現(xian)階段(duan)，航空(kong)發動機零(ling)件多(duo)數采(cai)用鈦合金(jin)材(cai)料(liao)，根據裝(zhuang)配(pei)需(xu)求，精加工(gong)(gong)表(biao)(biao)面尺寸(cun)精度和表(biao)(biao)面粗糙度都(dou)需(xu)要(yao)磨削(xue)加工(gong)(gong)才能(neng)保證(zheng)零(ling)件表(biao)(biao)面的(de)(de)(de)質量(liang)。由于鈦合金(jin)材(cai)料(liao)本(ben)身(shen)物理(li)機械(xie)性(xing)能(neng)，磨削(xue)加工(gong)(gong)時易出(chu)現(xian)表(biao)(biao)面燒傷、表(biao)(biao)面完整(zheng)性(xing)降低，目前急需(xu)解(jie)決對鈦合金(jin)材(cai)料(liao)磨削(xue)的(de)(de)(de)問題，所以選(xuan)擇合適的(de)(de)(de)砂輪是非常必要(yao)的(de)(de)(de)。

1鈦合金材料性能分析

鈦合(he)金(jin)的(de)種類大致分為(wei)(wei)三(san)類，α鈦合(he)金(jin)、β鈦合(he)金(jin)、α+β鈦合(he)金(jin)。具(ju)有比重小，比強(qiang)高(gao)，耐(nai)高(gao)溫，耐(nai)腐蝕、超記憶(yi)，無磁性，彈性模量低，生物相容性號(hao)，這(zhe)一(yi)系列優(you)良(liang)的(de)使其在(zai)廣泛的(de)領域(yu)得到(dao)應用。鈦的(de)熔點為(wei)(wei)1668℃，沸點為(wei)(wei)3400℃，高(gao)于鎳鐵，因此，輕型耐(nai)熱成為(wei)(wei)了其優(you)良(liang)的(de)基礎，可(ke)在(zai)500℃下長(chang)期工作。新(xin)型鈦合(he)金(jin)長(chang)期工作溫度(du)(du)還要高(gao)，在(zai)300-350℃下其強(qiang)度(du)(du)比鋁合(he)金(jin)高(gao)10倍。常用α+β鈦合(he)金(jin)強(qiang)度(du)(du)達到(dao)1.2GPa，比重0.44MPa，比強(qiang)度(du)(du)23-27，均(jun)高(gao)于合(he)金(jin)鋼(gang)。鈦合(he)金(jin)的(de)抗拉(la)強(qiang)度(du)(du)可(ke)超過(guo)1.5GPa，對其加(jia)工必須(xu)施加(jia)很(hen)大的(de)力，是典型的(de)難加(jia)工材料。

鈦(tai)的熱(re)導系(xi)數為0.036cal，TC11鈦(tai)合金的導熱(re)性(xing)(xing)能(neng)更差(cha)。鈦(tai)的彈性(xing)(xing)模量約為鋼的1/2，加工時回(hui)彈性(xing)(xing)大，容易振動。

鈦合(he)金中含(han)有氧，氫、氮(dan)、碳(tan)，有時(shi)(shi)還(huan)包括(kuo)硅，鐵(tie)等雜質元素，這(zhe)些元素進行了(le)強烈的反應，以間隙式存在(zai)于(yu)晶格(ge)中，可使(shi)鈦合(he)金強度提(ti)高，塑性(xing)(xing)下(xia)降，甚至使(shi)斷(duan)裂韌性(xing)(xing)、低溫(wen)韌性(xing)(xing)、疲勞強度、耐(nai)蝕性(xing)(xing)、冷(leng)成型和可焊性(xing)(xing)變(bian)壞。鈦合(he)金在(zai)高溫(wen)中化(hua)學性(xing)(xing)極高，在(zai)一定磨(mo)(mo)削溫(wen)度下(xia)，鈦形(xing)成氧化(hua)，氮(dan)化(hua)保護(hu)膜，使(shi)表(biao)(biao)面(mian)層硬化(hua)變(bian)脆，降低了(le)彈性(xing)(xing)，加(jia)大(da)了(le)加(jia)工(gong)硬化(hua)程(cheng)度，磨(mo)(mo)削時(shi)(shi)容易貼(tie)附，堵塞(sai)砂(sha)輪，造成磨(mo)(mo)削過熱，表(biao)(biao)面(mian)完整性(xing)(xing)降低。

