纺织机械零件脉冲电化学去毛刺工艺

作者:xingyang                         时间：2010-12-02

轴承及轴承相关技术文章（轴承型号查询网提供） 关键字：轴承,刀具 1 引言高温合金是多组元复杂合金，具有优良的高温强度和热稳定性，在600～1100℃的氧化和燃气腐蚀条件下能长期工作，因而被广泛应用于航空、宇航、船舶及化学工业中。工业生产中通用的高温合金分为铁基、镍基和钴基三类，本文研究的为ВЖЛ1型(以下简写为此代号)镍基高温合金。 由于高温合金通常作为关键器件在高温和复杂应力条件下长期工作，为了获得良好的性能，在加工过程中通常需添加各种元素和采用强化工艺，使得高温合金的切削(磨削)加工性能较差，主要体现在： 磨削高温合金时，砂轮磨粒有较严重的磨耗磨损和粘附堵塞，磨削比很低(普通砂轮的磨削比G=1～2)； 由于镍基高温合金材料中含有高熔点合金元素，具有碳化物相及金属间化合物g"相和g'相，易产生强烈的塑性变形，因而磨削力比一般钢料大得多； 由于高温合金的热导率很低，因而磨削时传入工件的热量百分比较低，且热量集中在极薄的磨削表面层，使得磨削温度很高； 在磨削力和温度的综合作用下，产生磨削烧伤，表面质量不易保证。ВЖЛ1是沈阳黎明航空发动机集团研制的一种新型铸造镍基高温合金，实际生产中的加工性能较差，为了提高大批量生产的加工效率和质量，降低成本，研究其磨削加工性能具有十分重要的意义。 2 ВЖЛ1的化学成分和力学性能ВЖЛ1的成份复杂，主要为镍(约≥60%)及Cr、W、Mo、Ti.、Al、C等几种元素，对一些微量组份(例如S、P、Mn、Si等)进行严格的控制，使其具有良好的高温强度和热稳定性，常温下拉伸强度sb≥670MPa，布氏硬度为300～600。ВЖЛ1各组成成份的含量见表1。 表1 ВЖЛ1合金含量组成,%元素 C Cr W Mo Ti Al Ni Fe B Si S P 含量 0.10-0.17 15.0-17.0 2.0-2.5 3.5-5.0 2.0-3.0 2.0-2.8 基 ≤3.5 ≤0.13 ≤2.0 ≤0.02 ≤0.023 ВЖЛ1磨削性能的实验实验条件 试件：43.5×25×240mm铸件；实验磨削面尺寸：磨削长度l=43.5mm，磨削宽度b=10.0mm；加工设备：液压万能工具磨床MYA6025，内圆工具磨床MD215。 磨具材料：平磨125×32×15粒度100#CBN砂轮(浓度100%)，125×32×15粒度180#CBN砂轮(浓度100%)，125×32×15粒度80#白刚玉砂轮；内圆磨f10粒度120#CBN砂轮，f10粒度180#CBN砂轮(浓度100%)。 测试仪器采用Kistler压电三向动态测力仪9257B，Kistler电荷放大器5007，数据采样系统采用12位A/D接口卡，486微机，数据采集处理软件系统。 实验方案 磨削正交实验中，依据二因素三水平正交实验方案(见表2)用180#CBN砂轮进行磨削。 表2 磨削正交实验及结果实验号 Frmm Vsm/s FtN FnN 1 0.01 17.52 17.45 27.21 2 0.01 25.96 12.60 23.22 3 0.01 32.45 7.97 15.64 4 0.02 17.52 30.02 45.56 5 0.02 25.96 23.05 39.46 6 0.02 32.45 15.72 25.74 7 0.03 17.52 42.69 62.30 8 0.03 25.96 33.84 55.45 9 0.03 32.45 25.92 44.49磨削力随磨削过程变化实验方案，分别用新修整过的WA 80#、CBN 100#、CBN 180#砂轮进行实验，记录实验的磨削力。方式：逆磨，实验次数：80～100次，参数：Vs=25.8m/s，Fr=0.01mm，VW=0.67m/min。 修整方案，先进行修圆，采用金刚石笔修整法。