TC4钛合金高效磨削加工用环形热管砂轮的研制

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252013V01．34No．71740．1747ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．caTC4钛合金高效磨削加工用环形热管砂轮的研制赫青山，傅玉灿*，徐鸿钧，马可，陈琛南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016摘要：针对航空航天高强韧性难加工材料TC4钛合金在磨削加工中存在磨削温度高而导致工件表面烧伤的问题，提出利用热管换热技术冷却磨削弧

2、区的新方法。分析了环形热管砂轮在加工中对磨削弧区的强化换热原理，并设计制作出能够用于磨削加工的环形热管砂轮，同时实现了对砂轮基体内环形管腔的密封、抽真空、精确注液与机械式真空封El。最后，在相同磨削工艺条件下，使用环形热管砂轮和无热管砂轮进行TC4钛合金缓进给深切磨削对比试验，验证了环形热管砂轮对磨削弧区温度的控制效果。试验结果表明：设计制作的环形热管砂轮在TC4钛合金高效磨削过程中可以有效降低磨削温度，避免工件表面出现烧伤。关键词：钛合金；高效磨削；磨削烧伤；环形热管砂轮；磨削温度中图分类号：V261．2+5

3、；TG580文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)07—1740—08目前，钛合金材料已在航空航天等领域Et益广泛使用[1]，然而在磨削加工过程中，由于钛合金材料导热性差，在磨削加工中极易出现弧区热量积聚，以至引起工件表面烧伤，同时还存在加工效率低，砂轮磨损快等问题。作为基本对策，在材料磨削烧伤机理与控制方面，国内外研究学者已取得一些研究成果[2。5]，并在此基础上开发了众多磨削冷却技术与方法，其主要思路都是尽可能多地将冷却液送入磨削弧区进行换热[6曲]。但事实上，在磨削过程中一旦弧区热流密度值

4、超过冷却液发生成膜沸腾的临界条件，由于工件表面形成汽膜层的阻挡，冷却液将很难真正起到换热作用。因此，探索新的高速疏导磨削弧区热量方法以实现进一步降低磨削温度，一直是磨削加工研究领域的热点，这也是有效解决航空难加工材料磨削加工现存问题的关键。热管是一种具有极高传热能力的元件，并已在工业各领域得到广泛应用，正是基于热管的这一特性，20世纪90年代中期，美国Judd等口03首次提出将热管安装在车刀刀柄靠近刀片的位置，并对车削过程中切削温度进行测量，结果表明利用热管的传热作用可以降低切削温度，减小刀具磨损，延长刀具寿命

5、。随后，国外又将热管技术应用在钻削加工中，并有效解决了深孔加工中由于散热条件差而导致钻头寿命短以及加工质量差的问题[1卜”]。在磨削加工方面，国内学者率先提出将热管置于砂轮基体中，通过借助热管强大的传热能力实现对磨削弧区热量的疏导，以进一步降低磨削温度的新途径。经南京航空航天大学相关学者口3。14]开展的前期研究工作，已证实将热管技术应用于磨削加工中的可行性以及对磨削温度的控制作用。收稿日期：2012—09·06；退修日期：2012—10—07；录用日期：2012—10-29；网络出版时间：2012-11．27

6、10：05网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．2012l127．1005．004．htmI基金项目：国家自然科学基金(51175254)；国家“973”计划(2009CB724403)；江苏省普通高校研究生科研创新计划(CXLXll—0174)*通讯作者．Tel．：025-84895857E-mail：yucanfu@nuaa．edu．CR确甩格武

7、HeQS，FuYC．XuHJ．etal．Developmentofannularheatpipegrindingwh

8、eelforhighefficiencymachiningofTC4titaniuma1．Ioy．ActaAeronauticaetAstronauticaS&ica。2013，34(7)：1740—1747．赫青山．傅玉烛．徐鸿钧，等．TC4钛合金高效窘割加I用环形热管砂轮的研钢．航空学报，2013，34(7)：1740-1747赫青山等：TC4钛合金高效磨削加工用环形热管砂轮的研制本文尝试设计制作一种能够用于TC4钛合金高效磨削加工的环形热管砂轮，通过进行TC4钛合金磨削试验，研究环形热管砂轮对磨削弧区的强

9、化换热效果，这种新的方法对进一步提高TC4钛合金的磨削加工效率以及防止工件表面烧伤有着十分重要的意义。1环形热管砂轮工作原理在种类繁多的热管元件中，旋转热管是一种工作时自身处于旋转状态的热管，其结构相对简单并具有很强的传热能力[15】，根据热管轴线与其旋转轴的相对位置，可分为径向旋转热管和轴向旋转热管两种。以径向旋转热管为例，该型热管内腔一般为圆柱形或圆锥形，其传热过程都是利用自身内部