1鈦合金材料性能分析
鈦合金的種類大致分為三類，α鈦合金、β鈦合金、α+β鈦合金。具有比重小，比強(qiáng)高，耐高溫，耐腐蝕、超記憶，無磁性，彈性模量低，生物相容性號(hào)，這一系列優(yōu)良的使其在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。鈦的熔點(diǎn)為1668℃，沸點(diǎn)為3400℃，高于鎳鐵，因此，輕型耐熱成為了其優(yōu)良的基礎(chǔ)，可在500℃下長(zhǎng)期工作。新型鈦合金長(zhǎng)期工作溫度還要高，在300-350℃下其強(qiáng)度比鋁合金高10倍。常用α+β鈦合金強(qiáng)度達(dá)到1.2GPa，比重0.44MPa，比強(qiáng)度23-27，均高于合金鋼。鈦合金的抗拉強(qiáng)度可超過1.5GPa，對(duì)其加工必須施加很大的力，是典型的難加工材料。
鈦的熱導(dǎo)系數(shù)為0.036cal，TC11鈦合金的導(dǎo)熱性能更差。鈦的彈性模量約為鋼的1/2，加工時(shí)回彈性大，容易振動(dòng)。
鈦合金中含有氧，氫、氮、碳，有時(shí)還包括硅，鐵等雜質(zhì)元素，這些元素進(jìn)行了強(qiáng)烈的反應(yīng)，以間隙式存在于晶格中，可使鈦合金強(qiáng)度提高，塑性下降，甚至使斷裂韌性、低溫韌性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性、冷成型和可焊性變壞。鈦合金在高溫中化學(xué)性極高，在一定磨削溫度下，鈦形成氧化，氮化保護(hù)膜，使表面層硬化變脆，降低了彈性，加大了加工硬化程度，磨削時(shí)容易貼附，堵塞砂輪，造成磨削過熱，表面完整性降低。
2鈦合金磨削砂輪的選擇
2.1鈦合金磨削要求砂輪粘附小，磨損小，不易堵塞，磨削溫度低
這主要包括磨料的粒度結(jié)合劑組織形狀尺寸。普通砂輪由磨料結(jié)合劑和氣孔組成。磨料作用是磨削被加工材料形成符合要求的表面。結(jié)合劑的作用是把磨料粘結(jié)到一起，形成一定形狀和硬度，使磨粒在磨削過程中保持穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)軌跡，并能自脫。氣孔是在磨削進(jìn)程中起到排屑，冷卻兼有潤(rùn)滑作用。普通磨料包括剛玉系列（氧化鋁），和碳化硅系列。磨削鈦合金應(yīng)選擇碳化硅砂輪。
2.2結(jié)合劑的選擇結(jié)合劑分樹脂和陶瓷兩種：
1）陶瓷結(jié)合劑顆粒能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性好，防水，耐熱，耐腐蝕，磨損小，長(zhǎng)時(shí)間保持磨削性能，具有多孔性，不易堵塞，生產(chǎn)率高。脆性大，不能經(jīng)受較大沖擊負(fù)荷。
2）樹脂結(jié)合劑砂輪強(qiáng)度高，有彈性，耐沖擊好，熱穩(wěn)定性差，耐腐蝕性差，高溫下會(huì)軟化失去強(qiáng)度。磨削鈦合金應(yīng)選陶瓷結(jié)合劑砂輪。
2.3粒度的選擇磨削鈦合金通常采用36#-80#粒度。
2.4砂輪組織硬度磨削鈦合金通常應(yīng)選擇較軟硬度或者中等硬度，組織較松的大氣孔砂輪。
3鈦合金磨削過程中磨削力的分析在用碳化硅、氧化鋁砂輪磨削鈦合金時(shí)，磨屑易貼附于砂輪表面，磨削力較大，砂輪磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致工件表面質(zhì)量下降。
1）磨削力與各磨削參數(shù)之間的關(guān)系。選擇合理的磨削參數(shù)以控制磨削力大小，進(jìn)而改善磨削質(zhì)量，是鈦合金磨削的關(guān)鍵，鈦合金磨削過程中的磨削力是有切削和摩擦兩部分組成的，這兩部分所占有的比例各有不同。鈦合金的磨削中切屑變形力是主要的，占了磨削力中大部分約為摩擦力的三倍。但與一般金屬材料相比，其摩擦力所占的比例大得多。這與鈦合金材料的性質(zhì)有很大的關(guān)系，鈦合金彈性模量小，熱導(dǎo)率低，化學(xué)活性高，粘，韌。在磨削中砂輪粘附嚴(yán)重，導(dǎo)致摩擦力增加。而摩擦力受砂輪線速度影響小，受磨削深度影響大。所以，要控制磨削力，因采用適當(dāng)?shù)哪ハ魃疃群湍ハ骶€速度。鈦合金磨削中摩擦系數(shù)隨線速度增加而增加。在摩擦學(xué)中，摩擦系數(shù)與相對(duì)滑動(dòng)的關(guān)系。只有當(dāng)載荷趨大時(shí)，摩擦系數(shù)才有隨滑動(dòng)速度增加而增大的趨勢(shì)。在磨削中，每個(gè)磨粒承受了相當(dāng)大的應(yīng)力。所有摩擦系數(shù)受磨削參數(shù)變化影響很大。
