磨代車”的歷史性轉(zhuǎn)變。在如此苛刻的工況條件下，乳化液作為潤(rùn)滑冷卻介質(zhì)已不能適應(yīng)。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的化學(xué)合成型磨削液對(duì)高速磨削較為適應(yīng)，但是就磨削液的摩擦性能和磨削工藝效果之間的相互關(guān)系尚缺乏研究，在這方面進(jìn)行探討，對(duì)磨削液乃至磨削工藝的發(fā)展會(huì)有俾益。

本文選擇了一些國(guó)內(nèi)外磨削液，通過(guò)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和磨削比試驗(yàn)，測(cè)試考察了磨削液的µ、PB、PD等參數(shù)和磨削工藝效果(磨削力、磨削效率、磨削比、磨削表面粗糙度等)的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上研制出了摩擦學(xué)性能較為理想的SP202磨削液。

SP202合成磨削液及其特點(diǎn)

SP202合成磨削液(以下簡(jiǎn)稱SP202)中采用了Mo-B和B-N化合物為主體的添加劑，這類化合物據(jù)認(rèn)為是無(wú)毒的或低毒性物質(zhì)。采用的表面活性劑是屬于容易生物降解的品種，排放后不會(huì)造成滯留性環(huán)境污染。體系穩(wěn)定，能夠在使用過(guò)程中始終保持透明狀態(tài)。能持久維持良好的滲透和清洗能力，而且沒(méi)有發(fā)霉變質(zhì)的弊病。SP202的主要成分配比如下：

表面活性劑，屬聚醚、多元醇類，用量按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)w%計(jì)(以下均相同)為6%；
油性劑，屬脂肪酸酯類，用量為4%；
防銹劑屬鉬-硼復(fù)合劑，用量為8%；
有色金屬緩蝕劑為苯三唑，用量為0.1%；
極壓劑為硼-氮化合物，用量為10%；
偶聯(lián)劑屬多元醇類，用量1%；
絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸鹽，用量為0.5%
消泡劑屬于分散劑、硅油類，用量為0.2%；
其余成分為去離子水。

按照GB/T6144-85規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)，SP202磨削液各項(xiàng)目均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的要求。5%稀釋液PB為431.2N。GB/T6144-85標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定II類合成切削液的稀釋液PB≥392N，III類、IV類的PB≥686N，摩擦系數(shù)µ和PD值均未作規(guī)定。但我們?cè)跍y(cè)試一些進(jìn)口樣品中發(fā)現(xiàn)，一些商品磨削液的PB值低于392N和686N；但幾乎全都有較低的µ和較高的PD值(見(jiàn)表1)。據(jù)此認(rèn)為：研究µ、PB、PD這些數(shù)值對(duì)磨削工藝效果的影響無(wú)疑是有一定意義的。


國(guó)產(chǎn)乳化液和幾種進(jìn)口樣品的µ、PB、PD值

磨削液的PB、PD值與使用效果評(píng)定

為了評(píng)定磨削液的PB、PD值對(duì)磨削力、磨削效率、磨削加工表面質(zhì)量的影響，我們調(diào)整了磨削液中油性劑、極壓劑的含量和配比，制備出不同PB、PD值的試液，在專用試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行磨削力、砂輪最大堵塞值、磨削效率及加工粗糙度的考察；通過(guò)磨床加工零件的實(shí)地檢測(cè)，確認(rèn)了PB、PD值與磨削工藝效果的關(guān)系。最后將較好的配方與國(guó)外同型樣品作了攻絲扭矩的試驗(yàn)對(duì)比，以考查比較其技術(shù)水平。

專用臺(tái)架試驗(yàn)

供試溶液為1#和2#溶液，各自的參數(shù)見(jiàn)表2，試液配比濃度均為5%。試驗(yàn)測(cè)定參數(shù)為:
磨削力(法向磨削力Fn和切向磨削力Ft)；
砂輪最大堵塞值(µA)；
磨削效率用每修整1次砂輪后可磨削加工的工件數(shù)作為磨削效率指標(biāo)(件/次)；
磨削加工后的表面粗糙度Ra(µm)，用砂輪修整前最后1件磨削加工件測(cè)得的表面粗糙度值和砂輪修整后的第1件磨削加工件測(cè)得的表面粗糙度值作為指標(biāo)值。

1#試液由于PB值較高，形成的潤(rùn)滑膜較為牢固，磨削時(shí)因?yàn)橐瑫r(shí)撕破這種膜，就要消耗更多的功；而在極壓狀態(tài)，由于PD值較低、沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)或物理沉積形成低剪切膜的條件，表現(xiàn)為磨削力較高和起伏波動(dòng)較大，作為這種起伏變化的后果，磨削加工面的粗糙度也相應(yīng)較高。與此同時(shí)，砂輪也會(huì)受到較大反作用力的沖擊，易于形成粘附磨損和擴(kuò)散性磨損，使砂輪空隙堵塞變鈍。

