顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法，顆粒增強鈦基復(fù)合材料由Ti-6Al-4V鈦合金基體與彌散分布的TiC或TiB增強顆粒構(gòu)成。采用單層釬焊CBN砂輪磨削加工顆粒增強鈦基復(fù)合材料,砂輪線速度30m/s，進(jìn)給速度3000-12000mm/min，磨削深度0.005-0.030mm，并通過控制粗磨、半精磨、精磨、光磨各步驟參數(shù)的設(shè)置，實現(xiàn)顆粒增強鈦基復(fù)合材料表面的增強顆粒完全通過切削方式去除，從而提高磨削加工表面質(zhì)量。
【專利說明】顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削加工過程中的效率和表面質(zhì)量的控 制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磨削加工是一種精密加工方法，能夠獲得較高的加工精度和表面質(zhì)量，但磨削效 率通常不高。磨削效率取決于磨削用量和修整工序，磨削工具（即砂輪）的磨損在很大程 度上影響了磨削加工精度，砂輪磨料層材料的耐磨性決定著砂輪的磨損量。磨削過程中砂 輪的修整工序又不可避免地增加了無效工作時間，因而導(dǎo)致磨削效率下降，如要提高磨削 效率，則通常會導(dǎo)致加工精度降低、表面質(zhì)量變差。
[0003] 顆粒增強鈦基復(fù)合材料主要用于制造航空發(fā)動機零件，采用原位合成方法在 Ti-6A1-4V鈦合金基體材料中制備TiC或TiB增強顆粒。相比于外加法，原位合成法制備 顆粒增強鈦基復(fù)合材料的優(yōu)勢是Ti-6A1-4V基體合金和TiC或TiB增強體相容性好、熱力 學(xué)穩(wěn)定。但這種顆粒增強鈦基復(fù)合材料屬于難加工材料，由于磨削過程中增強顆粒存在切 肖IJ、剝落和壓入等多種去除形態(tài)（見圖1)，因此難以控制加工過程與狀態(tài)。加工的時候，需 要每去除一定體積的顆粒增強鈦基復(fù)合材料就對砂輪進(jìn)行修整，才能保證砂輪在磨削加工 過程中磨粒的鋒利度。頻繁修整陶瓷剛玉砂輪耗費大量時間，降低了該材料的磨削加工效 率。而且，無法控制砂輪單顆磨粒切厚及較高的磨削溫度，導(dǎo)致工件加工表面質(zhì)量較差。以 上因素嚴(yán)重制約了顆粒增強鈦基復(fù)合材料零件磨削加工技術(shù)的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方 法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在加工效率低、表面質(zhì)量差的問題。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] 顆粒增強鈦基復(fù)合材料由Ti-6A1_4V鈦合金基體與彌散分布的TiC或TiB增強顆 粒構(gòu)成，并且增強相TiC或TiB的總體分比為10%，其顆粒尺寸為20-30微米。
[0008] 顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法，選擇單層釬焊CBN砂輪 磨削顆粒增強鈦基復(fù)合材料，步驟如下：
[0009] 步驟1，粗磨參數(shù)設(shè)置，砂輪線速度30m/s，工件進(jìn)給速度3000mm/min，磨削深度 0· 030mm，磨削1次，砂輪無修整。
[0010] 步驟2,半精磨參數(shù)設(shè)置，砂輪線速度30m/s，工件進(jìn)給速度6000mm/min，磨削深度 0· 015mm，磨削4次，砂輪無修整。
[0011] 步驟3,精磨參數(shù)設(shè)置，包括砂輪線速度30m/s，工件進(jìn)給速度9000mm/min，磨削深 度0. 005_，磨削2次，砂輪無修整。
[0012] 步驟4,光磨參數(shù)設(shè)置，包括砂輪線速度30m/s，工件進(jìn)給速度12000mm/min，磨削1 次，砂輪無修整。
[0013] 考慮到磨料種類和磨削工藝是影響顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削加工效率和表面 質(zhì)量的主要因素，因此在磨削加工過程中，合理選擇磨料和磨削用量，就成了控制方法的關(guān) 鍵。本發(fā)明選擇單層釬焊CBN砂輪磨削顆粒增強鈦基復(fù)合材料。單層釬焊CBN砂輪具有磨 粒把持力強、磨粒出露高、容屑空間充裕、不需修整、砂輪鋒利度高等特點，適合大去除率的 高效磨削，并且能夠有效控制單顆磨粒切厚，實現(xiàn)顆粒增強鈦基復(fù)合材料表面的增強顆粒 完全通過切削方式去除（見圖2)，從而提高磨削加工表面質(zhì)量。