白刚玉砂轮修整参数为：粗修Vs=25.8m/s，Fr=0.02mm，Fa=1mm/s，2次；精修Vs=25.8m/s，Fr=0.01mm，Fa=1mm/s，2次；光修Vs=25.8m/s，Fr=0mm，Fa=1mm/s，2次；CBN砂轮的修整方案为：精修Vs=25.96m/s，Fr=0.01mm，Fa=1mm/s，4次；光修Vs=25.96m/s，Fr=0mm，Fa=1mm/s，2次。 内圆磨削工艺实验 分别采用外径为f10的CBN120#和CBN180#的内圆磨砂轮对内孔径为f10的试件进行磨削工艺实验，磨削砂轮的转速为24000r/min，加切削液，测定粗糙度进行比对，然后检验加工质量，作为实际生产中的应用依据。磨削力经验公式 通过采用正交实验和多元线性分析可以得到磨削力经验公式为 Ft=104.32Fr0.924Vs-1.003Fn=104.00Fr0.823Vs-0.741式中Ft、Fn的单位为N，Fr的单位为mm，Vs的单位为mm/s。受实验条件的限制，把平台的移动速度固定为VW≈0.67m/min。[img]http://www.c-cnc.com/news/file/2008-4/200841811188.gif[/img]图1 进给量对磨削切向力的影响示意图 [img]http://www.c-cnc.com/news/file/2008-4/2008418111910.gif[/img]图2 进给量对磨削径向力的影响示意图 [img]http://www.c-cnc.com/news/file/2008-4/2008418111919.gif[/img]图3 白刚玉砂轮磨削时磨削力随磨削过程的变化 [img]http://www.c-cnc.com/news/file/2008-4/2008418111929.gif[/img]图4 采用CBN100#磨料时磨削力随磨削过程的变化 [img]http://www.c-cnc.com/news/file/2008-4/2008418111937.gif[/img]图5 采用CBN180#磨料时磨削力随磨削过程的变化根据磨削力经验公式和进给量对磨削力的影响示意图(见图1、2)可以看出，用CBN 180#磨削ВЖЛ1的过程中，磨削力并不大，它随进给量Fr的增大而增大，随砂轮磨削速度的增大而明显降低，因此进给量对磨削力影响十分显著。 磨削力随磨削过程变化的结果分析 白刚玉进行磨削加工时的磨削力变化过程 变化过程曲线如图3所示。图中分别伴随以Ft、Fn的曲线为Ft和Fn的趋势线。在用刚玉砂轮进行加工的过程中，磨削力一直增大，在全部磨削过程中伴随有较严重的粘附现象，相当于一个磨损钝化的砂轮在磨削时，有时会因部分磨粒的脱落而使磨削力在一段时期内下降，到最后阶段砂轮的表面基本都被磨削材料覆盖，造成粘附的金属与被磨零件表面接触，因此Fn方向的力急剧增加，而Ft方向的力由于变成了滑动摩擦，故而变化不大。 虽然用刚玉砂轮磨削时磨削力不断增加，但在80次以前磨削力并不大，说明刚玉砂轮材料在少量磨削的情况下还是比较锋利的，效率较高，但在大量磨削情况则不易采用。 CBN 100#磨削加工时磨削力的变化变化过程的曲线如图4所示，图中分别伴随以Ft、Fn的曲线为Ft和Fn的趋势线。由图可见，用刚修整过的砂轮磨削时，初期磨削力相对较小，随后磨削力迅速增至最大值，达到一定磨削力后再继续磨削，磨削力又有一定程度的降低，并达到一个较长的稳定阶段。工艺系统弹性变形使刀及刚修过的砂轮表面容易脱落，磨削力降低，实际磨削深度增大。由于砂轮表面磨粒数已基本稳定，磨粒迅速钝化，当磨削力不断增大到超过粘结剂及磨粒所能承受的程度时，磨粒开始脱落，使参与磨削的有效磨粒数减少，因而磨削力又有一定程度的下降，在降到一定程度后开始达到稳定状态，稳定状态开始的次数约为20～30次。CBN砂轮的稳定状态较长，说明CBN砂轮的耐磨性较好，磨粒不易磨钝。 磨削加工时磨削力的变化 如图5所示，变化过程的曲线中同样伴随线为Ft、Fn的趋势线。由图可见，用CBN180#砂轮磨削时的磨削过程变化与CBN100#磨削过程基本相同。不同的是，CBN180#砂轮磨削力要小得多，这主要是磨削过程中磨粒更容易脱落，使得参与磨削的磨粒数减少，因此磨削力小。