發布日期：2022-04-27 點擊率：56
摘要：根據ELID磨削的特點和要求，通過調整無機鹽、添加劑等成分的比例，找出了ELID磨削中生成鈍化膜性能與磨削液成分的關系，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，同時又要作為砂輪在線電解修銳的電解液使用。本文在原有磨削液的基礎上，通過調整化學成分，研制出一種新型磨削液。通過在普通磨床上進行的ELID磨削實驗表明，該磨削液性能良好，且對環境污染小。
1 新型ELID磨削液的研制
ELID磨削液的性能包括如下幾方面：
1) 作為磨削液，應具有冷卻性、潤滑性、滲透和清洗及防銹能力；
2) 作為電解液，應具有在砂輪表面適時地形成和維持適當厚度的非導體薄膜的能力，合理地控制電解速度，實現超微細粒度砂輪的良好修銳效果。
根據上述要求，以原有的HDMY-10型ELID磨削液做為參考，根據電化學理論，對HDMY-10型磨削液進行改進。
實驗表明，HDMY-10型磨削液能夠滿足一定的ELID磨削應用場合，但它的在線電解作用過強，使砂輪結合劑產生較強的陽極溶解去除作用，降低了砂輪壽命，這主要是由于這種磨削液生成的鈍化膜致密性不好，絕緣效果不佳造成的。
針對HDMY-10型磨削液的上述缺點，我們配制出新型的ELID磨削液HDMY-20型，并分別與HDMY-10型及普通型磨削液進行比較，如表所示。
三種磨削液的主要成分與性能對比表
| 項目 | 磨削液 Ⅰ(普通) | 磨削液 Ⅱ(HDMY-10) | 磨削液 Ⅲ(HDMY-20) | |
| 主要 成分 (重量%) | 亞硝酸鈉 | 6 | ||
| 磷酸氫二鈉 | 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 | ||
| 弱堿鹽 | 0.2 | 0.4～0.6 | ||
| 其它添加劑 (3種) | 0.02～0.1 | |||
| 主 要 性 能 | 外觀 | 無色透明 | 無色透明 | 淡橙綠 色透明 |
| PH值 | 9 | 9.5 | 9.5 | |
| 防銹性 | 8h鑄鐵 無銹蝕 | 8h鑄鐵 無銹蝕 | 8h鑄鐵 無銹蝕 | |
| 潤濕角q(°) | 59 | 24 | 23 | |
| 冷卻性(使工 件從300℃冷 卻到100℃的 時間)(s) | 647 | 611 | 558 | |
| 潤滑性 | 一般 | 較好 | 好 | |
| 電流密度 (A/cm2)注 | 3.06 | 0.65 | .29 | |
| 鈍化膜 厚度(mm) | 無 | 0.05 | 0.14 | |
| 注：電解一定時間后的電流密度 | ||||
表中我們用潤濕角來評價磨削液的滲透和清洗能力，潤濕角越小，磨削液的滲透和清洗作用越強。潤濕角的測量采用簡單易行的固滴法，即用微量進樣器將已知體積(V)的一液滴置于固體表面，再用工具顯微鏡測出液滴最大截面直徑(2r)，計算[V/(2r)3]值，以V對[V/(2r)3]作圖外推至體積為零，求出[V/(2r)3]V→0的值，然后查潤濕角與[V/(2r)3]V→0×102關系表，得到潤濕角q值。
磨削液冷卻性能是通過測量不同磨削液使同一試件從溫度300℃降到100℃所花費的時間來評定的。
2 磨削液定性特性及影響因素的分析
磨削液的定性特性：冷卻性、潤滑性、滲透和清洗及防銹性，是直接影響磨削液磨削性能的重要因素。
從表中可見三種磨削液中Ⅱ、Ⅲ均具有較小的潤濕角，因此它們的滲透、清洗能力較Ⅰ要強。其中新型磨削液Ⅲ最強，這是由于在Ⅲ中增加了表面活性劑和磷酸鹽等成分，其作用是有效地減小水基溶液的潤濕角，從而提高了磨削液的滲透和清洗能力。在冷卻性方面，Ⅲ型的潤濕角最小，所以它的冷卻性最好。另外，無機鹽對破壞工件表面的氣膜很有效，故能提高磨削液的冷卻性。新型磨削液Ⅲ中無機鹽的成分和含量比前二種都多，因此Ⅲ的冷卻性好。
在潤滑方面，由于在Ⅲ型磨削液中添加了少量水溶性潤滑添加劑，使磨削液的潤滑性得到較大的提高。雖然潤滑性的增加對潤濕性和冷卻性有一定的影響，但損失不大，加上磨削液Ⅲ的冷卻性和潤濕性本身就很好，所以沒有明顯變化。
在防銹方面，三種磨削液都能夠保證鑄鐵8h無銹蝕，但Ⅲ的防銹能力最強，這是由于磨削液Ⅲ中的添加劑防銹能力較Ⅰ、Ⅱ中的強的緣故。
在環保方面，由于取消了對人體有害的亞硝酸鈉等成分，使得磨削液Ⅱ、Ⅲ的毒性較Ⅰ大為減弱。加之磨削液Ⅲ中選用的弱堿鹽的堿性比Ⅱ中的還要小，因此磨削液Ⅲ的毒性最小。
3 磨削液導電性的影響因素及分析
由于三種磨削液的成分不同，電解生成的非導體薄膜的導電性、致密性、厚度有所不同，造成磨削液的電流密度和電解修整特性的差異，如下所示。
不同磨削液電解電流變化特性曲線圖
從圖中可看到，開始電解時，三種磨削液的電流密度都較大，隨著電解時間的增長，磨削液Ⅰ的電流密度不變，而磨削液Ⅱ、Ⅲ的電解電流明顯變小。因此可以得出結論：ELID磨削液Ⅱ、Ⅲ比普通磨削液電解量少，HDMY-20比HDMY-10的電解量還要少。這主要是因為電解過程中，不同成分的磨削液，生成了不同性能的非導體薄膜。普通磨削液Ⅰ幾乎無膜生成，因此電解電流很大，電解量最大：ELID磨削液Ⅲ形成的薄膜較Ⅱ的明顯要厚，致密性好，對電解過程的抑制能力較強，因此電解量最小，可以節省砂輪的損耗。電解時電流密度的變化曲線是衡量ELID磨削所使用磨削液和砂輪性能的主要指標，要求開始時電流密度大，在電解過程中產生鈍化膜使電解電流明顯減小，這樣既保證了砂輪的良好修銳，又節省了砂輪的損耗。
4 實際應用效果
采用上述新型磨削液Ⅲ，利用自行開發的ELID精密內孔鏡面磨削裝置對SiC陶瓷和高速鋼齒輪滾刀的內孔進行精密加工實驗，加工表面粗糙度可達到Ra0.19～0.023μm。
HDMY-20型ELID磨削液的磨削性能、電解修銳特性和防銹能力都優于HDMY-10型ELID磨削液：
在ELID磨削液中，堿性無機鹽與鉻酸鹽和鹵族離子的配比決定著ELID磨削液的電解修銳特性，按照一定的比例適當地調整它們之間的配比可以得到不同性能的ELID磨削液。
本文作者:大連理工大學 關佳亮 郭東明 周曙光 哈爾濱工業大學 袁哲俊
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