TC4钛合金高速深磨研究.pdf

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1、精密制造与自动化2012年第1期。。◇。◇。◇。◇。◇。◇。《;试验与研究;oo,0-。《>。·∈>。。<>o<≥.o∈》o—争o<>oTC4钛合金高速深磨研究郭力李波(1.湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心长沙410082;2.湖南大学电气与信息工程学院长沙410082)摘要针对钛合金磨削加工困难的特点,系统开展了TC4钛合金高效深磨工艺试验,通过对单位面积磨削力F随最大未变形切屑厚度h和当量磨削层厚度。q的变化情况和特征的分析,探讨了其材料去除方式的变化,研究了TC4钛合金高效深磨过程中消耗的磨削功率。通过寻求适合钛合金高效深磨的工艺及方法,为实现钛合金

2、高效精密磨削提供了一条有效途径,为提高钛合金的加工质量和效率打下坚实的理论基础。关键词钛合金高效深磨磨削力比磨削能机制钛合金、高温合金、不锈钢等粘性材料,能承进行了大量的研究工作。我国西北工业大学在钛合受复杂应力以及耐腐蚀等优良的性能,在航空航金磨削的砂轮选取、磨削液配比等方面进行了大量天、汽车、工具、模具等领域的应用日益广泛。然而,的试验研究,将陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮(简称这些难加工材料在磨削加工中由于磨削力大,磨削CBN)、高效钛合金磨削液应用于钛合金的磨温度高,磨削比很低,易堵塞和粘附砂轮,造成加削,5J,南京航空大学利用固体润滑剂涂层技术对工表面层形

3、成较大的残余拉应力,表面粗糙度钛合金的磨削进行了研究;东北工学院开展了砂带差,砂轮寿命低,极易产生磨削烧伤和表面/亚表面磨削钛合金的试验研究;哈尔滨工业大学将低温加裂纹,直接影响零件加工精度、表面完整性、加工工技术与ELID磨削技术相结合,开发了钛合金低温效率、甚至影响产品的使用性能和寿命,因而制约ELID磨削装置;南京航空大学采用CBN砂轮对钛了这些材料在工业界的大批量应用。据统计:这些合金进行了缓进给磨削的初步试验研究。上述方法,难加工材料在磨削加工时,砂轮的损耗占了磨削总存在各自的缺陷,并不能完全解决钛合金磨削过程成本的40%~70%,磨削成本是9,DH

4、~成本的40~中出现的种种问题。90,磨削比G为30~50,而普通钢的G在60~200。近年来,随着高效深磨技术的发展与完善,为钛及其合金以其强度高、优异的抗腐蚀性实现钛合金高效精密磨削提供了一条有效途径。高能、无磁性、耐热性能好和疲劳强度高等特的砂轮速度可以在不降低材料去除效率的前提下减性,在航空、航天、航海、国防、石油、化工等行小单颗磨粒的切屑厚度,减少切屑截面积,有效磨业获得了』一泛的应用l】0J。然而,优异的材料性能只粒的磨削力随之降低,砂轮损耗速度下降,提高了有在将材料加工成一定形状、尺寸和精度的产品后砂轮耐用度。相应地,如果保持单颗磨粒的切屑厚才能

5、得到充分体现。钛合金是一种典型的难加工材度不变,提高砂轮线速度就意味着可以再提高工作料,在机械加工特别是磨削加工时,钛合金磨屑易台速度,从而提高加工效率;同时,由于工作台速粘附和堵塞砂轮,引起磨削力的增大和磨削温度的度的提高,砂轮与磨削区迅速脱离,磨削热主要传急剧升高,砂轮损耗加大;同时由于磨削温度很散到切屑和磨削液中,从而降低了工件表面温度,可高,钛合金磨削表面易与空气中的氧、氮、氢等元以减少磨削烧伤,提高工件表面质量。素发生化学反应,从而使表面硬化层加厚、残余应力通过系统地开展钛合金材料高效深磨工艺试验,采增加,严重降低了钛合金磨削表面的质量lj,4l。集

6、了TC4钛合金在金刚石砂轮及CBN砂轮高效深磨针对钛合金材料的难加工性,国内外专家学者条件下的磨削力,对单位面积磨削力F梭照最大未14郭力等TC4钛合金高速深磨研究变形切屑厚度h和当量磨削层厚度a。的变化情砂轮进行实时动平衡;不平衡量<0.1gm;工作台况和特征进行了分析,并在此基础上进一步分析了驱动电机功率5kW;冷却系统压力范围为0~25MPa,磨削力比Ⅳ和比磨削能e随相应参数的变化情况及磨削过程采用水基冷却液,供液压力为8MPa。试验台其特征。希望寻求适合钛合金高效深磨的工艺及方如图2所示。法,以降低钛合金磨削的砂轮损耗和加工成本,提高钛合金加工质量和效

7、率,实现钛合金材料的大规模应用。1钛合金高效深磨工艺试验1.1试验材料及试样选择试验选用TC4钛合金材料,该材料具有良好的力学性能和工艺性能(包括热变形性、焊接图2314m/s超高速平面磨削实验台性、切削加工性和抗蚀性),可加工成棒材、型材、板材、锻件、模锻件等半成品供应。在航空工1.2.2砂轮选用业中多用于制造压气机叶片、盘以及某些紧固件试验采用超高速树脂结合剂金刚石砂轮和陶等。当合金中的氧、氮控制到低含量时,还能在低瓷结合剂CBN砂轮,其参数见表2。参照表3所列温(一196℃)保持良好的塑性,可用于制作低温高参数对砂轮进行修整,直至砂轮外圆跳动不大于5gm

8、,压容器。其材料性能见表1。然后采用氧

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