编号
砂轮线 工作台进 速度 vs 给速度 vw ( m/ s) ( m/ min)
磨削深度 ap
( mm)
单位砂轮宽 度磨除率 Zw ( mm3/ ( mm ·s) )
2- 1
60 ,90 , 120 ,150
2
0. 1
3. 33
2 - 2 150
1 ,2 , 3 ,4 ,6
0. 2
3. 33 ,6. 67 , 10. 00 ,13. 33 ,20. 00
针对钛合金材料的难加工性 ,国内外专家学 者进行了大量的研究工作[327] , 取得了一定的成 绩 ,但这些方法都存在各自的缺陷 ,并不能完全解 决钛合金磨削过程中出现的种种问题 。
近年来 ,高效深磨技术的发展与完善 ,为实现 钛合金高效精密磨削提供了一条有效途径 。高的 砂轮速度可以在不降低材料去除效率的前提下减
80 # 碳化硅制动式修整器 4. 5
0. 4 (固定值) 200
5 、3 、2 (从砂轮两侧轮流进给) 100
200 # 氧化铝砂条 ,2～3cm3/ 次
1. 2. 3 试验数据采集系统
(1) 测 力 仪 。试 验
采用 KIS TL ER 三相压
电晶体测力仪 (图 2) 对
陶瓷磨削过程的磨削力
进行测量 。测力仪由三
表 1 TC4 钛合金材料性能表
材料 TC4 屈服强度
( MPa) 895
热处理方法 退火
伸长率 ( %)
14
硬度 ( HRC) 抗拉强度 ( MPa)
34 断面收缩率
965 工件尺寸
( %)
( mm)Байду номын сангаас
34
60 ×15 ×15
TC4 钛合金高效深磨磨削力及比磨削能特征研究 ———盛晓敏 唐 昆 宓海青等
关键词 :钛合金 ;高效深磨 ;磨削力 ;比磨削能 ;特征 中图分类号 : T G580 文章编号 :1004 —132X(2009) 01 —0024 —05
Characteristic Investigations on Grinding Force and Specif ic Grinding Energy of High Eff iciency Deep Grinding f or TC4 Titanium Alloy
1. 2 试验设备 1. 2. 1 超高速平面磨床
试验在湖南大学国家高效磨削工程技术研究 中心自主研发的超高速 (314m/ s) 平面磨削试验 台上进行 。该试验台主要技术参数为 :主轴功率 40kW ,最高转速 20 000 r/ min , 采用 SBS4500 动 平衡系统对砂轮进行实时动平衡 ,不平衡量小于 01 1μm ;工作台驱动电机功率为 5kW ; 冷却系统 压力范围为 0～25M Pa ,磨削过程采用水基冷却 液 ,供液压力为 8M Pa 。试验台如图 1 所示 。
图 1 超高速 (314m/ s) 平面磨削试验台
1. 2. 2 砂轮选用
试验采用超高速树脂结合剂金刚石砂轮和陶
瓷结合剂 CBN 砂轮 ,其参数如表 2 所示 。参照表 3
所列参数对砂轮进行修整 ,直至砂轮外圆跳动不大 于 5μm ,然后采用氧化铝砂条对其进行修锐 。
表 2 砂轮参数表
砂轮外径 砂轮宽度 磨料种类
中国机械工程第 20 卷第 1 期 2009 年 1 月上半月
2 - 3 150
6
0. 2 ,0. 4 ,0. 6 , 0. 8 ,1
20 ,40 , 60 ,80 ,100
2- 4
150
1 ,2 ,3 ,4
0. 8 ,0. 4 , 0. 27 ,0. 2
13. 33
2 TC4 钛合金高效深磨磨削力特征及其 分析
人们通常用最大未变形切屑厚度 hmax 或当量 磨削层厚度 aeq 来表征磨削特征 ,并通过它们来描 述磨削条件对磨削过程及其输出物理量的影响 , 从而研究其磨削机理 。本文通过试验结果的分析 , 对每组试验中最大未变形切屑厚度 hmax 和当量磨 削层厚度 aeq 对单位面积法向 、切向磨削力的影响
( mm) ( mm)
金刚石 350
6
CBN
350
6
磨料粒度
(#) 120～140 80～100
浓度 ( %) 100 200
结合剂
类型 树脂 陶瓷
表 3 砂轮修整参数表
修整器 砂轮线速度 ( m/ s) 修整滚轮线速度 ( m/ s) 工作台进给速度 ( mm/ min)
进给量 (μm) 进给次数 修锐
别考察了不同砂轮线速度 、不同工作台进给速度 、 不同磨削深度及同一磨除率下不同工作台进给速 度和不同切深对钛合金材料磨削性能的影响 。所
采用的磨削参数如表 4 、表 5 所示 。
表 4 采用树脂结合剂金刚石砂轮的高效深磨试验方案
编号 1- 1
砂轮线 工作台进 速度 vs 给速度 vw ( m/ s) ( m/ min)
0 引言