2鈦(tai)合金磨削砂輪的選擇

2.1鈦(tai)合金(jin)磨(mo)削要求砂(sha)輪粘附小，磨(mo)損(sun)小，不易堵塞(sai)，磨(mo)削溫度(du)低

這主要包括(kuo)(kuo)磨(mo)料(liao)(liao)的粒度結合劑組織形(xing)狀(zhuang)尺寸。普通砂輪由磨(mo)料(liao)(liao)結合劑和(he)(he)氣(qi)孔組成(cheng)。磨(mo)料(liao)(liao)作(zuo)用(yong)是磨(mo)削被加工材(cai)料(liao)(liao)形(xing)成(cheng)符合要求的表面。結合劑的作(zuo)用(yong)是把(ba)磨(mo)料(liao)(liao)粘結到(dao)一起，形(xing)成(cheng)一定形(xing)狀(zhuang)和(he)(he)硬度，使磨(mo)粒在磨(mo)削過(guo)程中保持(chi)穩定的運動軌跡，并能自脫(tuo)。氣(qi)孔是在磨(mo)削進程中起到(dao)排屑，冷卻兼有(you)潤滑作(zuo)用(yong)。普通磨(mo)料(liao)(liao)包括(kuo)(kuo)剛玉(yu)系列(氧化鋁)，和(he)(he)碳化硅系列。磨(mo)削鈦合金應選(xuan)擇(ze)碳化硅砂輪。

2.2結合劑的選擇

結合劑分樹(shu)脂(zhi)和陶(tao)瓷兩(liang)種：

1)陶(tao)瓷結合劑顆粒能(neng)(neng)(neng)力強，熱穩(wen)定(ding)性與化學穩(wen)定(ding)性好，防水，耐熱，耐腐蝕，磨(mo)損小，長時間保持磨(mo)削(xue)性能(neng)(neng)(neng)，具有多(duo)孔性，不易堵塞(sai)，生產(chan)率高。脆性大，不能(neng)(neng)(neng)經受較大沖擊負荷(he)。

 2)樹(shu)脂結合劑砂輪(lun)強度(du)高(gao)，有彈性(xing)，耐沖擊好，熱穩定性(xing)差，耐腐蝕性(xing)差，高(gao)溫下會軟化(hua)失去強度(du)。

磨削鈦合金應選陶瓷結合劑砂輪。

2.3粒度的選擇

磨削鈦合金通常采用36#-80#粒度(du)。

2.4砂輪組(zu)織硬度

磨削鈦合金通常應(ying)選(xuan)擇(ze)較(jiao)(jiao)軟硬度或者中等硬度，組織較(jiao)(jiao)松的大氣孔砂輪。

3鈦合金磨削過程中(zhong)磨削力的分析

在用碳化(hua)硅、氧化(hua)鋁砂(sha)輪磨削鈦合金時，磨屑易貼附于砂(sha)輪表面(mian)，磨削力(li)較大(da)，砂(sha)輪磨損嚴重，導致工件表面(mian)質量下(xia)降(jiang)。

