钛合金TC4电火花诱导可控烧蚀高效磨削技术研究.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252012V01．33No．81524—1530ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educahkxb@buaa．edu．ca文章编号：1000—6893(2012)08—152407钛合金TC4电火花诱导可控烧蚀高效磨削技术研究王琳，刘志东”，邱明波，田宗军，于建元南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016摘要：利用大部分金属尤其是难加工金属的可燃特性，开发一种钥对难加工金属材料的新加工工艺——电火花(EDM)诱导可控烧蚀

2、高效磨削技术。采用开槽导电砂轮进行磨削加工，首先利用导电区域与加工材料产生电火花诱导放电并通入助燃氧气，使材料表面产生电火花引燃烧蚀并软化，然后将已烧蚀和软化的材料磨除，对钛合金TC4进行烧蚀磨削试验，并与常规电火花磨削和机械磨削进行对比．分析了材料去除率(RMM)、表面质量和机床主轴电机功率变化等指标。结果表明，在试验条件下，烧蚀磨削在放电利用率提高的同时可获得表面粗糙度为0．59肛m的加工表面，与机械磨削的表面粗糙度值相近，而相同条件下电火花磨削的表面粗糙度为1．29Fm。由于烧蚀后产生了软化层，在切深小于软化层厚度的条件下。相对于电火花磨削和机械磨削状况

3、，烧蚀磨削主轴电机功率相比空载时的增热值分别降低了95．2％和96．8％。此工艺方法可大大提高难加工材料的可磨削性能。关键词：钛合金；电火花；烧蚀；磨削；表面质量中图分类号：V261．6+1；TG661文献标识码：A钛合金是典型的难加工金属材料，其切削性能较低[】。1。国内外提出多种磨削方法解决钛合会的加工难题，如强冷磨削技术、低温电解在线砂轮修整(ElectrolyticInprocessDressing，ELID)磨削技术、缓进给磨削技术以及高效深磨技术等口。1⋯，但这些都属于传统机械加工方法，加工能量主要依靠机械能，加工时存在机械磨削力大、机床刚性要求高

4、、刀具易磨损等问题。本文利用大部分金属尤其是难加工金属的可燃特性，提出一种电火花(ElectricalDischargeMachining，EDM)诱导可控烧蚀难加工金属材料的高效磨削加工的新方法阻⋯。利用导电砂轮与难加工金属材料之问的火花放电诱导作用，同时通入助燃氧气形成表层金属的烧蚀，并使表层发生软化，之后在砂轮的机械磨削作用下磨除已烧蚀及软化的金属材料。l加工原理加工原理如图1所示，由于钛合金在水溶性工作液中采用正极性电火花加工时表面会发生阳极氧化产生氧化膜，影响加工表面外观，因此试验中均采用负极性加工。开槽导电砂轮和钛合金TC4分别接脉冲电源正、负极，

5、两者输出端接示波器，以采集放电波形。加工区域持续充人复合工作液及氧气，由于砂轮是开槽的，因此通过控制砂轮转速、氧气流量和压力可以实现加工区域内氧气的可控输入，从而形成可控烧蚀。采用顺磨的力Ⅱ工方式，同时钛合金工件在驱动工作台的带动下以恒速进给。磨削力的变化可通过主轴电机扭矩来近似衡量。收稿日期：2011—10．24；退修日期：2011-11—29；录用日期：2012-01—11；网络出版时间：Z012—02-0109：42网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929V．201202010942006html基金项目：国家自然科学基

6、金(51175256)；航空科学基金(2011ZE52060)；江苏省自然科学基金(BK2011732)*通讯作者．Tel，：025—84892520E-mail：IiutIm@nuaa．edu．crt}

7、屑梧武；WangL，LIuZD．QiuM8，eta1．StudyofT04controllableburnedefficientgrindingmducedbyelectricaldischargemachining·ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2012，33(8)：1524．1530王琳，朗志东，邱葫渡．等．钛合

8、金TC4电火花诱导可控绕蚀高效窘哦技术研究航空学报，2012，33(8)：1524—1530．F琳等：钛合金Tc4电火花诱导可控烧蚀高效磨削技术研究P。一。L力／9550(1)式中：P。为有效功率；T。为有效扭矩；”为电机的转速。由式(1)可知u‘，当主轴电机转速恒定时，扭矩与功率存在对应关系，因而试验可通过不同加工条件下主轴电机功率的变化来近似衡量磨削力的斗t并scopeliquid)ment4Tablc图1钛合金口]控烧蚀磨削试验原理图Fig．1Titaniumalloycontrollableburnedgrindingsche—maticdiagram

9、具体加工从微观上分为3个过程：首先，如