CN108115559A - 一种钛合金零件的磨削加工方法 - Google Patents

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谷阿山
谭峰
夏玥
文海林
李爱真
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Abstract

本发明涉及一种钛合金零件的磨削加工方法，包括分别准备工件、磨床、砂轮、在磨床上设置砂轮修整装置、安装工件和砂轮、反复磨削加工工件并在每次磨削加工工件后对砂轮轮廓进行修整的步骤；采用本发明的技术方案，砂轮材质为绿碳化硅，表面硬度大，并且内部具有大气孔，一方面降低了钛合金工件的加工难度，另一方面使加工过程中产生的切削热能迅速从气孔中散发出去，而部分冷却液也能够驻留在气孔中，使砂轮在磨削过程中得到了充分冷却，保证了钛合金工件加工后的机械性能，避免了工件受到氧化、烧蚀而出现麻点等问题，提高了加工质量和效率。

Description

一种钛合金零件的磨削加工方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种钛合金零件的磨削加工方法。
背景技术
近年来，机械装备制造业快速发展，人们设计制造了各种各样的机械装备，以方便人们的生产、生活等各种活动，机械装备是由各个不同形状、大小及功能的零部件组成的，在航空、航天工业领域中广泛使用一类使用钛合金材料制造的零件，这些钛合金零件具有很高的表面硬度，以牌号为TC8M-1的钛合金材料为例，其表面硬度可达HRC30.0～40.5，具有很高的结构强度，并且钛合金材料还具有密度低，重量轻等特点，特别适用于航空、航天工业领域，但是，这类钛合金零件在磨削加工过程中极易产生烧伤和腐蚀麻点、回弹性比较大，具有较高的加工难度，对加工设备、加工工艺条件以及工艺参数的控制具有很高的要求，现有技术中，TC8M-1钛合金零件常采用拉削、车削、铣削的加工方式进行加工，使用普通拉削加工时，对机床、工装要求高，特别是拉刀制造费用高，周期长，小批量或产品试制不适采用拉削加工；普通车削加工适合于形状简单，不适于结构复杂类产品，加工精度相对低；普通铣削加工精度相对其它两种加工方式要低，表面质量在Ra1.6以下的产品，需要刚性好、精度高、主轴跳动和轴向窜动小的高精度铣床；这几种切削加工方式在加工过程中存在的主要问题是，加工精度低、刀具结构复杂，制造困难，刀具制造成本高且制造周期长，且每次加工后刀具磨损严重，致使所加工成形零件的产品一致性难以保证，影响了产品质量和生产效率，特别是当加工使用TC8M-1为钛合金材料制造的叶片类零件时，由于叶片外形形状复杂，尺寸精度要求较高，常规的切削加工方式难以保证加工精度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种钛合金零件的磨削加工方法。
本发明提供了一种钛合金零件的磨削加工方法，包括以下步骤：
步骤一：准备工件：所述工件的材质是钛合金；
步骤二：准备磨床：所述磨床上设有砂轮修整装置；
步骤三：准备砂轮：所述砂轮的材质是绿碳化硅；
步骤四：安装工件和砂轮：将步骤一所述工件安装于步骤二所述磨床工作台上，将步骤三所述砂轮安装于步骤二所述磨床主轴上；
步骤五：磨削工件：开启磨床，根据所述工件的形状规格、材质和工艺要求选择粗磨、半精磨、精磨或超精磨中的一种磨削加工方式，并根据该磨削加工方式选择相应的砂轮进给量和磨削速度，使步骤四所述安装好的砂轮从所述工件的一侧移入，并以恒定的磨削速度磨削所述工件的表面，再从所述工件相对的另一侧移出，使所述砂轮完成一次走刀；
步骤六：修正砂轮轮廓：使用步骤二所述砂轮修整装置修复步骤五所述完成一次走刀后的砂轮轮廓，去除所述砂轮轮廓向外伸出的凸出部，使所述砂轮轮廓圆整；
步骤七：重复步骤五至步骤六，磨削加工出所述工件的外形，获的成品零件。
所述步骤五所述粗磨磨削加工方式的砂轮进给量不大于0.3mm。
所述步骤五所述精磨磨削加工方式的砂轮进给量不大于0.1mm。
所述步骤五所述粗磨磨削加工方式的砂轮磨削速度是50-100mm/min。
所述步骤五所述精磨磨削加工方式的砂轮磨削速度是50-60mm/min。
所述步骤五所述磨削工件的步骤还包括使用水溶性冷却液对所述砂轮移入工件一侧和移出工件一侧进行冷却。
所述水溶性冷却液的温度是22℃至28℃。
所述步骤六所述去除所述砂轮轮廓向外伸出的凸出部的厚度范围是0.3-0.5mm。
所述砂轮修整装置包括使用金刚石材质制成的滚轮，滚轮上设有内孔，内孔通过过盈配合方式套装于所述磨床上。
所述滚轮上设有修整面，修整面轮廓与所述工件外轮廓相吻合。
本发明的有益效果在于：
