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涂敷六方氮化硼电镀cBN磨头磨抛钛合金试验

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-18  浏览次数:727

丁兰英1,苏宏华2范敏2

(1.南京农业大学工学院,南京210031)(2.南京航空航天大学机电学院,南京210016)

摘要:钛合金在磨抛加工时容易产生烧伤和黏附现象,严重影响其磨抛质量。本文利用超声振荡的方法,将六方氮化硼和缩丁醛制备成固体润滑剂并均匀涂敷在电镀cBN磨头上,对TC4钛合金进行了磨抛试验。试验结果表明:涂敷六方氮化硼润滑剂的磨头磨抛钛合金时,能获得Ra为1.30μm的磨抛表面,且磨削加工性能要优于无润滑剂的单层电镀cBN磨头。

关键词:六方氮化硼;电镀cBN磨头;钛合金;表面粗糙度

中图分类号TG58;TG74文献标识码ADOI编码10.3969/j.issn.1006-852X.2010.05.010

文章编号:1006-852X(2010)05-0049-03

0·引言

磨头常用于倒角、铣削接刀痕等的打磨加工,使用时通常装在手提式工具上作高速旋转,一般不使用冷却液。该种打磨加工方式在消除飞机上由铣削而成的大型钛合金结构件的接刀痕和保证零件转角处的圆弧自然过渡等场合得到了广泛的应用。目前在钛合金的打磨加工中,常采用单层电镀cBN磨头,该种超硬磨料磨头较之普通磨料磨头的磨削性能有明显的提高。由于钛合金的材料特性和打磨加工中不用冷却液,在打磨加工中仍存在磨削一段时间后,单层电镀cBN磨头表面有明显的钛屑黏附,造成磨粒间容屑空间的堵塞,磨头的材料去除能力下降的问题。

本文选择六方氮化硼(俗名白石墨)作为固体润滑剂,采用适当工艺,将其涂敷于电镀cBN磨头表面,进行铣削后钛合金工件的磨削试验研究,对比分析涂敷六方氮化硼润滑剂和无润滑剂的电镀cBN磨头,打磨加工钛合金的表面粗糙度值和工件材料的累计去除量,以探求提高单层电镀cBN磨头打磨加工钛合金材料去除率的有效方法。

1·试验方法

图1为试验装置图。其中,电镀cBN磨头以vs=10m/s的线速度旋转,工件以vw=4m/min的速度纵向往复运动,从而实现磨头对工件的磨削加工。本文磨削试验的工件为铣削原始状态的TC4钛合金,采用粒度为80/100的电镀cBN磨头,依次改变加载恒压力F为1.99N、2.82N和3.65N,借助磨床的纵向进给运动,在试验装置上对工件进行打磨,分别打磨2min、5min、8min、12min后,用MarSurfPs1表面粗糙度仪测量工件表面粗糙度值,并测量材料去除率。

 

 

 

润滑剂为六方氮化硼和缩丁醛经过超声振荡制备的均匀固体润滑剂,经合适工艺将其均匀涂敷在电镀cBN磨头上(如图2所示)。

 

 

 

2·试验结果与讨论

2.1表面粗糙度

试验结果如图3所示。由图3a可看出,无润滑剂磨头打磨加工钛合金表面粗糙度值,在0~5min内随着磨削时间的增加而急剧降低,5~12min内随着磨削时间的增加而升高。加工表面粗糙度值随恒压值增加而增大。经12min打磨加工后,工件表面粗糙度值变化范围为Ra1.56~1.72μm。

 

 

 

由图3b可以看出,涂敷六方氮化硼润滑剂的磨头打磨加工钛合金表面粗糙度值,随磨削时间的增加先升高后降低,加工表面粗糙度值随恒压改变的变化规律不明显。经12min打磨加工后,工件表面粗糙度值变化范围为Ra1.42~1.50μm,与无润滑剂的磨头12min打磨后工件表面粗糙度基本一致。

