CN112757056A - 一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺 - Google Patents

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吴高灿
王佳坤
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邓鑫
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Abstract

本发明涉及机械制造加工技术领域。本发明提供了一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺。镍基单晶高温合金导热性差，磨削时会导致大量磨削热集中在磨削表面，对已加工表面造成热损伤(烧伤、裂纹、再结晶等)。本发明一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺涉及织构砂轮技术和纳米粒子微量润滑技术，包括：(1)砂轮的修整(2)织构砂轮的制备(3)纳米粒子流体润滑液的制备(4)磨削。实验数据表明本发明一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削方法可以在保持已磨削表面完整性的同时降低热损伤和提高服役性能。

Description

一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺
技术领域
本发明涉及机械制造加工技术领域。
背景技术
镍基单晶高温合金被广泛用于航空的耐高温部件，其具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性。但是镍基单晶高温合金作为难加工材料，其磨削加工性差，磨削温度高；砂轮易黏附堵塞，易磨损，这些都不利于获得好的表面质量，影响镍基单晶高温合金构件的服役使用性能。镍基单晶高温合金导热性差，磨削时会导致大量磨削热集中在磨削表面，对已加工表面造成热损伤(烧伤、裂纹、再结晶等)，磨削表面温度可能会达到再结晶温度，再结晶的出现破坏了合金的组织形态，会显著降低单晶合金的高温力学性能。
微量润滑磨削是指在高压气体中混入微量的润滑液形成两相流，润滑液与高压气流混合雾化后进入高温磨削区。高压气流能将冷却液送到磨削区域，起到冷却、排屑的作用，且微量润滑磨削的冷却液流量仅为浇注式磨削的千分之一，极大地改善了工作环境，降低了对自然环境的污染。
国家专利《一种微织构砂轮及其改善磨削散热的方法》(公布号CN 109290968A)提出了一种微织构砂轮及其改善磨削散热的方法，微织构砂轮有助于磨削液喷射渗入磨削弧区，同时能够因容纳硬质磨屑而减小砂轮磨损。该微织构砂轮可广泛应用于强韧性难加工材料的磨削加工，能够解决高速磨削工况下因磨削液成膜沸腾而带来的换热困难问题。
国家专利《一种氮化铝和铜混合纳米润滑脂添加剂及其应用》(公开号CN104031717)报道了将纳米氮化铝和纳米铜作为主要成分添加到聚脲基润滑脂中，使得该润滑脂的摩擦系数降低23.6％～15.8％，耐磨寿命延长6～7倍。
目前没有结合织构砂轮和纳米微量润滑来降低镍基单晶高温合金热损伤的发明专利。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺，旨在降低镍基单晶高温合金磨削损伤，具体的技术方案如下：
一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺，其特征在于，包括织构砂轮技术和纳米粒子微量润滑技术，所述镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺包含以下步骤：
(1)砂轮的修整：将砂轮装在磨床主轴上，采用金刚石修整滚轮对砂轮进行精准修整，保证砂轮圆周跳动小于5微米，保证砂轮磨粒露出高度一致。
(2)织构砂轮的制备：采用金刚石切削装置对砂轮进行织构的刻划，织构占比(即织构面积与砂轮圆周总面积之比)在5-10％。
(3)纳米粒子润滑液的制备：采用水基乳化液为基础液，向基础液里加入分散剂和纳米粒子。
(4)磨削：将制备的织构砂轮装在磨床主轴，启动磨床，以配好的纳米粒子润滑液为冷却液进行磨削。
本发明中所述砂轮为立方氮化硼砂轮和刚玉砂轮。
本发明所述织构砂轮通过金刚石刻划工具刻划而成，织构尺寸和大小通过控制磨床进给获得。
本发明中所述织构尺寸为0.1～0.8mm，深度为0.3～0.5mm，可容纳大量冷却液和磨屑。
本发明中所述纳米粒子尺寸在40～100nm，将配好的纳米粒子流体冷却液置于数控超声波振荡器上，超声处理的温度为50℃，超声处理的频率为40KHz，超声处理时间为30分钟，使其均匀地分散于基础润滑油中。
本发明中所述磨床为超精密磨床，精度达到0.1微米。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述镍基单晶高温合金低损伤的磨削方法，能改善磨削散热的方式，织构部分在磨削过程中能储存磨削液和磨屑，织构部分的存在增大了砂轮磨削接触界面的实际散热空间和面积。
2.本发明所述镍基单晶高温合金低损伤的磨削方法，织构占比为5～10％，改善了因织构处不能参与磨削而导致降低砂轮磨削能力的现象。在保证砂轮磨削能力的同时能降低磨削区的磨削温度，下降幅度为百分之十。
3.本发明所述镍基单晶高温合金低损伤的磨削方法，微量润滑能将润滑液有效送入磨削区域，纳米粒子润滑液能提高耐磨减磨性能，降低了镍基单晶高温合金的再结晶现象，提高了服役使用性能。
附图说明
图1是本发明实施案例中金刚石切削单元的示意图。
图2是本发明实施案例中制备织构砂轮的示意图。
图3是本发明实施案例中织构砂轮的三维图。
图4是本发明实施案例中磨削温度对比图。
图中：
1-金刚石条；2-模具；3-砂轮；4-织构；5-金属圆盘；6-金刚石切削单元；L1为金刚
石条的宽度；L2为金刚石条的长度；H1为金刚石条的高度；H2为切削单元中金刚石条的露
出高度。
具体实施方式
下面结合附图与实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
