钛合金断续进给高速磨削工艺试验研究及热特性仿真

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjuxy2001
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钛合金作为典型的难加工材料之一,由于其差的机械加工性能,磨削时易出现砂轮表面粘附堵塞以及工件烧伤等问题。为此,本文提出了断续进给高速磨削(Intermittent Feed High Speed Grinding,简称IFHSG)新工艺。该工艺的磨削过程是通过工作台断续进给的方式实现的。本文采用试验、理论分析与数值模拟相结合的方法开展了TC4钛合金材料断续进给高速磨削的工艺试验和磨削降温机理研究。主要研究工作以及成果如下:  1)系统地开展了断续进给高速磨削TC4钛合金材料的工艺试验研究,并深入分析了工艺参数对磨削温度和磨削力的影响规律。研究表明,随着磨削深度ap和工作台单次进给距离Sf的增大,磨削温度和磨削力都相应升高和增大;随着砂轮线速度vs的增大,磨削温度相应升高,而磨削力先减小后增大。砂轮线速度的影响程度最大。  2)断续进给高速磨削相比传统高速磨削钛合金具有较明显的优势。在相同工艺参数下,其磨削温度和磨削力大大降低,砂轮表面形貌良好,粘附堵塞现象大大缓解;磨削后工件表面微观形貌良好,基本无凹坑和裂纹产生,表面粗糙度有所降低,表面质量得到提高。  3)从机理上深入探究了断续进给高速磨削有效降温的原因。一方面,由于单次磨削的距离较短,单次切除的体积较少,其相比连续磨削时的磨削力要小很多,则分布在磨削弧长上的热流密度较小,故其单次磨削时的温度相应降低;另一方面,由于砂轮及时地后退,磨削液充分摄入磨削区,将表面温度冷却至接近室温,大大减缓了热累积现象,使得工件表面温度能够始终保持在烧伤温度以下。  4)构建了断续进给高速磨削TC4钛合金的温度场。单点磨削温度随时间变化的曲线是由很多“脉冲式”的波峰组成,磨削温度随着时间不断升高和降低;仿真结果与试验结果吻合度较好,验证了所建立的有限元磨削温度模型的合理性。  5)开展了TC4钛合金磨削表面完整性研究。探究了工艺参数对钛合金磨削表面粗糙度以及表面形貌的影响规律。研究发现:随着砂轮线速度和单次进给距离的增加,表面粗糙度均先下降后升高,而随着磨削深度的增加,表面粗糙度升高;磨削后的表面粗糙度良好,都保持在Ra0.6μm以内。  综上所述,断续进给高速磨削新工艺在钛合金加工方面取得了一定的成效,在一定程度上提高了加工效率和加工质量,降低了加工成本,是一种行之有效的磨削技术。
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