1)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)與(yu)各磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)數(shu)之(zhi)間的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)。選擇合(he)(he)理的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)數(shu)以(yi)控制(zhi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)大(da)小，進而(er)改善磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)質量，是(shi)(shi)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)關(guan)鍵，鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)過程中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)是(shi)(shi)有(you)(you)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)和摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)兩部分組成(cheng)的(de)(de)(de)，這(zhe)兩部分所占(zhan)有(you)(you)的(de)(de)(de)比例(li)各有(you)(you)不同。鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)切(qie)屑變形力(li)(li)是(shi)(shi)主要(yao)的(de)(de)(de)，占(zhan)了磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)大(da)部分約為摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)力(li)(li)的(de)(de)(de)三(san)倍(bei)。但(dan)與(yu)一(yi)般(ban)金(jin)(jin)屬材料相(xiang)比，其摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)力(li)(li)所占(zhan)的(de)(de)(de)比例(li)大(da)得多。這(zhe)與(yu)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)材料的(de)(de)(de)性(xing)質有(you)(you)很(hen)大(da)的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)，鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)彈(dan)性(xing)模量小，熱導率低，化(hua)學活性(xing)高，粘，韌。在(zai)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)砂(sha)輪(lun)粘附嚴重，導致摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)力(li)(li)增(zeng)加(jia)。而(er)摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)力(li)(li)受砂(sha)輪(lun)線速度影(ying)響(xiang)小，受磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)深度影(ying)響(xiang)大(da)。所以(yi)，要(yao)控制(zhi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)，因(yin)采用適當(dang)的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)深度和磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)線速度。鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)系(xi)數(shu)隨線速度增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)加(jia)。在(zai)摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)學中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)系(xi)數(shu)與(yu)相(xiang)對(dui)滑動(dong)的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)。只有(you)(you)當(dang)載荷(he)趨大(da)時，摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)系(xi)數(shu)才有(you)(you)隨滑動(dong)速度增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)大(da)的(de)(de)(de)趨勢。在(zai)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，每(mei)個(ge)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)承受了相(xiang)當(dang)大(da)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li)。所有(you)(you)摩(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擦(ca)(ca)系(xi)數(shu)受磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)數(shu)變化(hua)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da)。

2)切屑變形力(li)(li)與磨(mo)削(xue)深度的線性(xing)關(guan)系由于(yu)存(cun)在著尺(chi)寸效應，從斷裂力(li)(li)學基本原理(li)出發，事(shi)實上磨(mo)削(xue)過程是裂紋(wen)擴張過程。尺(chi)寸效應主要由磨(mo)削(xue)力(li)(li)中的切屑變形力(li)(li)引起。而金屬磨(mo)除率與法向磨(mo)削(xue)力(li)(li)的關(guan)系，其實并(bing)不止(zhi)取(qu)決于(yu)工件材料(liao)和(he)砂輪的修整情況，因為同樣(yang)存(cun)在尺(chi)寸效應的影響。

3)磨削深度對金屬(shu)磨除(chu)(chu)比(bi)影響很(hen)大，這是由于(yu)尺(chi)寸效應的(de)作用(yong)。工(gong)件速度影響要(yao)小的(de)多，使(shi)得法(fa)向力與金屬(shu)磨除(chu)(chu)比(bi)呈(cheng)非線性關系。

綜合上述：磨削(xue)鈦合金材料應(ying)選擇磨削(xue)參數：轉速45M/S，切削(xue)深(shen)0.01-0.02mm。

4鈦(tai)合金磨削燒(shao)傷機理分(fen)析

鈦合金磨(mo)削(xue)過程中存在(zai)較嚴重(zhong)的砂輪粘(zhan)附，磨(mo)削(xue)力和(he)磨(mo)削(xue)溫度都很高，因而容易產生(sheng)磨(mo)削(xue)燒傷和(he)裂紋。

