硬铝合金精密磨削材料去除率的研究

2022-02-05 来源：赴品旅游

《铝加工》2019年第1期总第246期技术工程

硬铝合金精密磨削材料去除率的研究

张涵源，程仁寨

（山东南山铝材公司，山东龙口265706）

摘要：使用微粉金刚石、镍基钎料和感应钎焊技术，制作了金刚石磨头，对硬铝合金进行磨削加工。研究分析了进给载荷、磨头转速和容屑槽对硬铝合金材料去除率的影响规律，并采用正交试验，探究了在磨削过程中三种因素对材料去除率的影响强弱。试验结果表明：进给载荷越大，磨头的磨削效率越高；磨头的转速越大，磨头的磨削效率越高；磨头的容屑槽数目变化，不仅影响容屑空间的大小还影响单位时间参与磨削的磨粒数量；影响磨头的加工效率主要因素是磨头的转速，其次是容屑槽数，最后是进给载荷。

关键词：进给载荷；磨头转速；容屑槽；正交试验；加工效率中图分类号：TG146.21

doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2019.01.14

文献标识码：A

文章编号：1005-4898（2019）01-0049-04

0前言

硬铝合金是可热处理强化的合金，具有很高的

石；本试验采用的试样为硬度为150HV硬铝合金毛坯，尺寸为80mm×80mm×100mm。焊接设备为功率为15kW的超音频感应加热设备；测温仪器为光测高温计；磨削设备为立式钻床改装而成，功率为4kW，主轴转速和进给载荷都可以改变。1.2试验内容

磨削装置示意图如图1所示。

主轴电机????硬度和强度，也具有良好的塑韧性和焊接性，广泛应用于航天航空领域。但硬铝合金加工过程中容

[1]

易变形，精度很难控制，限制了其工业应用。钎

[2]

焊微粉金刚石工具是一种新型固结磨料工具，能够进行材料的小余量超精密磨削加工，得到业界广泛的关注[3-4]。使用钎焊微粉金刚石工具磨削加工硬铝合金，可以保证材料加工精度，改善表面质量，但微粉金刚石存在磨粒出露度小、加工效率低的问题[5-6]。本文研究了进给载荷、磨头转速和容屑槽对硬铝合金材料去除率的影响规律，并且探究了在磨削过程中此三种因素对材料去除率的影响强弱程度。

FF硬铝合金??????磨头1试验方法

图1磨削试验装置示意图

设计实验内容如下：

（1）磨削采用无容屑槽，磨头转速为1000r/min，分别采用5N、10N、12.5N及15N的进给载荷磨削硬铝合金，对材料去除率进行统计，并对变化规律进行分析。

1.1试验材料与装置

磨头基体材料为45钢，钎料为NiCrBSi（300

目，W（Cu）=72%，W（Sn）=18%，W（Ti）=10%）合金粉末；磨料为325/400目的微粉金刚

作者简介：张涵源（1988-），男，山东省龙口市人，硕士研究生,主要从事铝合金加工研究。收稿日期：2018-06-19

·49·

（2）进给载荷为12.5N，分别设置365、1000及3150r/min磨头转速磨削硬铝合金，对材料去除率进行统计，并对变化规律进行说明。

材去除率／g·minMater料ial removal ratme / mg.min-1151413-1技术工程

率的增加。

（3）采用磨头转速1000r/min、进给载荷15N下不同数量的容屑槽磨削硬铝合金。本次试验容屑槽数是工业上常用的2槽、3槽和6槽，容屑槽宽度和深度大约都是1mm，并在磨头上面的分布是等距的。对材料去除率进行统计，并对变化规律进行理论研究。

（4）采用正交试验研究硬铝合金磨削过程中三种因素对材料去除率的影响强弱。本次正交试验不考察三种因素交互作用的影响。将进给载荷、磨头转速及容屑槽数设为三个因素，每个因素的变换三个水平，其因素水平如表1所示。

