CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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弹性磁极磨头磁力研磨TC4钛合金的工艺优化

任泽 朱永伟 董彦辉 盛鑫 王科荣

任泽, 朱永伟, 董彦辉, 盛鑫, 王科荣. 弹性磁极磨头磁力研磨TC4钛合金的工艺优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2023, 43(2): 257-264. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0101
引用本文: 任泽, 朱永伟, 董彦辉, 盛鑫, 王科荣. 弹性磁极磨头磁力研磨TC4钛合金的工艺优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2023, 43(2): 257-264. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0101
REN Ze, ZHU Yongwei, DONG Yanhui, SHENG Xin, WANG Kerong. Process optimization of magnetic grinding TC4 titanium alloy with elastic magnetic pole grinding head[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2023, 43(2): 257-264. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0101
Citation: REN Ze, ZHU Yongwei, DONG Yanhui, SHENG Xin, WANG Kerong. Process optimization of magnetic grinding TC4 titanium alloy with elastic magnetic pole grinding head[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2023, 43(2): 257-264. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0101

弹性磁极磨头磁力研磨TC4钛合金的工艺优化

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0101
基金项目: 国家自然科学基金委员会-浙江省人民政府两化融合联合基金(U20A20293)。
详细信息
    通讯作者:

    朱永伟,男,1967年生,教授、博士生导师。主要研究方向:纳米材料的制备与应用、精密超精密加工等。E-mail:meeywzhu@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: TG58;TG74

Process optimization of magnetic grinding TC4 titanium alloy with elastic magnetic pole grinding head

  • 摘要: 尽管磁力研磨具有随形加工特性,但使用小磨头磁力研磨大扭曲度工件时,磨头在工件不同位置处的间隙差异,给磁力研磨加工带来了挑战。为了改善磁力研磨的加工表面质量,进一步减小工件间隙差异对表面粗糙度的影响,设计了一种以聚氨酯弹性体为磁极载体的弹性磁极磨头,对其磁场进行仿真分析并验证。在试验中使用黏结法制备的金刚石磁性磨料,比较不同加工间隙下聚氨酯弹性磁极磨头与普通磁极磨头的研磨加工性能,探索主轴转速、进给速度和磨料粒度对钛合金表面粗糙度的影响规律。结果表明:在工艺参数相同的情况下,聚氨酯弹性磁极磨头的加工性能优于普通磁极磨头的;使用聚氨酯弹性磁极磨头,在主轴转速为800 r/min,加工间隙为2.0 mm,进给速度为5 mm/min,磨料粒径范围为62~90 μm时,磁力研磨加工效果最优,经过12 min的研磨加工,TC4钛合金的表面粗糙度Ra从最初的0.350 μm降至0.039 μm,表面粗糙度改善率达到89%。试验结果验证了聚氨酯弹性层的弹性及仿形特性对TC4钛合金加工表面质量的提升作用。

     

  • 图  1  弹性磁极磨头磁力研磨加工原理

    Figure  1.  Principle of magnetic grinding with elastic magnetic pole grinding head

    图  2  磁场设计原理图

    Figure  2.  Schematic diagram of magnetic field design

    图  3  磁场仿真分析图

    Figure  3.  Magnetic field simulation analysis diagram

    图  4  金刚石磁性磨料

    Figure  4.  Diamond magnetic abrasive

    图  5  磁力研磨装置

    Figure  5.  Magnetic grinding device

    图  6  不同磁极磨头加工前后实物表面对比

    Figure  6.  Surface comparison of different magnetic pole grinding heads before and after machining

    图  7  TC4钛合金磁力研磨前后表面微观形貌

    Figure  7.  Surface morphology of TC4 titanium alloy before and after finishing

    图  8  不同加工间隙下表面粗糙度随时间的变化

    Figure  8.  Changes of surface roughness with time under different machining clearance

    图  9  不同主轴转速下表面粗糙度随时间的变化曲线

    Figure  9.  Variation curves of surface roughness with time at different spindle speeds

    图  10  不同进给速度下表面粗糙度随时间的变化曲线

    Figure  10.  Variation curve of surface roughness with time under different feed speed

    图  11  不同磨料粒径范围下表面粗糙度随时间的变化曲线

    Figure  11.  Variation curve of surface roughness with time under different abrasive particle sizes

    表  1  试验条件

    Table  1.   Experimental conditions

    参数数值或规格
    工件Ti-6Al-4V
    磨料粒径范围 d / μm90~180, 62~90, 45~62
    研磨液型号SAE15W-40润滑油
    永磁铁牌号N35
    主轴转速 n / (r·min−1)500, 800, 1 250
    加工间隙 a / mm1.5, 2.0, 2.5
    进给速度 f / (mm·min−1)5, 10, 15
    研磨时间 t / min12
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-30
  • 修回日期:  2022-08-24
  • 录用日期:  2022-09-21
  • 刊出日期:  2023-04-20

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