钛合金干式磨抛加工技术研究

【摘要】：钛合金具有比强度高、耐热性和耐蚀性好等优良性能,在许多工业领域特别是航空航天领域得到越来越广泛的应用。同时,钛合金的热导率低、弹性模量小、化学活性高,易导致工件磨抛表面烧伤和砂轮磨损,钛合金干式磨抛加工作为钛合金大型结构件内外型面的终加工工序对零件表面质量有着决定性的影响。因此开展高锋利度静电植砂砂带、超硬磨料砂轮干式磨抛钛合金加工技术以及固体润滑技术研究,将有助于改善钛合金干式磨抛加工性能,提高钛合金零件表面质量、提升钛合金加工水平,并促进钛合金磨抛工具的开发及应用。 本文完成的主要研究工作包括: (1)研制了一套砂带干式磨抛加工试验系统。采用夹丝热电偶测温方法对砂带干式磨抛钛合金工件表面温度进行了测量,研究了磨抛条件与工件表层温度、磨抛力和表面完整性等之间的关系,分析了锆刚玉砂带磨抛钛合金的磨粒磨损特征。设计开发了一套可控制加工用量的页轮/砂轮磨抛加工试验系统。研究了带柄页轮干式磨抛钛合金的工件表层温度、材料去除量、页轮磨损以及加工表面完整性等情况。设计了石墨固体润滑剂在磨粒表面的制备工艺,成功制备了石墨涂附带柄页轮,并分析了石墨含量与带柄页轮工件表层温度和表面粗糙度之间的关系。研究了钹形页轮恒力干式磨抛钛合金的表面粗糙度和材料去除量的变化情况。 (2)为提高砂轮回转精度,设计了砂轮柄与砂轮体组合式磨抛砂轮,通过控制磨粒的尺寸大小、磨粒的等高性和出露高度等,成功制备了新型单层钎焊立方氮化硼(CBN)砂轮,砂轮表面磨粒有序排布,磨粒具有良好的等高性和较大的出露高度。完成了干式磨抛钛合金试验研究。成功制备了石墨固体润滑剂涂附单层CBN砂轮,并分析了石墨含量与单层CBN砂轮工件表层温度和表面粗糙度的关系。 (3)提出了自润滑多层钎焊砂轮的概念,即在多层钎焊砂轮基体内加入固体润滑剂来改善其加工性能。阐明了多层钎焊砂轮自润滑机理,综合液相烧结与钎焊的工艺优势成功制备了自润滑多层钎焊金刚石和CBN砂轮。砂轮强度满足使用要求,金刚石砂轮空隙结构分布均匀,CBN砂轮中的石墨呈游离态均匀分布。完成了多层钎焊超硬磨料砂轮和碳化硅砂轮干式磨抛钛合金的加工性能及表面完整性对比研究。 (4)针对大型钛合金结构型面和平面结构的磨抛要求,优化选择了磨抛工具和磨抛用量,并完成了干式磨抛验证试验及结果分析。结果表明:工件表面质量达到了零件加工要求。