用(yong)普通磨(mo)(mo)(mo)料磨(mo)(mo)(mo)削(xue)鈦(tai)合金(jin)時(shi)，即使磨(mo)(mo)(mo)削(xue)深(shen)度(du)用(yong)量(liang)(liang)很(hen)小，磨(mo)(mo)(mo)削(xue)表(biao)面也(ye)會(hui)發(fa)生(sheng)磨(mo)(mo)(mo)削(xue)燒(shao)傷和(he)裂紋(wen)(wen)。大致表(biao)現為黃褐(he)色斑(ban)，發(fa)紋(wen)(wen)狀裂紋(wen)(wen)，其方(fang)向與磨(mo)(mo)(mo)削(xue)方(fang)向垂直，用(yong)大磨(mo)(mo)(mo)削(xue)用(yong)量(liang)(liang)則(ze)表(biao)面還會(hui)有魚鱗狀皺疊(die)和(he)塑性變形的金(jin)屬熔敷(fu)物(wu)。這是一些什么(me)物(wu)質呢?我們看(kan)(kan)看(kan)(kan)碳化(hua)硅(gui)磨(mo)(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)(mo)削(xue)鈦(tai)合金(jin)使得(de)化(hua)學反應式：SiC+Ti→TiC+Si。，再(zai)看(kan)(kan)看(kan)(kan)碳化(hua)硅(gui)磨(mo)(mo)(mo)粒在一定大氣(qi)溫度(du)下氧化(hua)反應式：SiC+2O2→SiO2+CO2。

其中(zhong)一(yi)部(bu)分碳(tan)原子會向被磨(mo)(mo)削(xue)工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)擴散，在(zai)滑(hua)擦(ca)剪切(qie)(qie)力(li)(li)的作用下，SiO2氧化(hua)膜剝離，造成SiC磨(mo)(mo)粒(li)(li)(li)氧化(hua)磨(mo)(mo)損，而工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)留下氧、碳(tan)元素(su)的擴散層，反作用于磨(mo)(mo)粒(li)(li)(li)表(biao)面(mian)(mian)產(chan)生失去碳(tan)弱(ruo)化(hua)層，SiC磨(mo)(mo)粒(li)(li)(li)硬(ying)度(du)強(qiang)度(du)下降，磨(mo)(mo)削(xue)力(li)(li)增大，砂輪磨(mo)(mo)損加劇(ju)，磨(mo)(mo)削(xue)溫度(du)升高在(zai)所難免(mian)。從微觀上將，磨(mo)(mo)粒(li)(li)(li)和粘(zhan)附形成的過程是(shi)切(qie)(qie)削(xue)刃先出(chu)現小面(mian)(mian)積(ji)粘(zhan)附逐漸大面(mian)(mian)積(ji)粘(zhan)附，磨(mo)(mo)粒(li)(li)(li)微細破碎(sui)，然后磨(mo)(mo)粒(li)(li)(li)破碎(sui)脫落，鈦合金磨(mo)(mo)削(xue)區產(chan)生塑性變形。磨(mo)(mo)粒(li)(li)(li)與工(gong)件(jian)相互粘(zhan)結，這中(zhong)間(jian)既有(you)(you)物理吸(xi)附作用，又有(you)(you)化(hua)學吸(xi)附作用，在(zai)加上相對(dui)滑(hua)擦(ca)的剪切(qie)(qie)力(li)(li)，被加工(gong)材料向磨(mo)(mo)粒(li)(li)(li)轉(zhuan)移，這是(shi)砂輪粘(zhan)附的整個過程。

砂輪粘附極易造成堵塞，使磨(mo)削(xue)區溫(wen)度升高，磨(mo)削(xue)表面沿工件層發生分布(bu)型磨(mo)削(xue)燒傷，伴有變質層和殘余應力。

磨(mo)削冷卻過(guo)程中(zhong)在(zai)磨(mo)削深(shen)度(du)(du)(du)較大時(shi)，磨(mo)削表面所產生的氧化(hua)膜密度(du)(du)(du)達到(dao)超過(guo)臨界(jie)溫度(du)(du)(du)，磨(mo)削弧(hu)區溫度(du)(du)(du)就(jiu)會因磨(mo)削液的成膜沸騰(teng)而(er)急劇升(sheng)高(gao)，冷卻效果變(bian)差。當升(sheng)高(gao)的溫度(du)(du)(du)超過(guo)了普通磨(mo)料所能承受的極限時(shi)，磨(mo)粒會因軟化(hua)破壞而(er)脫落。所以需要選(xuan)用新(xin)型的超硬砂輪，進一步增加磨(mo)削弧(hu)區的高(gao)溫耐受程度(du)(du)(du)。

