锆材泵阀产品: 母液循环泵、外循环泵、脱水塔进料泵、锆球阀、锆截止阀及锆旋塞阀,广泛应用于氯碱和醋酸行业。锆合金对多种酸(例如盐酸、硝酸、硫酸和醋酸)、碱和盐具有优良的抗蚀性,更为重要的是,锆合金在300~400℃的高温、高压水蒸气中具有良好的耐蚀性。
1. 锆合金的磨削特点(1)化学活性大,易氧化。
锆合金在空气中易形成氧化层,氧化表层的强度和硬度更高,因而单位面积承受的磨削力较大。
(2)锆合金粘性很大,磨削时容易堵塞砂轮。锆合金比我们熟知的难磨削材质钛合金粘性还要大。
(3)磨削力大,磨削温度高,容易引起烧伤缺陷。锆合金的导热率和比热都特别小,不到钛合金的0.5倍。钛的比热为29J/(kg·K),而锆的比热为0.50J/(kg·K)。切削热集中在砂轮和工件的摩擦部位上,升温很快,再加上锆合金粉末燃点低,极易烧伤工件,在磨削后的已加工表面产生微裂纹缺陷。
2. 锆合金磨削存在的问题(1)表面粗糙度质量不好。
因锆合金燃点低、比热小,表面易烧伤,以致烧伤积累,表面粗糙度达不到要求,有时有鱼鳞状缺陷。
(2)外圆面容易产生多棱形缺陷。因锆合金磨削时粘性大,极易使砂轮钝化,导致中心孔变形。
(3)轴类零件中心孔易烧伤变形。因锆合金燃点低,磨削力大,磨削若润滑不及时,则会导致中心孔烧伤、咬合拉伤及变形,形位公差超差。
(4)锆合金磨削表面容易发乌。因锆合金极易氧化,磨削后表面容易发乌,亮度不好。
针对锆合金磨削存在的问题,进行了研究、分析和试验,力求在实践应用中解决问题。
3. 针对烧伤问题的解决措施(1)多种砂轮磨料择优试验。① 单晶刚玉: 呈淡黄或白色,单颗粒球状晶体,强度和韧性均比棕刚玉、白刚玉高,具有良好的多棱多角切削刃,切削能力较强,适用于易变形、易烧伤工件和低表面粗糙度值磨削。②锆刚玉:呈灰褐色,具有较高韧性和耐磨性,是Al2O3和ZrO2复合氧化物,适用于耐热合金、钛合金等难磨材料的磨削。③绿碳化硅:呈绿色,具有较高硬度和脆性,导热性好,棱角锋利,自锐性能好。适用于粘附材质,以减少与工件的砂轮粘附。④立方氮化硼砂轮:特点是磨削力小,磨削温度低,磨削效率高,耐磨性好,磨削比(金属切除量/砂轮消耗量)约为普通砂轮的近百倍(磨耗小)。
(2)选择合适的砂轮粒度。
由于砂轮粒度粗一些的排热性好,适用于粘性材质,同时考虑到表面粗糙度要求,采用46#、60#砂轮粒度进行试验。
(3)采用陶瓷结合剂。其自锐性能好,会降低磨削表面粗糙度值,且耐热性好。
(4)砂轮组织号5~8,以中等疏松、疏松组织为宜,利于排热。
(5)根据锆合金材料特性,选取砂轮硬度为中软1(K硬度等级)。
(6)磨削液选用合成脂极压切削液,必须具有优良的润滑性、良好的冷却和可冲洗性。
选用3号高负荷磨削液,具体配方为: 硫化油酸30%、三乙醇胺 23.3%、非离子型表面活性剂16.7%、硼酸盐5%、水25%。
消泡剂(有机硅)另加,比例为2.5/1 000。
( 7 ) 磨削深度要小于0.01mm,以提高表面质量。
4. 针对外圆表面多棱形缺陷的解决措施( 1 ) 砂轮的平衡必须调整好, 做到砂轮不平衡量值<0.1g。
(2)磨之前,用硬质合金顶尖修磨粗加工中可能受损的中心孔。磨削中间根据需要增加几次中心孔修磨,确保中心孔接触良好。必须对修磨后的中心孔进行严格检测,以保证修磨到位。中心孔锥面的表面粗糙度要符合要求,工件转速不能过大。
(3)轴磨削时必须分粗、精磨,反复调头。磨削时,粗、精磨之间要有时间间隔,必要时去应力退火。
(4)砂轮磨钝后及时修磨。
5. 针对中心孔烧伤变形的解决措施(1)为了减少中心孔和顶尖的摩擦,必须在磨削过程中适时加润滑油润滑,以防咬合拉伤引起中心孔烧伤变形。
(2)磨削过程中发现中心孔烧伤变形时,必须及时修磨中心孔至合格后,方可进行下道工序。
(3)粗磨后,对特殊长轴增加一道去应力退火工序,减小磨削力。
6. 砂轮试验情况(1)树脂砂轮:磨削时发热大,有塑料燃烧的味道,有白烟,试验工件表面烧伤较严重,表面发黑,螺旋线烧伤。
(2)单晶刚玉砂轮:磨削时发热大,试验工件表面质量好,但烧伤比树脂砂轮严重,螺旋线烧伤。工件转速高时比转速低时烧伤程度轻一些,但烧伤问题还是没有解决。磨削过程需要多次修砂轮。
(3)白刚玉砂轮:磨削时有发热,试验工件表面有可见轻微点烧伤。砂轮极易磨钝,磨削过程需要多次修砂轮。
(4)立方氮化硼砂轮:磨削工件时有发热,磨削表面质量不好,砂轮和锆合金软硬度不相适应,存在粘结烧伤,表面粗糙度值Ra=3.2μm。同时因为立方氮化硼砂轮硬度高,易在磨削表面产生残余拉应力,且成本高(价格为普通砂轮的10倍)。
( 5 ) 绿碳化硅砂轮: 磨削时工件表面质量尚可, 在工件转速低于6.5m/s时有轻微鱼鳞面缺陷, 在控制好工件和砂轮转速后, 表面粗糙度值可达Ra=0.8μm。
综上所述,磨削锆合金的砂轮最适合、最经济的是绿碳化硅砂轮。
7. 试验最终确定的磨削工艺参数在确定采用绿碳化硅砂轮磨削后,对磨削参数进行了多次配对试验,最终确定结果如附表所示。
8. 结语此次试验成功解决了锆合金磨削中遇到的几大难题。特别强调的是在磨削轴类零件时,为防止中心孔咬合变形烧伤,要及时加黄油润滑;发现中心孔有烧伤变形时,要及时修磨中心孔;磨削细长轴时,在粗磨后,必要时应增加去应力退火工序。
磨削试验成果很快在公司的锆产品中推广应用,产生了很大的经济效益。该磨削试验的成功,对新产品研发具有较强的指导意义,也形成了研究、试验和实践的良好循环体系,为以后此类问题的解决提供了借鉴。