關于鈦合金磨削燒傷的防預

摘 要：文章主要對鈦合金零件在磨削燒傷問題上進行研究和試驗，并總結出抑制磨削燒傷的參數，砂輪，冷卻液等影響因素，防止鈦合金磨削燒傷的發生。

關鍵詞： 鈦合金零件；磨削燒傷；砂輪；冷卻液

1 概述

鈦合金磨削的研究在國外已有數十年的歷史，在鈦合金磨削機理上和鈦合金磨削的性能上都有深入的研究，形成了適用的規范和標準，其對機床、砂輪、冷卻液、加工方式、磨削工藝參數的選擇上都有明確的規定。目前，在國外已經是非常成熟的技術，在航空領域得到了廣泛的應用，產品精度大幅度提高，使得航空航天制造技術領先于我國數十年。

通過開展鈦合金磨削試驗，對鈦合金磨削進行深入的研究，摸索出抑制磨削燒傷和磨削裂紋的磨削參數。

2 影響鈦合金磨削燒傷的因素

2.1 鈦合金材料特點

（1）比強度高；（2）耐熱性好；（3）抗蝕性好；（4）熱導率小；（5）彈性模量小。

鈦合金的材料特點引起的磨削加工特點：（1）磨削力大、磨削溫度高；（2）磨削過程中變形復雜；（3）砂輪粘附嚴重，粘附物脫落可導致砂輪磨粒破碎與脫落。

2.2 磨削原理

磨削區域的放熱現象是造成燒傷的主要原因，放熱結果使工件表層的金相組織發生變化，大大改變了它的機械性能和使用性能。

2.3 機床

為了保證零件尺寸精度和各項加工參數的穩定性，并能夠實現輪廓磨削、振動磨削等功能。機床具有振動磨削功能，操作面板，便攜式操作單元，可設定修整工具速度，同時具有校正整個工件，修整特殊砂輪形狀的功能。

2.4 砂輪

根據鈦合金磨削用砂輪的材料、粒度、硬度選擇的一般原則，確定了適合鈦合金磨削的砂輪牌號。砂輪結構較疏松，有一定氣孔，磨削鈦合金時，效率較高，磨削溫度較低，砂輪不堵塞；砂輪修整時選用金剛石修整滾輪來完成。砂輪硬度為中等偏軟，磨料的粒度為60-120。

砂輪牌號：

圣戈班磨料磨具公司生產的諾頓GC60-J10 V02P 35M/S

砂輪粒度：60

磨粒材料：碳化硅（GC）

砂輪硬度：軟（J）

砂輪結構：疏松的（10）

砂輪結合劑：陶瓷結合劑（V02）

砂輪可用最小直徑：350mm

磨削圓弧端齒的砂輪的形狀如圖1所示，是杯形砂輪，砂輪的長度為H

2.5 冷卻液

根據冷卻液成分的選擇原則并結合機床廠家推薦我們選用了國際常用的嘉實多半合成切削液作為鈦合金磨削加工用冷卻液，并且保證澆注冷卻液時噴嘴的方向可以直接澆注到零件與砂輪的接觸表面上（圖2），同時采用最大流量，從而達到冷卻充分的目的。磨削液不僅有好的冷卻性能，并且其潤滑性能抑制砂輪與鈦合金的粘附，降低磨削溫度。磨削液不含對鈦合金有污染的氯化物或硫化物。磨削鈦合金時，磨削液的流量不小于15～20ml/min。

嘉實多半合成切削液HYSOL X相關資料：是一種高科技、多用途、生物穩定型的溶劑半合成切削液，有良好的潤滑和極壓特征，該產品使用范圍極廣，對黑色金屬和有色金屬的多種加工有極佳的表現。水質適應性強，但其低泡沫特性在軟水中的表現更突出。可以廣泛應用于航空產業。該產品不含氯。（1）冷卻液的應用：適用于在采用最新技術的高速加工中心和柔性加工系統上加工多種不同的金屬。在加工鋼、鈦合金、鑄鐵甚至各種難加工金屬例如不銹鋼、鎳硅鋁鋼。（2）冷卻液的作用：該產品設計用于絕大多數的金屬加工，對于大型的中心冷卻系統和小型的冷卻裝置同樣適用。適用于銑、鉆、鏜、鉸、拉削和低進給磨削。（3）冷卻液的優點：a.加工光度好并可以延長刀具壽命，即使是很難加工的材料。b.適用材料和加工方法廣。c.即使在高于70巴的極壓下產生泡沫仍很少。d.不腐蝕和污染鋁。e.水質適應性強，使用壽命長。f.良好的潤滑特性可減少潤滑液殘留并保證機床和零件清潔。g.操作者和環境沒有沾染游離氯、亞硝酸鹽和苯酚的危險。h.不會破壞通常打在零件上的油漆印和其他標記。

2.6 磨削參數

根據設備機床說明書及查閱國外相關標準，確定砂輪轉速35m/s，工件轉速100r/min。因鈦合金材料容易粘附在砂輪上，不易散熱，為保證砂輪的透氣性，在半精磨和精磨之前各進行一次砂輪修整。固化了影響磨削燒傷的基礎因素的機床、砂輪、冷卻液、磨削參數后將重點優化砂輪與工件之間的接觸面積、磨削深度及進給量。

3 鈦合金磨削燒傷酸蝕檢查

3.1 設備

（1）酸浸蝕檢查用的酸、堿、水槽應有足夠的容積，以保證零件可自由移動和完全浸沒。（2）容器材料與容器中的溶液不得發生反應，也不得損傷被檢查的零件。制作容器的材料使用聚氯乙烯或奧氏體不銹鋼。（3）所有容器均應貼上所盛溶液的標簽，并在不使用時用蓋子蓋好。（4）酸浸蝕工作場地應有良好的通風換氣裝置。

3.2 試劑

硝酸、氫氟酸、酒精、去離子水

3.3 酸蝕程序

（1）酸蝕前檢查。酸蝕檢查前零件表面應無可能影響檢查結果的碰傷、劃傷、銹斑等。（2）除油。將零件浸入汽油中洗滌，必要時可用尼龍刷蘸汽油刷洗，至除油徹底為止。（3）清洗。用酒精對除油后的零件清洗2分鐘。保證零件得到濕潤、無污斑、光澤均勻、清潔的表面。（4）浸蝕。將清洗好的零件浸入配制好的酸蝕溶液中，晃動零件。在室溫下停留時間約90s，然后進行宏觀檢查。如果宏觀檢查發現腐蝕不充分，則在原有溶液中再腐蝕30秒。（5）漂洗。在室溫下整體浸入流動水中，漂凈3分鐘。（6）吹干。用清潔、干燥的壓縮空氣吹干零件。

3.4 檢查

3.4.1 檢查方法

使用 Olympus SZX16型實體顯微鏡在放大倍數10X～30X下檢查零件所有的待檢測表面。

3.4.2 驗收判據

典型的磨削燒傷判定照片如圖3-圖5。

4 結束語

通過對鈦合金磨削零件磨削中相關因素的分析及在實際加工中的模數，總結出適合防止磨削燒傷的加工參數，冷卻液，砂輪，機床相關參數等。

參考文獻

[1]齒輪手冊[M].機械工業出版社.