5鈦合金(jin)磨削表面(mian)完(wan)整(zheng)性(xing)分析

表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)完整性是評價(jia)工業(ye)產品表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)質(zhi)量(liang)的(de)(de)一個重(zhong)要指標。機械加工的(de)(de)根本任務就(jiu)是在特(te)定條(tiao)件(jian)(jian)下將工件(jian)(jian)轉化(hua)為(wei)能完成特(te)定功(gong)能的(de)(de)零(ling)(ling)件(jian)(jian)，而(er)零(ling)(ling)件(jian)(jian)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)質(zhi)量(liang)是影(ying)響(xiang)其使用(yong)性能的(de)(de)主(zhu)要因素。表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)完整性就(jiu)是指表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)粗糙(cao)度，表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)殘(can)余應力，表(biao)(biao)(biao)層(ceng)組織(zhi)狀(zhuang)態的(de)(de)完好(hao)程(cheng)度。包(bao)括(kuo)零(ling)(ling)件(jian)(jian)加工后的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)紋理(li)，表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)冶(ye)金質(zhi)量(liang)。表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)紋理(li)主(zhu)要包(bao)括(kuo)粗糙(cao)度，波紋度，宏觀(guan)裂(lie)紋，皺褶(zhe)和撕裂(lie)。表(biao)(biao)(biao)層(ceng)冶(ye)金質(zhi)量(liang)主(zhu)要包(bao)括(kuo)微觀(guan)結(jie)構變化(hua)，在結(jie)晶層(ceng)，晶格(ge)間腐蝕微觀(guan)裂(lie)紋殘(can)余應力，合金貧化(hua)等。

6試(shi)驗結論

綜上所述，在(zai)生產實踐(jian)中(zhong)(zhong)通過仔(zi)細(xi)觀察，測量鈦(tai)合(he)金(jin)磨(mo)削表面完整性的變化(hua)(hua)，調整合(he)適的磨(mo)削參數，選用(yong)物理方法(fa)和化(hua)(hua)學方法(fa)進一步改善磨(mo)削過程中(zhong)(zhong)的散熱(re)以(yi)及潤滑性。最終選擇碳(tan)化(hua)(hua)硅、陶(tao)瓷結(jie)合(he)劑、80#粒度(du)、較(jiao)軟硬度(du)或者中(zhong)(zhong)等硬度(du)，組織較(jiao)松的大氣(qi)孔砂輪是加工(gong)鈦(tai)合(he)金(jin)磨(mo)削的最優(you)化(hua)(hua)方案。

7磨削加工中安(an)全(quan)操作規程(cheng)

7.1安裝砂輪

1)對(dui)砂(sha)輪(lun)進行(xing)全面檢查，發現砂(sha)輪(lun)質量、硬(ying)度和外觀裂(lie)紋缺(que)陷時不能(neng)使用。2)法蘭盤與(yu)砂(sha)輪(lun)之間要墊好襯墊。3)直徑大于(yu)(yu)或等(deng)于(yu)(yu)200mm的砂(sha)輪(lun)裝上砂(sha)輪(lun)卡盤后，應先進行(xing)靜平衡。

7.2操作中(zhong)

1)操作時(shi)要戴防護眼(yan)鏡。2)檢查砂(sha)輪是否松(song)動、有裂紋、防護罩是否牢固、可靠(kao)，發(fa)現問題時(shi)不(bu)準(zhun)開(kai)動。3)砂(sha)輪轉速(su)不(bu)準(zhun)超限，進(jin)給前要選擇合理的吃(chi)刀量，要緩慢進(jin)給。4)裝卸工(gong)件時(shi)，砂(sha)輪要退(tui)(tui)到安全(quan)位置(zhi)。5)砂(sha)輪未(wei)退(tui)(tui)離工(gong)件時(shi)，不(bu)得停止砂(sha)輪。