微晶刚玉砂轮的钛合金磨削性能试验研究

摘要

钛合金以其优异的物理力学性能，应用范围不断扩展，成为航空、航天领域的重要结构材料。钛合金作为典型的难加工材料，其磨削比低、磨削力大、磨削温度高、工件黏附和砂轮堵塞严重的磨削加工特性对砂轮磨削性能提出了很高要求。微晶刚玉砂轮是一种新型的刚玉类砂轮，具有自锐性好、砂轮寿命长等优点，其磨料结构特点和制备工艺与传统刚玉磨料有很大不同，是具备良好发展前景的磨料类型。然而对微晶刚玉砂轮的钛合金磨削性能尚未有较为全面的研究。本文采用白刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮进行钛合金TC17平面磨削对比试验，以磨削工件表面完整性、磨削力和砂轮堵塞程度为评价指标，综合评价微晶刚玉砂轮的钛合金磨削性能，并对微晶刚玉磨料的微晶结构及磨粒磨损机理进行了研究。
　　本研究主要内容包括：⑴采用白刚玉与微晶刚玉砂轮分别进行钛合金TC17磨削试验，对磨削后工件的表面完整性进行了研究。分析结果发现，与白刚玉砂轮相比，微晶刚玉砂轮磨削工件表面磨削纹理清晰，无磨削裂纹和磨削烧伤等磨削表面损伤，工件表面粗糙度Ra值降低0.1μm，表面残余拉应力大小、磨削白层厚度、热影响（软化）层厚度降低40％左右，微晶刚玉砂轮磨削工件表面完整性明显改善。⑵两种砂轮的磨削力对比试验研究发现，在其他磨削条件均相同的情况下，微晶刚玉砂轮的切向磨削力比白刚玉砂轮小8％，法向磨削力比白刚玉砂轮小9％，微晶刚玉砂轮具有良好的自锐性，可以降低磨削力10％左右。根据微晶刚玉砂轮的磨削参数对磨削力影响规律试验结果，磨削力与砂轮线速度呈负相关，与磨削深度和工件进给速度正相关。建立了法向磨削力与切向磨削力回归模型，模型偏差分别为4.6％和3.9％，准确度较高。综合考虑磨削力与加工效率，微晶刚玉砂轮磨削钛合金TC17的最优参数为:砂轮线速度vs=27m/s、磨削深度ap=0.01mm、工件进给速度vw=12m/min。⑶对白刚玉砂轮和微观刚玉砂轮磨削前后砂轮表面形貌进行观测，微晶刚玉砂轮磨削后工件材料黏附现象明显改善，砂轮堵塞程度降低;对两种磨粒的微观结构和磨粒磨损形式进行研究，微晶刚玉磨粒具有微晶结构，磨粒磨损形式以微晶破碎为主，磨粒损失少，自锐性好，降低了磨削力和磨削温度，改善了钛合金表面完整性，提高了砂轮寿命和加工效率。微晶破损的磨损形式是微晶刚玉磨料磨削性能优越性根本原因。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 钛合金及磨削加工特点

1．1．1 钛合金材料特性

1．1．2 钛合金磨削加工特点

1．2 钛合金磨削砂轮发展状况

1．2．1 传统钛合金磨削砂轮

1．2．2 新型超硬材料砂轮

1．3 微晶刚玉磨料

1．4 磨削表面完整性

1．4．1 表面完整性评价体系

1．4．2 钛合金表面完整性研究现状

1．5 课题来源与研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 本文研究内容

2 磨削工艺试验及检测系统

2．1 试验设备及砂轮

2．1．1 磨床及其参数

2．1．2 砂轮及修整参数

2．2 工件材料特性

2．3 磨削力信号采集与处理

2．4 表面完整性检测设备

2．4．1 工件表面形貌检测设备

2．4．2 工件表面粗糙度检测设备

2．4．3 金相组织观察设备

2．4．4 工件表面残余应力检测设备

2．4．5 显微硬度检测设备

2．4．6 砂轮表面形貌检测设备

2．5 本章小结

3 微晶刚玉磨料磨削表面完整性影响研究

3．1 磨削加工试验方案

3．2 工件表面形貌观测

3．3 工件表面粗糙度

3．4 工件表面残余应力检测

3．4．1 X射线衍射法测量原理

3．4．2 X射线衍射法的参数设置与数据处理

3．4．3 工件表面残余应力检测结果

3．5 微观金相组织观察

3．5．1 金相观测样件制备

3．5．2 金相组织观测结果

3．6 显微硬度检测

3．6．1 显微硬度测量原理

3．6．2 显微硬度检测结果

3．7 本章小结

4 磨削力及磨削参数影响规律研究

4．1 磨削力测量试验方案

4．2 磨削力对比试验研究

4．3 磨削参数对磨削力影响规律研究

4．3．1 砂轮线速度影响规律研究

4．3．2 磨削深度影响规律研究

4．3．3 工件进给速度影响规律研究

4．4 磨削力回归模型

4．4．1 法向磨削力回归模型

4．4．2 切向磨削力回归模型

4．5 本章小结

5 微晶刚玉磨料磨粒磨损研究

5．1 砂轮表面形貌及堵塞程度对比

5．2 磨粒磨损形式对比

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