2#試驗(yàn)液PB值較低，工件上形成的潤(rùn)滑膜易在磨削時(shí)去除；它的PD值較高，在極壓狀態(tài)能在被加工面不斷形成易于磨削的低剪切膜，磨削力較小且波動(dòng)較為平穩(wěn)，基于同樣的理由，砂輪受損較小，能保持鋒利并可獲得較好的磨削質(zhì)量。

試驗(yàn)?zāi)ハ髁τ涗浨€。

1#(5%)磨削力曲線


2#(5%)磨削力曲線

磨削比的試驗(yàn)檢測(cè)

在磨削加工中通常用磨削比G來(lái)表征砂輪的耐用度，而當(dāng)砂輪、被加工材料和其他機(jī)械加工條件相同時(shí)，G就可以用來(lái)作為磨削液質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。這里，G=Vm/Vs。式中：Vm為每磨削工件100件的金屬磨除量，mm³；Vs為每磨削工件100件的砂輪磨損量，mm³。

為了尋求最佳的磨削比G效果，重新調(diào)整了配方中的油性劑、極壓劑的用量和配比，獲得了不同PB、PD值的試液，在磨床上進(jìn)行實(shí)際磨削加工和測(cè)試。試驗(yàn)條件為：

機(jī)床為M8810外溝磨床；
砂輪規(guī)格為GB180R×；6，材質(zhì)是橡膠砂輪
砂輪圓周速度Vs=24，000r/min；
試件為軸承外套，材質(zhì)GCr15鋼，尺寸203/01；
試件轉(zhuǎn)速:NW=840r/min。

用千分表分別測(cè)量磨削加工前后的工件尺寸和砂輪尺寸，計(jì)量出Vm和Vs。每次加工、測(cè)量100件，重復(fù)進(jìn)行3次，取3次的平均值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。可見(jiàn)，磨削比G隨PD/PB的比值增大而提高。在試驗(yàn)的設(shè)定范圍內(nèi)幾乎呈直線關(guān)系。

PD/PB比值對(duì)磨削比G影響的試驗(yàn)曲線

高的PD值和適當(dāng)?shù)腜B值可減少砂輪磨損，提高磨削效率，其結(jié)果和臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)果相吻合。

攻絲扭矩試驗(yàn)

基于上述專用臺(tái)架試驗(yàn)和磨削比試驗(yàn)，為了和國(guó)外同型產(chǎn)品(美國(guó)產(chǎn)合成液，為我國(guó)引進(jìn)設(shè)備中比較廣泛采用的一個(gè)品種)進(jìn)行比較，制備了A、B型2種SP202合成磨削液，在上海大學(xué)研制的快速攻絲扭矩試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了攻絲扭矩的測(cè)定。

攻絲扭矩試驗(yàn)條件為:10mm標(biāo)準(zhǔn)絲錐，攻絲材料CrMo45鋼，攻絲轉(zhuǎn)速200r/min，試液濃度5%。試液參數(shù)和攻絲試驗(yàn)測(cè)定。

試液參數(shù)和攻絲扭矩試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

攻絲扭矩試驗(yàn)

中，試液A與進(jìn)口樣品比較，PB、PD值相當(dāng)，而攻絲扭矩測(cè)試結(jié)果僅降低了8.16%，其差異可能是由于滲透、清洗能力不同所致。試液B由于PD/PB值比進(jìn)口試樣高，而攻絲扭矩測(cè)定結(jié)果比較，降低了22.75%。這就為SP202磨削液替代進(jìn)口產(chǎn)品提供了技術(shù)依據(jù)。

從上述3種試驗(yàn)的結(jié)果可知，得到的結(jié)論是一致的，即在一定條件下，磨削液的PD/PB值是決定磨削工藝效果的重要參數(shù)之一。而僅依靠PB值來(lái)判斷磨削液摩擦特性的作法顯然是不完善的。

磨削液的生產(chǎn)驗(yàn)證

SP202磨削液已在十多家單位生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)年，根據(jù)各單位的使用試驗(yàn)報(bào)告，和過(guò)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%，砂輪損耗降低26%-75%，改善加工表面粗糙度1-2小級(jí)；而且由于其不含油劑和有害成分，
無(wú)臭、無(wú)刺激性，有利于環(huán)境保護(hù)，對(duì)操作者健康無(wú)害，受到了普遍歡迎。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)專用臺(tái)架試驗(yàn)和磨削比試驗(yàn)，確認(rèn)僅用PB值來(lái)表達(dá)磨削液的摩擦特性是不完善的；在一定條件下PD/PB比值和磨削液的磨削比G呈線性關(guān)系，應(yīng)作為判斷磨削液性能的主要參數(shù)之一。據(jù)此研制出的SP202磨削液在生產(chǎn)使用中顯示了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。