[0014] 本方法的優(yōu)點：與現(xiàn)有控制方法相比，本申請利用CBN磨料的強耐磨性，顯著降低 了砂輪磨損量，有效控制砂輪單顆磨粒切厚以實現(xiàn)增強顆粒被切削去除，完全避免Tie或 TiB增強顆粒脫落現(xiàn)象，從而提高加工表面質(zhì)量；省略了砂輪修整工序，縮短了磨削過程中 的無效工作時間；配套使用大去除率磨削工藝，進(jìn)一步提高了加工精度和效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1陶瓷剛玉（A1203)砂輪磨削過程的增強顆粒脫落示意圖；
[0016] 圖2單層釬焊CBN砂輪磨削過程的增強顆粒切削去除示意圖。

【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明通過以下步驟實現(xiàn)顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削加工效率和表面質(zhì)量的控 制：
[0018] 實施例1 :
[0019] 步驟1，粗磨參數(shù)設(shè)置，包括砂輪線速度30m/s，工件進(jìn)給速度3000mm/min，磨削深 度0. 030mm，磨削1次，砂輪無修整。
[0020] 步驟2,半精磨參數(shù)設(shè)置，包括砂輪線速度30m/s，工件進(jìn)給速度6000mm/min，磨削 深度0. 015_，磨削4次，砂輪無修整。
[0021] 步驟3,精磨參數(shù)設(shè)置，包括砂輪線速度30m/s，工件進(jìn)給速度9000mm/min，磨削深 度0. 005_，磨削2次，砂輪無修整。
[0022] 步驟4,光磨參數(shù)設(shè)置，包括砂輪線速度30m/s，工件進(jìn)給速度12000mm/min，磨削1 次，砂輪無修整。
[0023] 實施例2.驗證試驗：
[0024] 從磨料種類和磨削參數(shù)兩方面進(jìn)行對比試驗，確定可以有效控制顆粒增強鈦基復(fù) 合材料磨削加工效率和表面質(zhì)量的工藝方法。傳統(tǒng)的和本申請的磨料參數(shù)見表1，采用傳統(tǒng) 的和本申請的控制方法的磨削參數(shù)見表2 (分別對應(yīng)改進(jìn)前和改進(jìn)后），改進(jìn)前（傳統(tǒng)）的 砂輪修整參數(shù)見表3,本申請的改進(jìn)后控制方法中不需修整砂輪。表2中，vs、v w、ap符號分 別對應(yīng)砂輪線速度、工件進(jìn)給速度、磨削深度。
[0025] 表1改進(jìn)前后的磨料參數(shù)
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法，其特征在于，步驟如下： 步驟1，粗磨參數(shù)設(shè)置，砂輪線速度30 m/s，工件進(jìn)給速度3000 mm/min，磨削深度0.030 mm，磨削1次，砂輪無修整； 步驟2,半精磨參數(shù)設(shè)置，砂輪線速度30 m/s，工件進(jìn)給速度6000 mm/min，磨削深度 0. 015 mm，磨削4次，砂輪無修整； 步驟3,精磨參數(shù)設(shè)置，包括砂輪線速度30 m/s，工件進(jìn)給速度9000 mm/min，磨削深度 0. 005 mm，磨削2次，砂輪無修整； 步驟4,光磨參數(shù)設(shè)置，包括砂輪線速度30 m/s，工件進(jìn)給速度12000 mm/min，磨削1 次，砂輪無修整。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法，其 特征在于采用單層釬焊CBN砂輪磨削顆粒增強鈦基復(fù)合材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法，其 特征在于顆粒增強鈦基復(fù)合材料由Ti-6A1-4V鈦合金基體與彌散分布的TiC或TiB增強顆 粒構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法，其 特征在于增強相TiC或TiB的總體分比為10%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的顆粒增強鈦基復(fù)合材料磨削效率和表面質(zhì)量的控制方法，其 特征在于增強相TiC或TiB的顆粒尺寸為20-30微米。
【文檔編號】B24B1/00GK104289980SQ201410409973
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】丁文鋒, 趙彪, 徐九華, 傅玉燦, 蘇宏華, 楊長勇, 陳燕 申請人:南京航空航天大學(xué)