多孔金属结合剂CBN砂轮的研制及其高效磨削加工钛合金研究

通过添加造孔剂碳酸氢钠颗粒至超硬磨料砂轮工作层,制备兼具高锋利度、大容屑空间、长寿命的新型CBN砂轮,旨在解决钛合金材料高效磨削过程中,加工效率低、工件表面易烧伤、砂轮磨损严重等问题。通过开展钛合金干式磨削试验,对比分析绿色碳化硅砂轮和新型多孔CBN砂轮在不同磨削用量条件下的材料去除率、磨削温度、砂轮及工件表面形貌。研究结果表明:结合金属结合剂对CBN磨粒浸润效果和节块弯曲强度方面分析,砂轮中石墨质量分数优化为10%。相同磨削用量条件下,多孔CBN砂轮最高磨削温度为250℃,是碳化硅砂轮的41.6%。此外,多孔CBN砂轮的材料去除率和磨削比分别为碳化硅砂轮的4倍和2倍,且表面粗糙度更低。因此,采用新型多孔CBN砂轮磨削钛合金,能够达到提升磨削加工效率,改善磨削加工表面质量,增大砂轮使用寿命的目的。

多孔金属结合剂CBN砂轮孔隙结构对磨料层胎体力学性能的影响

为解决多孔金属结合剂CBN砂轮在高孔隙率下的强度下降问题,采用球形尿素颗粒为造孔剂,制作孔径、孔形和孔隙可控的多孔金属结合剂砂轮磨料层胎体,研究不同载荷情况下的孔隙率和孔隙排布等孔隙结构因素,对多孔金属结合剂磨料层胎体力学性能的影响规律。结果表明:孔隙有序排布时的胎体弹性模量要小于孔隙无序排布的;胎体材料的屈服强度随孔隙率增大而下降;在相同孔隙率下,孔隙有序排布的胎体,在纵向受压、孔隙正向排布的情况下屈服强度更高。

基于开放孔隙的钎焊CBN多孔砂轮研制与磨削加工性能

为解决钛合金磨削过程中存在的加工效率低、工具寿命短、加工表面质量差等问题,采用冷压成型和高温钎焊技术研制集孔隙率高、耐磨性好和自锐性能优异等特点于一体,基于开放孔隙的钎焊CBN多孔超硬磨料砂轮。完成该砂轮的开放孔隙结构设计与制备,开展钛合金磨削加工性能和磨损试验研究,分析磨削用量参数对钛合金加工性能的影响规律,揭示其自锐性能以及其对工件表面质量的影响。结果表明:当CBN砂轮孔隙尺寸和孔隙率分别为0.6~0.8 mm和40%时,砂轮工作层节块能获得较优的力学性能和较大的容屑空间;与磨削速度30 m/s相比,当磨削速度为80 m/s时,多孔CBN砂轮拥有更为稳定的磨削力比,处于1.5~2.2;随着累计材料去除体积的增大,砂轮表面动态有效磨刃数趋于一致,加工表面粗糙度快速降低并逐渐稳定。

多孔复合结合剂立方氮化硼砂轮磨损特性

针对难加工材料高效磨削砂轮难以满足高气孔率与高强度要求问题,基于氧化铝空心陶瓷球颗粒造孔与增强,开发了一种新型多孔复合结合剂立方氮化硼(Cubic boron nitride,CBN)砂轮。开展了镍基高温合金磨削试验,分别从磨削力、砂轮径向磨损量、磨损形貌过程等方面分析多孔砂轮的磨损特性,并与白刚玉砂轮进行对比。研究表明:多孔复合结合剂CBN砂轮磨削高温合金的磨削力和磨削温度均小于白刚玉砂轮;当单位材料去除率为4 mm3/(mm·s)时,多孔复合结合剂CBN砂轮的磨削比是白刚玉砂轮的6倍;多孔复合结合剂CBN砂轮磨削高温合金的磨损形式主要是磨粒磨耗磨损、磨粒及结合剂破碎磨损及黏附磨损,磨损过程伴随新磨粒与气孔的出露。相比之下,白刚玉砂轮黏附堵塞现象严重,砂轮磨损快,工件表面质量难以保证。

磨粒有序多孔立方氮化硼砂轮高效磨削高温合金烧伤研究

针对高温合金高效磨削过程中存在磨削烧伤问题,基于氧化铝空心球造孔与高温钎焊技术,研制了多层磨粒有序排布的多孔立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,简称CBN)砂轮,开展了高效磨削GH4169镍基高温合金试验研究,分析了缓进给磨削中工件表面突发性烧伤特征,并提出采用添加石墨导流块来抑制工件烧伤策略。研究结果表明:添加石墨块导流后,缓进深切磨削砂轮最大材料去除率可提高3倍以上。当切深为0.2mm时,高速磨削时砂轮最大材料去除率可达20mm3/(mm·s)。当材料去除率为2mm3/(mm·s)时,随着磨削速度增大,磨削温度先下降后上升,当vs=80m/s时磨削温度最低。越过临界速度100m/s,磨削温度则呈下降趋势。

多孔复合结合剂立方氮化硼砂轮制备与磨削性能

针对高温合金高效磨削用砂轮气孔率不高、砂轮耐磨性差等问题,基于空心球造孔与高温钎焊技术,提出多孔复合结合剂立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,简称CBN)砂轮制备方法。从砂轮结构设计、砂轮节块制备工艺、砂轮粘接与修整等方面加以阐述,最后对该砂轮高效磨削高温合金磨削性能进行评价。在磨削速度为80m/s、磨削深度为0.2 mm的工艺条件下,多孔CBN砂轮最大材料去除率可达50 mm3/mm·s,这表明该新型多孔CBN砂轮在镍基高温合金高效深切磨削中具有应用潜力。