如图4所示,为恒压F=1.99N时,无润滑剂与涂敷六方氮化硼润滑剂两种不同电镀cBN磨头,打磨加工的工件表面粗糙度值与时间的关系。

 

 

 

当恒压F=1.99N时,涂敷六方氮化硼润滑剂的磨头打磨的工件表面粗糙度值,呈先增大后降低的趋势,与无润滑剂时相反。经12min打磨后工件表面粗糙度值大致相等,为Ra1.55μm。

如图5所示,为恒压F=2.82N时无润滑剂与涂敷六方氮化硼润滑剂两种不同电镀cBN磨头,打磨得到的工件表面粗糙度值与时间的关系。

 

 

 

当恒压F=2.82N时,涂敷六方氮化硼润滑剂磨头打磨得到的工件表面粗糙度值,仍然呈现先增大后降低的趋势,与无润滑剂时相反。此时,涂敷六方氮化硼润滑剂可以得到略低的表面粗糙度值,其范围为Ra1.30~1.55μm。如图6所示,为恒压F=3.65N时无润滑剂与涂敷六方氮化硼润滑剂两种不同电镀cBN磨头,打磨得到的工件表面粗糙度值与时间的关系。

 

 

 

当恒压F=3.65N时,在磨削初期,涂敷六方氮化硼润滑剂磨头打磨加工的工件表面粗糙度值,略高于无润滑剂磨头打磨加工的工件表面粗糙度值,而在磨削后期,无润滑剂条件下,打磨得到的工件表面粗糙度值有不断增大的趋势,涂敷六方氮化硼润滑剂打磨后工件表面粗糙度值保持基本不变,其值为Ra1.42μm。

2.2材料去除率

试验结果如图7所示,横坐标为时间t(min),纵坐标Qw(mm3/mm)为磨头单位宽度的材料累计去除量。

 

 

 

试验结果表明,三种不同恒压值下,无润滑剂和涂敷六方氮化硼润滑剂磨头,打磨工件的材料去除量都随着加工时间的延长而增加,在打磨加工的初期(0~5min),无润滑剂和涂敷六方氮化硼润滑剂的电镀cBN磨头,打磨加工钛合金的去除量基本相等,随着打磨加工时间的延长(5~12min),涂敷六方氮化硼润滑剂磨头打磨钛合金的材料去除量,要高于无润滑剂磨头的打磨加工去除量,这是由于无润滑剂的电镀cBN磨头,随着磨削时间的延长,表面出现明显的钛合金磨屑的黏附,即磨头的容屑空间被堵,其磨削加工性能减弱,而涂敷六方氮化硼润滑剂的磨头表面则无明显的钛屑黏附,使得打磨一定时间后,磨粒仍保持有较好的磨削加工性能。

3·结论

通过对无润滑剂和涂敷六方氮化硼润滑剂的电镀cBN磨头打磨加工钛合金的试验研究,得到以下主要结论:

(1)无润滑剂时,工件的加工表面粗糙度值在打磨加工初期,随着磨削时间的增加而急剧降低。在磨削后期,随着磨削时间的增加而升高。经12min打磨后加工表面粗糙度值的变化范围为Ra1.56~1.72μm。涂敷六方氮化硼润滑剂的磨头打磨工件时,加工表面粗糙度值,呈现随着磨削时间的增加先升高后降低的变化。经12min打磨后加工表面粗糙度值的变化范围为Ra1.42~1.50μm。

(2)在12min的打磨时间内,涂敷六方氮化硼润滑剂的电镀cBN磨头,打磨后工件表面粗糙度值与无润滑剂时的工件表面粗糙度值基本一致。

(3)涂敷六方氮化硼润滑剂的电镀cBN磨头,打磨加工钛合金的累计材料去除量,要高于无润滑剂的电镀cBN磨头,打磨加工的材料去除量,即单层电镀cBN磨头经涂敷六方氮化硼润滑剂后,其磨粒的磨削加工性能得到了改善。

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