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关于钛合金磨削烧伤的防预

发布日期:2018-09-30  浏览次数:89
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  摘 要:文章主要对钛合金零件在磨削烧伤问题上进行研究和试验,并总结出抑制磨削烧伤的参数,砂轮,冷却液等影响因素,防止合金磨削烧伤的发生。
  关键词: 钛合金零件;磨削烧伤;砂轮;冷却液
  1 概述
  钛合金磨削的研究在国外已有数十年的历史,在钛合金磨削机理上和钛合金磨削的性能上都有深入的研究,形成了适用的规范和标准,其对机床、砂轮、冷却液、加工方式、磨削工艺参数的选择上都有明确的规定。目前,在国外已经是非常成熟的技术,在航空领域得到了广泛的应用,产品精度大幅度提高,使得航空航天制造技术领先于我国数十年。
  通过开展钛合金磨削试验,对钛合金磨削进行深入的研究,摸索出抑制磨削烧伤和磨削裂纹的磨削参数。
  2 影响钛合金磨削烧伤的因素
  2.1 钛合金材料特点
  (1)比强度高;
  (2)耐热性好;
  (3)抗蚀性好;
  (4)热导率小;
  (5)弹性模量小。
  钛合金的材料特点引起的磨削加工特点:
  (1)磨削力大、磨削温度高;
  (2)磨削过程中变形复杂;
  (3)砂轮粘附严重,粘附物脱落可导致砂轮磨粒破碎与脱落。
  2.2 磨削原理
  磨削区域的放热现象是造成烧伤的主要原因,放热结果使工件表层的金相组织发生变化,大大改变了它的机械性能和使用性能。
  2.3 机床
  为了保证零件尺寸精度和各项加工参数的稳定性,并能够实现轮廓磨削、振动磨削等功能。机床具有振动磨削功能,操作面板,便携式操作单元,可设定修整工具速度,同时具有校正整个工件,修整特殊砂轮形状的功能。
  2.4 砂轮
  根据钛合金磨削用砂轮的材料、粒度、硬度选择的一般原则,确定了适合钛合金磨削的砂轮牌号。砂轮结构较疏松,有一定气孔,磨削钛合金时,效率较高,磨削温度较低,砂轮不堵塞;砂轮修整时选用金刚石修整滚轮来完成。砂轮硬度为中等偏软,磨料的粒度为60-120。
  砂轮牌号:
  圣戈班磨料磨具公司生产的诺顿GC60-J10 V02P 35M/S
  砂轮粒度:60
  磨粒材料:碳化硅(GC)
  砂轮硬度:软(J)
  砂轮结构:疏松的(10)
  砂轮结合剂:陶瓷结合剂(V02)
  砂轮可用最小直径:350mm
  磨削圆弧端齿的砂轮的形状如图1所示,是杯形砂轮,砂轮的长度为H
  2.5 冷却液
  根据冷却液成分的选择原则并结合机床厂家推荐我们选用了国际常用的嘉实多半合成切削液作为钛合金磨削加工用冷却液,并且保证浇注冷却液时喷嘴的方向可以直接浇注到零件与砂轮的接触表面上,同时采用最大流量,从而达到冷却充分的目的。磨削液不仅有好的冷却性能,并且其润滑性能抑制砂轮与钛合金的粘附,降低磨削温度。磨削液不含对钛合金有污染的氯化物或硫化物。磨削钛合金时,磨削液的流量不小于15~20ml/min。
  嘉实多半合成切削液HYSOL X相关资料:是一种高科技、多用途、生物稳定型的溶剂半合成切削液,有良好的润滑和极压特征,该产品使用范围极广,对黑色金属和有色金属的多种加工有极佳的表现。水质适应性强,但其低泡沫特性在软水中的表现更突出。可以广泛应用于航空产业。该产品不含氯。
  (1)冷却液的应用:适用于在采用最新技术的高速加工中心和柔性加工系统上加工多种不同的金属。在加工钢、钛合金、铸铁甚至各种难加工金属例如不锈钢、硅铝钢。
  (2)冷却液的作用:该产品设计用于绝大多数的金属加工,对于大型的中心冷却系统和小型的冷却装置同样适用。适用于铣、钻、镗、铰、拉削和低进给磨削。
  (3)冷却液的优点:a.加工光度好并可以延长刀具寿命,即使是很难加工的材料。b.适用材料和加工方法广。c.即使在高于70巴的极压下产生泡沫仍很少。d.不腐蚀和污染铝。e.水质适应性强,使用寿命长。f.良好的润滑特性可减少润滑液残留并保证机床和零件清洁。g.操作者和环境没有沾染游离氯、亚硝酸盐和苯酚的危险。h.不会破坏通常打在零件上的油漆印和其他标记。
  2.6 磨削参数
  根据设备机床说明书及查阅国外相关标准,确定砂轮转速35m/s,工件转速100r/min。因钛合金材料容易粘附在砂轮上,不易散热,为保证砂轮的透气性,在半精磨和精磨之前各进行一次砂轮修整。固化了影响磨削烧伤的基础因素的机床、砂轮、冷却液、磨削参数后将重点优化砂轮与工件之间的接触面积、磨削深度及进给量。
  3 钛合金磨削烧伤酸蚀检查
  3.1 设备
  (1)酸浸蚀检查用的酸、碱、水槽应有足够的容积,以保证零件可自由移动和完全浸没。
  (2)容器材料与容器中的溶液不得发生反应,也不得损伤被检查的零件。制作容器的材料使用聚氯乙烯或奥氏体不锈钢。
  (3)所有容器均应贴上所盛溶液的标签,并在不使用时用盖子盖好。
  (4)酸浸蚀工作场地应有良好的通风换气装置。
  3.2 试剂
  硝酸、氢氟酸、酒精、去离子水
  3.3 酸蚀程序
  (1)酸蚀前检查。酸蚀检查前零件表面应无可能影响检查结果的碰伤、划伤、锈斑等。
  (2)除油。将零件浸入汽油中洗涤,必要时可用尼龙刷蘸汽油刷洗,至除油彻底为止。
  (3)清洗。用酒精对除油后的零件清洗2分钟。保证零件得到湿润、无污斑、光泽均匀、清洁的表面。
  (4)浸蚀。将清洗好的零件浸入配制好的酸蚀溶液中,晃动零件。在室温下停留时间约90s,然后进行宏观检查。如果宏观检查发现腐蚀不充分,则在原有溶液中再腐蚀30秒。
  (5)漂洗。在室温下整体浸入流动水中,漂净3分钟。
  (6)吹干。用清洁、干燥的压缩空气吹干零件。
  3.4 检查
  3.4.1 检查方法
  使用 Olympus SZX16型实体显微镜在放大倍数10X~30X下检查零件所有的待检测表面。
  3.4.2 验收判据
  典型的磨削烧伤判定照片如图3-图5。
  4 结束语
  通过对钛合金磨削零件磨削中相关因素的分析及在实际加工中的模数,总结出适合防止磨削烧伤的加工参数,冷却液,砂轮,机床相关参数等。
  参考文献
  [1]齿轮手册[M].机械工业出版社.

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