颗粒增强钛基复材缓进深切磨削加工研究-航空制造技术.PDF

论坛 FORUM 颗粒增强钛基复材缓进深切磨削 加工研究* 李  征，丁文锋，徐九华，申  龙 （南京航空航天大学机电学院，南京 210016） [摘要]  颗粒增强钛基复合材料（PTMCs ）属于典型的难加工材料，在航空航天领域具有广阔应用前景。本文开展 了 PTMCs 材料的缓进深切磨削研究，揭示了磨削用量和磨削方式（顺磨与逆磨）对磨削力与磨削温度的影响规律， 同时利用有限元法分析了磨削温度场特征和材料去除机理。研究发现，缓进深切磨削 PTMCs 时，磨削力随工件进给 速度和切深增加而增加，顺磨时的磨削力比逆磨大 10%~20% ，而顺磨的磨削温度要比逆磨约低 10%。由于逆磨和顺 磨工件的温度分布不同，当切深大于 0.6mm、工件进给速度大于 400mm/min 时，顺磨比逆磨更易发生烧伤。在此基 础上，提出了顺磨与逆磨条件下磨削温度场仿真计算的不同热源模型与边界条件，分别获得了两种磨削方式的温度 分布特征，有限元仿真结果与试验结果相符。颗粒增强钛基复材磨削表面典型加工缺陷是表面涂覆和硬脆增强相破 碎和拔出导致的孔洞，单颗磨粒切厚对硬脆增强相的去除行为有显著的影响。 关键词：缓进深切磨削；颗粒增强钛基复合材料；磨削力；磨削温度；表面缺陷 DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.1/2.048 颗粒增强钛基复合材料（简称 用广泛。例如，Hood 等 [3] 使用 SiC PTMCs）是以钛合金（Ti-6Al-4V）为 砂轮缓进给磨削钛铝合金 Ti-45Al- 基体、以 TiC 颗粒等为增强相的金属 8Nb-0.2C 和 阻 燃 钛 合 金 Ti-25V- 基复合材料。在极大地改善钛合金 15Cr-2Al-0.2C，结果发现缓进深切 基体材料的比强度、比模量的同时， 磨削可有效提高材料去除率，实现工 也综合了基体金属材料的延展性与 件无烧伤磨削。因此，开展钛基复合 韧性，使之具有更好的高温性能、耐 材料的缓进深切磨削技术研究具有 腐蚀性能和抗疲劳性能。现阶段， 重要意义。 PTMCs 在航空航天等高端装备领域 本文采用微晶刚玉砂轮开展了 显示出了广阔的应用前景。PTMCs PTMCs 材料的缓进深切磨削试验，研 优异的力学性能和较低的导热率，属 究了磨削用量和磨削方式（顺磨和逆 于典型的难加工材料，不仅切削加工 磨）对磨削力与磨削温度的影响规 [1-2] 效率低，而且易形成表面缺陷 。 律，并利用有限元法研究了磨削温度 李  征 缓进深切磨削是在普通磨削速 的分布，提出了两种不同磨削方式下 博士研究生。主要从事难加工材 度条件下，通过工件缓慢进给，大幅 的热源模型与边界条件，同时分析了 料高效磨削技术及应用研究。 度提高切深（如 0.1~30 mm）以增大 磨削表面主要缺陷及影响因素。研 材料去除率，从而实现材料高效去除 究结果可为实现颗粒增强钛基复合 * 基金项目：