表1正交试验因素水平

因素

水平

123

进给载荷/N

51015

磨头转速/r·min-1

36510003150

容屑槽数/个

036

12111098765432100204060????—■——▲——◆——●—5N10N12.5N15N80100Time / min时间／min

图2不同进给载荷磨削硬铝合金材料去除率

2.2磨头转速的影响

不同磨头转速对材料去除率的影响统计如图3所示。从图3中可以看出：磨头转速越大，材料去除率越高。因为磨头转速增大，单位时间内磨削深度增大，磨削效率也随之增高。

1312材去除率mnin-1Mater料ial removal／ ratmeg/· mgi.m把正交表中安排各因素的列中每个水平数字换成该因素实际水平值，形成的正交试验方案见表2。

表2正交试验方案

因素

试验号

123456789

A1(5)112(10)223(15)33

B1(365)2(1000)3(3150)123123

C1(0)2(3)3(6)231312

11109876543210204060-1???■——365r/min◆——1000r/min●——3150r/min80100时间／minTime / min图3不同磨头转速磨削硬铝合金材料去除率

2.3容屑槽的影响

不同容屑槽数对材料去除率的影响统计如图4所示。磨头上的容屑槽具有容屑和排屑的功能。图4结果显示：3槽磨头的磨削效率优于2槽磨头，2槽磨头的磨削效率优于无槽磨头，此时容屑空间的大小对磨削效率起到决定性的作用。容屑槽增大磨头上的容屑空间，避免了容屑堵塞等现象，增加了磨头加工效率。同时图中反映出：3槽磨头的磨削效率高于6槽磨头的磨削效率，此时磨粒浓度对磨削效率起决定性影响。容屑槽数增大降低了磨头上的磨粒浓度，单位时间参与磨削的磨粒数量降低，磨削加工效率也就降低了。受容屑空间和磨粒浓度共同控制，可以总结出磨削效率随着容屑槽

2结果与讨论

不同进给载荷对材料去除率的影响统计如图2

2.1进给载荷的影响

所示。由图2可以看出：磨削硬铝合金过程中，进给载荷越大，磨削效率越高。其原因是随着进给载荷增大，磨削力和磨削深度都增大，导致了磨削效

·50·

因素试验号

9K1K2K3k1

A342.4748534.8604941.0807214.1582811.6201613.693572.53812

B315.9423734.8106467.663055.3155511.6035522.5543517.2388B>C>A

B3A1B3C2

C2C227.3918547.8606243.163489.1306215.9534514.387836.82283

技术工程

平均材料去除率/mg·min-1

27.59625

数增多先升高后降低。本次试验受实验条件限制，只能对2槽、3槽和6槽进行研究，初步分析槽数与磨削效率之间的趋势，详细容屑槽数，以后再深入研究。

磨削效率不仅受到容屑空间的影响，单位时间参与磨削的磨粒数量对磨削效率也产生极大的影响。

40材除率／g·mMaterial料 re去moval ratem/ mg.miinn-1-1353025201510500204060■?无槽磨头——????▲槽磨头?2——2???◆3槽磨头?——3???●槽磨头?6——6???k2k3极差R主次顺序优水平优组合

801003结论

（1）磨削硬铝合金过程中，进给载荷越大，

时间／minTime / min图4开槽磨头磨削硬铝合金材料去除率

2.4正交试验结果及分析

表3中K1、K2、K3表示各因素各水平下所对应的材料去除率总和；k1、k2、k3表示平均值，R表示极差。每组试验磨削时间为90min，取其平均材料去除率。可以看出A1影响反映在第1、2、3号试验中，A2的影响反映在4、5、6号试验中，A3的影响反映在7、8、9号试样中，可以计算出KA1>KA3>KA2，所以可以断定A1为A因素的优水平。同理，可以计算并确定B3、C2分别为B、C优水平，三个因素的优水平组合A1B3C2为本试验的最优水平组合。计算并比较极差R值，可见RB>RC>RA，所以因素对试验指标影响的主次顺序是BCA，即磨头转速影响最大，其次容屑槽数，最后进给载荷。正交试验结果分析如表3所示。