采用本发明所提供的钛合金零件的磨削加工方法，通过使用绿碳化硅材料制的砂轮对工件表面进行磨削加工，绿碳化硅材料内具有较大的气孔，而绿碳化硅材料的表面硬度较大，其表面硬度介于刚玉和金刚石之间，一方面，使钛合金零件在磨削加工过程中所产生的磨削热能够迅速从绿碳化硅材料中的气孔中散发出去，避免了钛合金工件受到氧化腐蚀而产生烧伤和麻点等问题，另一方面，由于绿碳化硅材料表面硬度较高，能够较容易地磨削去除钛合金表面的材料，降低了加工难度，提升了加工效率，进一步地，在加工过程中，使用水溶性冷却液将加工过程中产生的切削热迅速带走，其中部分冷却液还可驻留在砂轮的气孔中，从而使砂轮在磨削过程中得到了充分冷却，保证了钛合金工件加工后的机械性能，提高了产品加工质量的加工效率。
附图说明
图1是本发明滚轮的剖视图；
图2是本发明滚轮的主视图。
图中：1-滚轮，2-修整面，3-内孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；
本发明提供了一种钛合金零件的磨削加工方法，包括以下步骤：
步骤一：准备工件：所述工件的材质是钛合金；
步骤二：准备磨床：所述磨床上设有砂轮修整装置；
步骤三：准备砂轮：砂轮的材质是绿碳化硅；进一步地，如图1至图2所示，砂轮修整装置包括使用金刚石材质制成的滚轮1，滚轮1上设有内孔3，内孔3通过过盈配合方式套装于磨床上。滚轮1上设有修整面2，修整面2轮廓与工件外轮廓相吻合。进一步地，步骤三砂轮外轮廓线速度范围是15m/s-45m/s。
进一步地，金刚石滚轮材料可选用人工金刚石或天然金刚石，可以根据加工产品寿命和成本选择；金刚石滚轮的外形可根据工件的外形轮廓设计，金刚石滚轮修整面的轮廓要与设计图被工表面吻合，金刚石修整面的轮廓公差要小于产品设计图设计轮廓公差，一般控制在工件设计图纸公差的一半以下，设计金刚石滚轮外形及尺寸公差要综合考虚设计图和修整器芯轴精度，金刚石滚轮与芯轴配合采用基孔制，金刚石滚轮内孔公差不大于0.01mm，如果修整时线速越高，例如大于45m/s时，内孔公差需要控制更严，装配困难时可采用热膨胀法安装。
步骤四：安装工件和砂轮：将步骤一所述工件安装于步骤二所述磨床工作台上，将步骤三所述砂轮安装于步骤二所述磨床主轴上；
步骤五：磨削工件：开启磨床，根据所述工件的形状规格、材质和工艺要求选择粗磨、半精磨、精磨或超精磨中的一种磨削加工方式，并根据该磨削加工方式选择相应的砂轮进给量和磨削速度，使步骤四所述安装好的砂轮从所述工件的一侧移入，并以恒定的磨削速度磨削所述工件的表面，再从所述工件相对的另一侧移出，使所述砂轮完成一次走刀；
进一步地，所述步骤五所述粗磨磨削加工方式的砂轮进给量不大于0.3mm。进一步地，所述步骤五所述精磨磨削加工方式的砂轮进给量不大于0.1mm。进一步地，所述步骤五所述粗磨磨削加工方式的砂轮磨削速度是50-100mm/min。进一步地，所述步骤五所述精磨磨削加工方式的砂轮磨削速度是50-60mm/min。进一步地，所述步骤五所述磨削工件的步骤还包括根据所述工件的外形尺寸使用同一种磨削加工方式磨削工件多次。进一步地，所述步骤五所述磨削工件的步骤还包括使用水溶性冷却液对所述砂轮移入工件一侧和移出工件一侧进行冷却。进一步地，所述水溶性冷却液喷射流量范围是15m3/h至25m3/h。进一步地，所述水溶性冷却液的温度是22℃至28℃。
步骤六：修正砂轮轮廓：使用步骤二所述砂轮修整装置修复步骤五所述完成一次走刀后的砂轮轮廓，去除所述砂轮轮廓向外伸出的凸出部，使所述砂轮轮廓圆整；进一步地，所述步骤六所述去除所述砂轮轮廓向外伸出的凸出部的厚度范围是0.3-0.5mm。
步骤七：重复步骤五至步骤六，磨削加工出所述工件的外形，获的成品零件。
进一步地，所采用磨削加工的工艺路线依次为：粗磨、半精磨、修整砂轮、半精磨、修整砂轮、精磨、修整砂轮、超精磨，并可根据产品加工余量不同适当增加粗磨频次，但需注意的是，每磨削一次后必须修整依次砂轮，使砂轮圆整，以保证磨削加工质量。
采用本发明的技术方案，通过使用绿碳化硅材料制的砂轮对工件表面进行磨削加工，绿碳化硅材料内具有较大的气孔，而绿碳化硅材料的表面硬度较大，其表面硬度介于刚玉和金刚石之间，一方面，使钛合金零件在磨削加工过程中所产生的磨削热能够迅速从绿碳化硅材料中的气孔中散发出去，避免了钛合金工件受到氧化腐蚀而产生烧伤和麻点等问题，另一方面，由于绿碳化硅材料表面硬度较高，能够较容易地磨削去除钛合金表面的材料，降低了加工难度，提升了加工效率，进一步地，在加工过程中，使用水溶性冷却液将加工过程中产生的切削热迅速带走，其中部分冷却液还可驻留在砂轮的气孔中，从而使砂轮在磨削过程中得到了充分冷却，保证了钛合金工件加工后的机械性能，提高了产品加工质量的加工效率。
相比现有技术，使用本发明的技术方案，尤其适用于TC8M-1钛合金材料航空叶片的磨削加工，特别是TC8M-1材料叶片类复杂结构的枞树型类榫齿磨削加工，充分解决了普通磨削TC8M-1钛合金材料易产生磨削烧伤、腐蚀麻点问题，具有加工精度高，加工表面粗糙度低，加工表面粗糙度可达Ra0.4以下、加工成本低、加工效率高、加工产品质量稳定优点。