砂轮的磨削及磨损状况 砂轮的表面状况 在磨削高温合金的过程中都伴随一定的粘附。刚玉磨料的粘附较为严重，原因是用刚玉磨削时，诸如Cr2O3、Al2O3等均属六方系统，有a-Al2O3结构，其点阵参数相近，会使Al、Cr、Ti等通过其表面氧化物与刚玉形成较强的粘附，只要用刚玉磨削高温合金，不管采取多大的磨削用量都会发生粘附；增大磨削深度ap会导致磨削力和磨削温度增大，粘附会相应增加。用CBN磨料磨削时，只有轻微的粘附现象，由于CBN砂轮的自锐性比较好，故两种砂轮的磨削力可以保持长期稳定阶段，说明了CBN砂轮对ВЖЛ1材料有良好的磨削性能。 砂轮的磨损 用几种磨料磨削ВЖЛ1的磨削比如表3所示。用白刚玉或单晶刚玉磨削高温合金的磨削比通常比较低，而CBN100#砂轮在相同条件下有较高的磨削比，说明其磨削性能好；CBN180#砂轮磨削比较低，说明其良好的自锐性使表面的粘附少，适于对ВЖЛ1的精加工。表3 磨削比磨料 WA80# CBN100# CBN180# 磨削比(G) 1.174 8.92 1.11 注：磨削条件Vs=25.8m/s，Fr=0.01mm，VW=0.67m/min。磨削表面加工质量 磨削表面粗糙度与砂轮的单位面积磨粒数、磨粒分布及切削痕迹有关。在本次实验的粗糙度测试中，在相同条件下用三种磨料分别对高温合金ВЖЛ1和K24进行磨削，其磨削情况的对比见表4。对高温合金的有进给平磨磨削中，CBN砂轮的磨削质量没有明显的改善，尤其在使用CBN180#的加工中，表面质量有所下降，说明在有进给加工中磨削效果较差，建议在生产中的最后精加工工序中采用精磨或无进给光磨，以提高其表面质量。 表4 ВЖЛ1和K24的表面质量对比(Ra/μm) 高温合金 磨料 WA80# CBN100# CBN180# ВЖЛ1 1.06 1.0 1.93 K24 1.01 0.886 1.43内圆磨削工艺实验结果及分析 在ВЖЛ1内圆磨削时，为应用CBN砂轮提供实验依据和经验加工参数，特别用两种CBN砂轮对孔径为f的试件进行了工艺实验，实验结果见表5。从表中可以看出，用CBN内圆磨砂轮加工ВЖЛ1高温合金表面质量良好，粗糙度有明显的改善(磨削加工中磨削液的选择 表5 内圆磨实验的表面质量实验号 Ra (μm) a 3.72 b 1.35 c 0.70 d 0.168 注：a未经加工的试件，b用CBN120#粗加工的试件，c在实验b基础之上用CBN180#加工的试件，d在实验c基础之上进行研磨抛光的试件，磨削条件为：加磨削液，加工速度为24000r/min。由于高温合金的导热性能较差，磨削时传入工件热量的百分比较低，磨削中产生的大量热量集中在极薄的磨削表面层，因而磨削温度很高，易使表面烧伤，产生烧伤裂纹，当表面金属收缩时，受内部金属的牵制，使磨后工件表面呈有害的拉应力，磨削精度降低，因此磨削时应注意在切削液充足的条件下进行，以便带走较多的切削热及冲洗试件和砂轮表面，从而获得较好的磨削质量。一般采用油基磨削液喷注冷却，以减少砂轮阻塞。 磨削用量的合理选择 在高温合金ВЖЛ1的磨削加工中，一般采用较小的磨削余量、适中的工件速度和中等偏上的砂轮速度。磨削所留的余量应该比磨削碳钢时小一些，以减小磨削工作量，粗磨时一般留0.15～0.3mm，精磨时留0.03～0.05mm。实验表明，砂轮的线速度在25～30m/s左右时加工效果较好，也可采用高速磨削(40～60m/s)，这样金属切除率和磨削比将大大提高，但必须具备相应的设备和技术措施。工件速度对磨削烧伤影响较大，磨削高温合金时应适当提高工件速度，但不宜过高，否则会引起自激震荡。4 结语通过对镍基高温合金ВЖЛ1的磨削特性进行的实验研究，获得了不同磨料下磨削力、磨削表面状况和磨削比等基本特性随磨削过程变化的情况，得出了精磨时磨削力随磨削参量变化的经验公式，为生产实际提供了可靠的依据，在实际应用中得到了良好的效果。

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