(1)砂轮的修整：本实施例中，采用W28陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，将砂轮静平衡后通过法兰装在平面磨床主轴上，修整采用金刚石滚轮，将金刚石滚轮装在步进电机的旋转轴上，通过电磁吸盘固定在磨床工作台上，每次往下进给5微米，总进给100微米，保证砂轮圆周跳动小于5微米以及保证砂轮磨粒露出高度一致。
(2)织构砂轮的制备：如图1～图2所示，将PDC聚晶金刚石片用激光切成宽L1为0.1～0.4mm、长L3为0.1～0.6mm、高H1为5～10mm的金刚石条1。用3D打印机打印出把持金刚石条1的模具2。将金刚石条1放入模具2预留的孔中，制成了切削单元6，切削单元中金刚石条的露出高度H2为0.1～0.5mm。将织构切削单元6胶结在金属圆盘5上，制成了织构切削刀具。将金刚石切削刀具装在旋转轴上，制成了织构砂轮切削装置。用磨床的电子吸盘将金刚石切削装置固定在磨床工作台上，控制磨床的上下进给和前后进给对砂轮3进行织构4的刻划，得到的织构砂轮如图3所示。
(3)纳米粒子流体冷却液的制备：本实施案例采用碳纳米管为冷却液纳米粒子，采用硫酸二甲酯为分散剂，所用的基础油为12度工业棕榈油。纳米粒子流体冷却液的制备采用二步法，纳米粒子与基础油混合，添加硫酸二甲脂作为分散剂。将配好的纳米流体置于数控超声波振荡器上，超声处理的温度为50℃，超声处理的频率为40KHz，超声处理时间为30分钟，使其均匀地分散于基础润滑油中，即得纳米粒子流体冷却液。
(4)磨削：将制备好的织构砂轮通过法兰装在磨床主轴上，将配好的纳米粒子流体冷却液导入微量润滑装置中，流速为150～600ml/h。磨床主轴转速2000～3000r/min，进给速度1～10m/min，磨削深度5～40微米，待加工材料为镍基单晶高温合金DD5。
参见图4为磨削温度对比图，可见本发明明显降低了磨削温度。织构部分能改善磨削散热的方式，在磨削过程中能储存磨削液和磨屑，织构部分的存在增大了砂轮磨削接触界面的实际散热空间和面积。同时织构占比为5～10％，改善了因织构处不能参与磨削而导致降低砂轮磨削能力的现象。在保证砂轮磨削能力的同时能降低磨削区的磨削温度。微量润滑能将润滑液有效送入磨削区域，纳米粒子润滑液能提高耐磨减磨性能，降低了镍基单晶高温合金的再结晶现象，提高了服役使用性能。本发明降实现了镍基单晶高温合金的低损伤磨削。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺，其特征在于，包括织构砂轮技术和纳米粒子微量润滑技术，所述镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺包含以下步骤：
步骤一，砂轮的修整：将砂轮装在磨床主轴上，采用金刚石修整滚轮对砂轮进行精准修整，保证砂轮圆周跳动小于5微米，保证砂轮磨粒露出高度一致；
步骤二，织构砂轮的制备：采用金刚石切削装置对砂轮进行织构的刻划，织构占比(即织构面积与砂轮圆周总面积之比)在5-10％；
步骤三，纳米粒子流体冷却液的制备：采用油基基础液，向基础液里加入分散剂和纳米粒子；
步骤四，磨削：将制备的织构砂轮装在磨床主轴，启动磨床，以配好的纳米粒子润滑液为冷却液进行磨削。
2.根据权利要求1所述的镍基单晶高温合金低损伤的磨削方法，其特征在于：步骤一中所述砂轮为立方氮化硼砂轮和刚玉砂轮。
3.根据权利要求1所述的镍基单晶高温合金低损伤的磨削方法，其特征在于：步骤二中所述织构尺寸为0.1～0.8mm，深度为0.3～0.5mm，可容纳大量冷却液和磨屑。
4.根据权利要求1所述的镍基单晶高温合金低损伤的磨削方法，其特征在于：步骤三中纳米粒子尺寸在40～100nm，将配好的纳米粒子流体冷却液置于数控超声波振荡器上，超声处理的温度为50℃，超声处理的频率为40KHz，超声处理时间为30分钟，使其均匀地分散于基础润滑油中。
5.根据权利要求1所述的镍基单晶高温合金低损伤的磨削方法，其特征在于：步骤四中所述磨床为超精密磨床，精度达到0.1微米。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1012247A4 (fr) * 1998-10-23 2000-08-01 Arens Willem Principe pour ameliorer le rendement des elements de coupe pour disque et couronne diamantes employes pour couper dans du beton arme.
CN101573424A (zh) * 2006-12-22 2009-11-04 3M创新有限公司 具有纳米粒子填料的磨料制品及其制备和使用方法
CN101722477A (zh) * 2009-10-16 2010-06-09 青岛理工大学 一种纳米流体磨削工艺及设备
CN109290968A (zh) * 2018-11-09 2019-02-01 东南大学 一种微织构砂轮及其改善磨削散热的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1012247A4 (fr) * 1998-10-23 2000-08-01 Arens Willem Principe pour ameliorer le rendement des elements de coupe pour disque et couronne diamantes employes pour couper dans du beton arme.
CN101573424A (zh) * 2006-12-22 2009-11-04 3M创新有限公司 具有纳米粒子填料的磨料制品及其制备和使用方法
CN101722477A (zh) * 2009-10-16 2010-06-09 青岛理工大学 一种纳米流体磨削工艺及设备
CN109290968A (zh) * 2018-11-09 2019-02-01 东南大学 一种微织构砂轮及其改善磨削散热的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张剑: "《船舶维修技术实用手册》", 31 July 2005, 吉林科学技术出版社 *

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