表3试验结果分析

因素

试验号

12345678

A11122233

B12312312

C12323131

平均材料去除率/mg·min-1

3.9978114.0100224.467026.2543513.0063615.599785.690217.79426

材料去除率越高，磨削效率越高。

（2）磨头转速越大，材料去除率越高，磨削效率越高。

（3）磨头的容屑槽数目变化不仅影响容屑空间的大小，还影响单位时间参与磨削的磨粒数量。

（4）通过正交试验，可以得出，影响磨头的加工效率主要因素是磨头的转速，其次是容屑槽数，最后是进给载荷。参考文献

[1][2][3][4]

许璐迪，李彦峰，葛洋，等.2014铝合金热处理的组织和性能研究[J].硅谷，2014，11：26-27

李彬彬，李娜.铝合金加工无心磨削常见问题探讨[J].中国高新技术企业，2014，4：35-36

刘金辉，马彪，谭日纯.6082铝合金型材在线固溶热处理工艺研究[J].铝加工，2016（1）：53-56

刘文峰，黄国钦，徐西鹏.细粒度纤焊金刚石砂轮磨削花岗石的磨削力特征分析[J].金刚石与磨料具工程，2012，32（2）：39-42[5]

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MABojiang，LOUJianpeng，PANGQian.Brazeddia-mondmicropowderburfabricatedbysupersonicfrequencyinductionheatingforprecisionmachining[J].JournalofMa-terialsEngineeringandPerformance，2014，23（4）：1505-1510

·51·

StudyonMaterialRemovalRateduringPrecision

GrindingforHardAluminumAlloy

ZHANGHan-yuan，CHENGRen-zhai

(ShandongNanshanAluminumProfileCompany,Longkou265706，China)

Abstract:Thediamondburwasfabricatedbymicropowderdiamond,nickelbasedbrazingalloyandinductionbrazingtechnology,thenthegrindingprocessingwascarriedout.Theinfluencepatternofthefeedload,therevolvingspeedoftheburandthechipfluteonthematerialremovalratewasstudied.Theimpactstrengthofthethreefactorsonthematerialremovalratewasexploredusingorthogonaltest.Theresultsshowedthatthebiggerthefeedloadwas,thehigherthegrindingefficiencyoftheburwas;thefasterthegrindingrevolvingspeedoftheburwas,thehigherthegrindingefficiencyoftheburwas;thechipflutenumberimpactedonnotonlythechipspace,buttheamountofabrasiveparticipatingingrinding;mainfactorinfluencingmachiningefficiencyoftheburwastherevolvingspeed,thesecondwasthechipflute,thelastwasthefeedload.

Keywords:feedload;revolvingspeed;chipflute;orthogonaltest;machiningefficiency

（上接第48页）

StudyonHardAnodicOxidationProcessof7075AluminumAlloy

FENGJing-yang,LIUChang-ming,KONGBing,WANGShuai,

ZHANGDi,ZHAOHuai-peng

(ResearchandDevelopmentCenterofZhongwangGroup,Liaoyang111000,China)

Abstract:7075alloywasakindofhighstrengthaluminumalloywhichbewidelyusedinaerospacefieldandthehardnesscouldbegreatlyimprovedbyhardanodicoxidationtreatment.Theinfluenceofvarioustechnologicalconditionson7075aluminumalloyhardanodicoxidationwasstudiedbythemicrohardnessofoxidationfilm.Itwasfoundthatthebestprocessof7075alloyhardoxidationfor:theconcentrationofsulfuricacidwas250g/L,thecurrentdensitywas1.5~2.0A/dm2,theoxidationtemperaturewas-2~2℃,theoxidationtimewas50~60min.Undertheconditionofthisprocess,thethicknessof7075aluminumalloyhardanodicoxidationfilmis42~51μm,thehardnessis400HV,Taberabrasionresistanceis18.8mgorless,andthereisnocorrosionfor336hNSStest.Keywords:7075aluminumalloy；hardanodizing;oxidationfilm;hardness

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