2）切屑變形力與磨削深度的線性關(guān)系由于存在著尺寸效應(yīng)，從斷裂力學(xué)基本原理出發(fā)，事實(shí)上磨削過程是裂紋擴(kuò)張過程。尺寸效應(yīng)主要由磨削力中的切屑變形力引起。而金屬磨除率與法向磨削力的關(guān)系，其實(shí)并不止取決于工件材料和砂輪的修整情況，因?yàn)橥瑯哟嬖诔叽缧?yīng)的影響。
3）磨削深度對(duì)金屬磨除比影響很大，這是由于尺寸效應(yīng)的作用。工件速度影響要小的多，使得法向力與金屬磨除比呈非線性關(guān)系。綜合上述：磨削鈦合金材料應(yīng)選擇磨削參數(shù)：轉(zhuǎn)速45M/S，切削深0.01-0.02mm。
4鈦合金磨削燒傷機(jī)理分析
鈦合金磨削過程中存在較嚴(yán)重的砂輪粘附，磨削力和磨削溫度都很高，因而容易產(chǎn)生磨削燒傷和裂紋。用普通磨料磨削鈦合金時(shí)，即使磨削深度用量很小，磨削表面也會(huì)發(fā)生磨削燒傷和裂紋。大致表現(xiàn)為黃褐色斑，發(fā)紋狀裂紋，其方向與磨削方向垂直，用大磨削用量則表面還會(huì)有魚鱗狀皺疊和塑性變形的金屬熔敷物。這是一些什么物質(zhì)呢？我們看看碳化硅磨粒磨削鈦合金使得化學(xué)反應(yīng)式：SiC+Ti→TiC+Si。，再看看碳化硅磨粒在一定大氣溫度下氧化反應(yīng)式：SiC+2O2→SiO2+CO2。
其中一部分碳原子會(huì)向被磨削工件表面擴(kuò)散，在滑擦剪切力的作用下，SiO2氧化膜剝離，造成SiC磨粒氧化磨損，而工件表面留下氧、碳元素的擴(kuò)散層，反作用于磨粒表面產(chǎn)生失去碳弱化層，SiC磨粒硬度強(qiáng)度下降，磨削力增大，砂輪磨損加劇，磨削溫度升高在所難免。從微觀上將，磨粒和粘附形成的過程是切削刃先出現(xiàn)小面積粘附逐漸大面積粘附，磨粒微細(xì)破碎，然后磨粒破碎脫落，鈦合金磨削區(qū)產(chǎn)生塑性變形。磨粒與工件相互粘結(jié)，這中間既有物理吸附作用，又有化學(xué)吸附作用，在加上相對(duì)滑擦的剪切力，被加工材料向磨粒轉(zhuǎn)移，這是砂輪粘附的整個(gè)過程。
砂輪粘附極易造成堵塞，使磨削區(qū)溫度升高，磨削表面沿工件層發(fā)生分布型磨削燒傷，伴有變質(zhì)層和殘余應(yīng)力。
磨削冷卻過程中在磨削深度較大時(shí)，磨削表面所產(chǎn)生的氧化膜密度達(dá)到超過臨界溫度，磨削弧區(qū)溫度就會(huì)因磨削液的成膜沸騰而急劇升高，冷卻效果變差。當(dāng)升高的溫度超過了普通磨料所能承受的極限時(shí)，磨粒會(huì)因軟化破壞而脫落。所以需要選用新型的超硬砂輪，進(jìn)一步增加磨削弧區(qū)的高溫耐受程度。
5鈦合金磨削表面完整性分析
表面完整性是評(píng)價(jià)工業(yè)產(chǎn)品表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。機(jī)械加工的根本任務(wù)就是在特定條件下將工件轉(zhuǎn)化為能完成特定功能的零件，而零件的表面質(zhì)量是影響其使用性能的主要因素。表面完整性就是指表面粗糙度，表面殘余應(yīng)力，表層組織狀態(tài)的完好程度。包括零件加工后的表面紋理，表面冶金質(zhì)量。表面紋理主要包括粗糙度，波紋度，宏觀裂紋，皺褶和撕裂。表層冶金質(zhì)量主要包括微觀結(jié)構(gòu)變化，在結(jié)晶層，晶格間腐蝕微觀裂紋殘余應(yīng)力，合金貧化等。
6試驗(yàn)結(jié)論
綜上所述，在生產(chǎn)實(shí)踐中通過仔細(xì)觀察，測(cè)量鈦合金磨削表面完整性的變化，調(diào)整合適的磨削參數(shù)，選用物理方法和化學(xué)方法進(jìn)一步改善磨削過程中的散熱以及潤(rùn)滑性。最終選擇碳化硅、陶瓷結(jié)合劑、80#粒度、較軟硬度或者中等硬度，組織較松的大氣孔砂輪是加工鈦合金磨削的最優(yōu)化方案。
7磨削加工中安全操作規(guī)程
7.1安裝砂輪
1）對(duì)砂輪進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)砂輪質(zhì)量、硬度和外觀裂紋缺陷時(shí)不能使用。2）法蘭盤與砂輪之間要墊好襯墊。3）直徑大于或等于200mm的砂輪裝上砂輪卡盤后，應(yīng)先進(jìn)行靜平衡。
7.2操作中
1）操作時(shí)要戴防護(hù)眼鏡。2）檢查砂輪是否松動(dòng)、有裂紋、防護(hù)罩是否牢固、可靠，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)不準(zhǔn)開動(dòng)。3）砂輪轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)超限，進(jìn)給前要選擇合理的吃刀量，要緩慢進(jìn)給。4）裝卸工件時(shí)，砂輪要退到安全位置。5）砂輪未退離工件時(shí)，不得停止砂輪。
