[发明专利]一种磨削工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨削工艺。

背景技术

磨削是由大量的、具有很高硬度的磨粒在一定的固结状态下，以很高的速度对被加工零件表面进行微细切削的一种加工方法。通过磨削加工可以获得获得预定的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，作为保证钛合金零件加工表面具有良好表面粗糙度和尺寸精度的重要工艺方法，磨削加工在航空航天工业中得到了广泛的应用。但是，由于钛合金具有比强度高、热稳定性好、高温强度高、化学活性大、热导率低、弹性模量低等自身的材料特性，给钛合金磨削造成了很大的困难，使钛合金成为典型的难加工材料。

钛合金在磨削加工中的问题主要表现在以下四个方面：

(1)磨削过程中砂轮易粘附堵塞

在一定磨削温度、接触压力和相对运动条件下，由于钛合金热导率低，化学活性大，钛合金磨屑极易粘附于砂轮工作表面，致使砂轮磨粒切刃很快变钝，容屑空间迅速堵塞。

(2)磨削力较大

钛合金含有的大量高熔点元素使其纯度高，塑性好，组织致密，难以进行切削加工；合金中的金属间隙相和碳化物相，使钛合金得到了极大的强化；钛合金具有极好的热稳定性，在高温下仍能继续保持高硬度高强度。由于上述几种因素的共同作用，使钛合金在磨削加工过程中的磨削力比普通金属材料大的多。

(3)磨削温度高

在钛合金磨削过程中，砂轮磨粒易与钛合金发生粘附，磨粒上的粘附物与被磨钛合金工件表面接触，摩擦系数增大，去除工件材料所需的能量大大增加。而钛合金的热导率又极低，仅仅只有45钢热导率的1/5～1/6，因此在磨削加工中过程中产生的大量磨削热量积聚在磨削弧区难以传出，极易形成磨削工件表面的瞬时高温，使钛合金工件发生磨削烧伤，产生较大的残余应力，进而导致微裂纹的产生。磨削烧伤是制约钛合金磨削加工中生产效率提高的关键因素。为了避免钛合金工件烧伤，实际生产中不得不采用较软的砂轮，较小的磨削用量，频繁修整砂轮等消极应对措施，因而磨削效率低下。

(4)磨削表面质量不易保证

钛合金弹性模量小，加工过程中工件变形大，而且化学活性较大的钛元素极易与空气中的氧、氮、氢等原子结合，在工件表面生成硬度很高的脆性化合物，故其加工硬化严重，硬化层硬度比基体高1.4～1.9倍。同时由于磨削力大，磨削温度高，砂轮易粘附堵塞进而钝化。因此在磨削加工中钛合金工件表面完整性较难保证。

高速磨削加工技术是指采用超硬磨料砂轮和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备，以极大地提高磨削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的高新磨削加工技术。它是一种高效、经济地加工零件的现代制造加工技术，可大大提高加工生产率和工件表面质量，并能实现粘性金属和脆性金属等难加工材料的高效加工，极大地缩短产品的生产制造周期，大幅度降低加工成本。20世纪90年代以后，人们逐渐认识到高速磨削所带来的技术优势和经济效益，开始给予充分的注意和重视，并在实验和研究的基础上使其得到了迅速的发展。

20世纪30年代初，德国物理学家萨洛蒙(Carl.J.Salomon)分析总结大量切削实验，并根据其物理延伸，首先提出高速(High-speedMachining)及超高速加工(Ultra-HighSpeedMachining)的概念，他发表了著名的具有深远意义Salomon曲线，开创性地假设了切削加工可以越过切削温度非常高的曲线驼峰区域。提出在极高的切削速度条件下，可以越过切削过程中产生的高温死谷，使刀具可以在超高速区进行高速切削而不致于损伤工件与刀具，从而能够极大地减少切削工时，大幅度提高机床生产效率。经过后来科学家们的不断实验研究和理论分析，萨洛蒙所提出的关于“热沟”的假设被验证确实存在。这个开创性的预言在磨削加工领域同样适用，对后来的高速磨削的发展提供了重要的理论依据，指明了发展方向，对于高速磨削机理的研究也有重要的启示。为高速磨削技术的研究应用开辟了广阔的空间，对于高速磨削技术的实用化、产业化也起到了直接的推动作用。