Claims (10)

1.一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：准备工件：所述工件的材质是钛合金；
步骤二：准备磨床：所述磨床上设有砂轮修整装置；
步骤三：准备砂轮：所述砂轮的材质是绿碳化硅；
步骤四：安装工件和砂轮：将步骤一所述工件安装于步骤二所述磨床工作台上，将步骤三所述砂轮安装于步骤二所述磨床主轴上；
步骤五：磨削工件：开启磨床，根据所述工件的形状规格、材质和工艺要求选择粗磨、半精磨、精磨或超精磨中的一种磨削加工方式，并根据该磨削加工方式选择相应的砂轮进给量和磨削速度，使步骤四所述安装好的砂轮从所述工件的一侧移入，并以恒定的磨削速度磨削所述工件的表面，再从所述工件相对的另一侧移出，使所述砂轮完成一次走刀；
步骤六：修正砂轮轮廓：使用步骤二所述砂轮修整装置修复步骤五所述完成一次走刀后的砂轮轮廓，去除所述砂轮轮廓向外伸出的凸出部，使所述砂轮轮廓圆整；
步骤七：重复步骤五至步骤六，磨削加工出所述工件的外形，获的成品零件。
2.如权利要求1所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤五所述粗磨磨削加工方式的砂轮进给量不大于0.3mm。
3.如权利要求1所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤五所述精磨磨削加工方式的砂轮进给量不大于0.1mm。
4.如权利要求1所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤五所述粗磨磨削加工方式的砂轮磨削速度是50-100mm/min。
5.如权利要求1所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤五所述精磨磨削加工方式的砂轮磨削速度是50-60mm/min。
6.如权利要求1所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤五所述磨削工件的步骤还包括使用水溶性冷却液对所述砂轮移入工件一侧和移出工件一侧进行冷却。
7.如权利要求6所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征℃在于：所述水溶性冷却液的温度是22℃至28℃。
8.如权利要求1所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤六所述去除所述砂轮轮廓向外伸出的凸出部的厚度范围是0.3-0.5mm。
9.如权利要求1所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：所述砂轮修整装置包括使用金刚石材质制成的滚轮(1)，滚轮(1)上设有内孔(3)，内孔(3)通过过盈配合方式套装于所述磨床上。
10.如权利要求1所述的一种钛合金零件的磨削加工方法，其特征在于：所述滚轮(1)上设有修整面(2)，修整面(2)轮廓与所述工件外轮廓相吻合。
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