陶瓷结合剂CBN砂轮高速磨削钛合金（TC4）的实验研究

论文摘要

钛合金以其比强度高、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、汽车、医学等领域获得了广泛的应用。然而,钛合金是一种典型的难加工材料,加工中存在许多难题。磨削时磨削力大,磨削温度高、砂轮钝化迅速、表面质量差。高速磨削技术通过提高砂轮线速度来改善表面加工质量或提高加工效率,具有磨削力小、磨削温度低,工件变形小,砂轮寿命长等特点,被誉为“现代磨削技术的最高峰”,在钛合金的高效磨削加工中有着十分广阔的应用前景。以往在研究钛合金高速磨削时,主要采用电镀CBN砂轮作为磨削工具。近年来,陶瓷结合剂CBN砂轮因其制造水平提高而逐步应用于高速磨削领域中。由于具有刚性好、砂轮表面锋利、磨粒把持强度搞高、耐高温、气孔可调等优点,陶瓷结合剂CBN砂轮有望成为实现钛合金高速磨削的关键工具,因此倍受研究者关注。本文在HP408高速磨床上,采用陶瓷结合剂CBN砂轮,对钛合金TC4进行了不同工艺条件下的高速磨削实验,利用压电晶体测力仪及热电偶夹丝法测量了不同磨削工艺参数下的磨削力、磨削温度,分析讨论了加工参数对磨削力、磨削功率、磨削比能、磨削温度及热量分配比例的影响;同时对工件加工表面进行表面粗糙度测量、表面形貌(SEM)观察和能谱分析(EDS)检测,分析了加工参数对工件表面质量的影响规律。得出以下结论:1、采用陶瓷结合剂CBN砂轮高速磨削钛合金TC4,在本文实验条件下可以获得较低的磨削力、磨削温度及传入工件的热量。磨削比能为28.11～124.32J/mm~3,热量分配比例为8.4%～32.8%之间。2、钛合金TC4材料高速磨削时,磨削深度对磨削力的影响最大,而砂轮线速度对磨削温度的影响最大。3、普通磨削时,磨削工件表面存在涂覆物,主要表现为滑擦引起的重叠,随着砂轮线速度的增加,钛合金TC4材料以塑性去除为主,表面粗糙度值显著降低。4、采用陶瓷结合剂CBN砂轮高速磨削钛合金TC4材料,在相同加工表面质量的条件下可大大提高加工生产率,在相同材料去除率的条件下能得到较好的表面质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛合金材料特性及应用
• 1.2.1 钛合金材料特性
• 1.2.2 钛合金的应用
• 1.3 钛合金磨削技术
• 1.3.1 钛合金的磨削特点
• 1.3.2 钛合金磨削技术进展
• 1.4 陶瓷结合CBN 砂轮发展状况
• 1.5 磨削温度的研究现状及发展趋势
• 1.6 课题研究意义及主要工作内容
• 第二章 实验条件及内容
• 2.1 工件材料及其性能
• 2.2 陶瓷结合剂CBN 砂轮
• 2.3 陶瓷结合剂CBN 砂轮的修整
• 2.3.1 陶瓷结合剂CBN 砂轮的整形
• 2.3.2 陶瓷结合剂CBN 砂轮的修锐
• 2.4 磨削实验系统和实验条件
• 2.5 实验方案
• 第三章 磨削力、磨削功率及磨削比能的变化特征
• 3.1 磨削力的特征
• 3.1.1 磨削弧区受力分析和磨削力的数据处理
• 3.1.2 磨削深度对磨削力的影响
• 3.1.3 工件进给速度对磨削力的影响
• 3.1.4 砂轮线速度对磨削力的影响
• 3.1.5 材料去除率对磨削力的影响
• 3.1.6 当量磨削厚度与磨削力的关系
• 3.1.7 磨削参数对磨削力的影响分析
• 3.2 磨削功率随磨削用量的变化特征
• 3.2.1 磨削深度对磨削功率的影响
• 3.2.2 工件进给速度对磨削功率的影响
• 3.2.3 砂轮线速度对磨削功率的影响
• 3.3 磨削比能的变化特征
• 3.3.1 磨削比能与最大未变形切屑厚度的关系
• 3.3.2 磨削比能随材料去除率的变化规律
• 3.4 本章小结
• 第四章 磨削温度和热量分配比例的研究
• 4.1 CBN 砂轮磨削TC4 的典型温度信号
• 4.2 磨削温度测量数据处理分析
• 4.2.1 磨削深度对磨削温度的影响
• 4.2.2 工件进给速度对磨削温度的影响
• 4.2.3 砂轮线速度对磨削温度的影响
• 4.2.4 材料去除率对磨削温度的影响
• 4.2.5 磨削参数对磨削温度的影响分析
• 4.3 砂轮工件表面热量分配比例及分析
• 4.3.1 磨削热量传递模型
• 4.3.2 磨削热量分配比例的拟合与分析
• 4.3.3 磨削深度和热量分配比例的关系
• 4.3.4 工件进给速度与热量分配比例的关系
• 4.3.5 砂轮线速度和热量分配比例的关系
• 4.3.6 热量分配比例的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 不同磨削速度下的磨削表面粗糙度及形貌特征
• 5.1 表面粗糙度
• 5.2 工件表面微观形貌
• 5.3 X 射线能谱分析
• 5.4 砂轮磨削前后表面形貌
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文