钛及其合金以其比强度高 、抗腐蚀性能好 、无 磁性 、耐热性能好 、疲劳强度高等特性 ,在航空 、航 天 、航海 、国防 、石油 、化工等行业获得了广泛的应 用[122] 。然而 ,优异的材料性能只有在将材料加工 成一定形状 、尺寸和精度的产品后才能得到充分 体现 。钛合金是一种典型的难加工材料 ,在机械 加工特别是磨削加工时 ,钛合金磨屑易粘附和堵 塞砂轮 ,引起磨削力的增大和磨削温度的急剧升 高 ,砂轮损耗加大 ;同时由于磨削温度很高 ,钛合 金磨削表面易与空气中的氧 、氮 、氢等元素发生化 学反应 ,从而使表面硬化层加厚 、残余应力增大 , 严重降低了钛合金磨削表面的质量[3] 。
沿砂轮切向的切向磨削力 Ft 、沿砂轮径向的法向 磨削力 Fn 以及沿砂轮轴向的轴向磨削力 Fa ,但在 磨削中轴向磨削力 Fa 较小 , 所以试验中将其忽略 不计 ,只测量法向磨削力 Fn 和切向磨削力 Ft 。
图 3 磨削力测量系统示意图
1. 3 试验方案 该试验采用逆磨方式 ,采用 4 组试验方案 ,分
Sheng Xiao min Tang Kun Mi Haiqing Yu J ianwu Chen Tao Natio nal Engineering Research Center for High Efficiency Grinding ,
Hunan U niversit y ,Changsha , 410082 Abstract : Focusing o n t he characteristics of hard - to - grinding for titanium alloy , systemic p rocess experiment s was do ne abo ut grinding TC4 titanium alloy under t he high efficiency deep grind2 ing co nditio ns. Based o n t he analysis to t he variatio ns and characteristics of unit area grinding fo rce F′ wit h maximum undefo rmed chip t hickness hmax and equivlent cut ting t hickness aeq ,t his paper discussed t he variatio ns of it s material removal mode and analyzed t he variatio ns and characteristics of grinding fo rce ratio N ,specific grinding energy es wit h co rrespo nding parameter s f urt her . Then ,it was analyzed abo ut t he co nsumptio n of grinding power o n t he p rocess of high efficiency deep grinding for TC4 tita2 nium alloy. Key words :titanium alloy ; high efficiency deep grinding ; grinding force ; specific grinding energy ; c ha ract e ri st ic s
本文选用金刚石砂轮及 CBN 砂轮 ,系统开展 钛合金材料高效深磨工艺试验 。
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 , 工 件 尺 寸 为
60mm ×15mm ×15mm ,试验在 60mm ×15mm 的 表面进行 。TC4 钛合金材料的性能如表 1 所示 。
60 ,90～ 120 ,150
2
磨削深度 ap
( mm)
0. 1
单位砂轮宽 度磨除率 Zw ( mm3/ ( mm ·s) )
3. 33
1 - 2 150 1 - 3 150 1 - 4 150
1 ,2 ,3 , 4 ,6
0. 2
3. 33 ,6. 67 ,10. 00 , 13. 33 ,20. 00
收稿日期 :2007 —11 —20
·24 ·
小单颗磨粒的切屑厚度 ,减小切屑截面积 ,有效磨 粒的磨削力随之减小 ,砂轮损耗速度下降 ,提高了 砂轮耐用度。相应地 ,如果保持单颗磨粒的切屑厚 度不变 ,提高砂轮线速度就意味着可以再提高工作 台进给速度 ,从而提高加工效率 ;同时 ,由于工作台 进给速度的提高 ,砂轮与磨削区迅速脱离 ,磨削热 主要传播到切屑和磨削液中 ,从而降低工件表面温 度 ,可减少磨削烧伤 ,提高工件表面质量[8213] 。