[发明专利]钛合金材料的高效精密磨削方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金材料的高效精密磨削工艺方法。

背景技术

钛合金以其比强度高、优异的抗腐蚀性能、无磁性、耐热性能好、疲劳强度高等特性，在航空、航天、航海、石油、化工等工业部门中得到了广泛的应用。随着钛合金材料应用范围的不断扩大，钛制机械设备和零件的种类也日益增多，人们对其加工精度及加工效率的要求也愈来愈高。钛合金材料如果采用普通磨削方式加工，效率低，成本高，而增大磨削用量往往会导致工件表面产生烧伤和裂纹，加工质量难以保证。钛合金材料在现有方法的磨削过程中具有下述主要特点：

1.磨削比较小，砂轮损耗量大，加工成本高。在相同条件下磨削普通金属材料的磨削比是磨削钛合金材料的20-30倍。磨削比小，易造成超硬磨料磨具的损耗严重，而超硬磨料磨具的价格目前普遍较昂贵，这使得钛合金零件的加工成本很高。因此，减少砂轮损耗，降低钛合金加工成本，是实现钛合金材料广泛应用的基本前提。

2.钛合金材料磨削表面质量不易控制。由于钛合金材料本身具有粘、韧、化学活性高等特点，使其在磨削过程中易粘附于砂轮，造成磨削力增大、磨削温度升高。高的磨削温度使得钛合金与磨粒、磨粒与空气之间易发生化学反应，且磨削区70％-80％的高温传入工件不易导出，再加上磨削过程中产生的拉应力和表面污染层，使零件易产生变形、烧伤和裂纹，表面粗糙度也很难保证，从而影响了钛合金零件的实际应用。

3.钛合金零件生产效率低。由于钛合金优良的材料性能，使得其在磨削加工过程中，磨屑不易被切离，而且砂轮的切削刃具有较大负前角，切削阻力大，强烈摩擦使磨削区产生很大的弹性和塑性变形及大量的热量，从而造成钛合金材料的切削加工性很差，生产效率低下，很多情况下还采用手工打磨的方式，采用目前的磨削加工方式比磨除率约为1-3mm³/mm·s。

因此，设法降低钛合金材料磨削过程中的磨削力和磨削温度，减少其加工成本及砂轮损耗，在保证磨削质量的前提下尽可能的提高钛合金材料加工效率成为钛合金磨削加工中有待重点研究的内容。

高效磨削以深切(0.1-30mm)，高砂轮线速度(80-200m/s)，不降低工作台进给速度(0.5-10m/min)的条件进行磨削，既能实现高的切除率，又能达到高的加工表面质量。以往对高效深磨的研究大多集中在普通金属材料，对难加工材料的高效深磨也局限于模拟试验方面，因此深入系统的研究如何采用高效深磨技术实现钛合金材料的低成本高质量加工，是钛合金磨削加工研究中值得探讨的一个重要技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种钛合金材料高效精密磨削方法，应用该方法可提高钛合金材料加工效率，降低其加工成本，改善钛合金零件表面质量，减少表面烧伤和裂纹，大幅度提高零件的可靠性。

本发明的技术解决方案是，所述钛合金材料的高效精密磨削方法为，采用常规工装设备对钛合金工件实施磨削，其特征是，该方法包括：

(1)采用超高速树脂结合剂金刚石砂轮或陶瓷结合剂CBN(立方氮化硼)砂轮，将所述砂轮修整至外圆跳动不大于5μm，并对其做常规修锐；

(2)采用砂轮动平衡系统对砂轮进行实时动平衡，砂轮动平衡不平衡量＜0.1μm；

(3)采用水基冷却液，供液压力为7Mpa-9Mpa；

(3)磨削工艺条件：

    a.单位砂轮宽度磨除率：3.3mm³/mm·s-180mm³/mm·s；

    b.砂轮线速度：60m/s-150m/s；

    c.磨削深度：0.1mm-1.8mm；

    d.工件进给速度：1m/min-6m/min。

以下对本发明做出进一步说明。

为使本发明具有代表性，本发明选用了TC4(Ti-6Al-4V)钛合金作为试验材料。这是目前钛合金中用量最大且性能数据最为齐全的一种钛合金。其合金元素主要为Al和V，Al为α稳定化元素，V具有β稳定化作用，这两种元素都有着显著的固溶强化作用，在提高合金强度的同时，能保证良好的塑性和热稳定性。TC4钛合金具有良好的力学性能和工艺性能(包括热变形性、焊接性、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。在航空工业中多用于制造压气机叶片、盘以及某些紧固件等。当合金中的氧、氮控制到低含量时，还能在低温(-196℃)保持良好的塑性，可用于制作低温高压容器。