1、引(yin)言
随着(zhe)人(ren)们对(dui)钛材(cai)性(xing)能(neng)的(de)认(ren)识(shi)，钛及钛合金产(chan)品(pin)在实(shi)际(ji)应用(yong)中愈来(lai)愈广泛。近几年(nian)作者(zhe)因(yin)从(cong)事(shi)机械(xie)研(yan)制(zhi)与(yu)加工(gong)工(gong)作(zuo)，被(bei)要(yao)求接(jie)受(shou)大量真(zhen)空(kong)磁(ci)控(kong)溅射(she)镀膜用(yong)钛靶(ba)靶面(mian)精(jing)加工任(ren)务，这(zhe)种(zhong)溅射镀膜用钛(tai)靶(ba)靶(ba)面(mian)的(de)平面度(du)、粗糙度(du)和(he)厚度(du)公差(cha)要求非常严格，国内尚无大(da)批(pi)量商(shang)业产品(pin)供(gong)应，主要依(yi)靠进口，价格昂贵(gui)。本研(yan)究(jiu)针(zhen)对钛(tai)导热性(xing)差、退(tui)火(huo)态(tai)硬(ying)度(du)低、塑(su)性(xing)与韧性(xing)好、刚(gang)性(xing)差、化学活性高及(ji)无(wu)磁性等特点，对(dui)比选(xuan)择(ze)了磨(mo)削钛溅(jian)射(she)靶(ba)靶平面的主(zhu)要(yao)工(gong)具砂(sha)轮，此(ci)外(wai)，对磨削参数(shu)进行了(le)对比试验(yan)，以(yi)确(que)定(ding)钛及(ji)钛(tai)合(he)金最(zui)佳的(de)磨削(xue)工艺，为磁(ci)控溅射用(yong)钛(tai)靶材的规(gui)模(mo)化(hua)生产提供可靠的(de)依据。
2、磨(mo)削溅(jian)射镀膜(mo)用钛靶(ba)的(de)特(te)点(dian)
磨(mo)削真空磁控(kong)溅(jian)射镀(du)膜的(de)钛(tai)靶(ba)，有(you)以下的特点(dian)和技(ji)术上(shang)的(de)难度。
1）磨削工(gong)件是(shi)平(ping)面(图1)，凡(fan)平(ping)面磨削砂轮和工件的(de)接(jie)触(chu)面(mian)积(ji)大(da)，磨削(xue)时发(fa)热量(liang)大(da)，尤(you)其(qi)是钛(tai)的(de)导(dao)热性(xing)差(cha)，其热导(dao)率(lv)仅为钢的(de)1／40，在(zai)相(xiang)同(tong)的磨(mo)削(xue)速度(du)下(xia)，纯钛(tai)和(he)TC4钛合金(jin)磨削(xue)温度约为45#钢(gang)的1.5~2倍(bei)。特(te)别(bie)像图1所示的(de)工件，磨削时发热容易(yi)产(chan)生(sheng)翘曲(qu)变形(xing)和(he)烧伤(shang)。
2）钛材(cai)在退(tui)火状(zhuang)态下(xia)，硬度(du)较(jiao)低，塑(su)性与(yu)韧性(xing)好，磨削时(shi)砂轮(lun)粘(zhan)附(fu)现象很严重(zhong)，钛屑呈(cheng)云(yun)雾状遍(bian)布砂(sha)轮表(biao)面，几乎看(kan)不(bu)到砂(sha)粒(li)，砂轮(lun)极易(yi)钝(dun)化。
3）纯(chun)钛的弹(dan)性模量小，仅为(wei)钢的(de)1／2，刚(gang)性(xing)也不(bu)好，容易受(shou)磨削(xue)力的(de)作用产生变(bian)形(xing)。
4）钛的化学(xue)活性(xing)高，在磨削(xue)发热条件(jian)下，很容易与环(huan)境(jing)气(qi)氛发(fa)生反应(ying)使(shi)表(biao)面被污(wu)染。
5）钛是非磁(ci)性(xing)材料(liao)，钛(tai)工(gong)件不能直接与(yu)工作(zuo)台面相(xiang)吸(xi)引(yin)，磨(mo)削(xue)时只能靠自(zi)身重(zhong)量(liang)及(ji)周边(bian)挡块作用来装(zhuang)夹固(gu)定(ding)，所以作(zuo)用(yong)在(zai)工(gong)件上的磨削力不(bu)能太(tai)大(da)，否(fou)则(ze)工件易发生(sheng)变(bian)形。
为(wei)保证作(zuo)为(wei)溅(jian)射用钛(tai)靶(ba)平面(mian)磨削(xue)的质(zhi)量(liang)和(he)技(ji)术(shu)要(yao)求，要(yao)根据(ju)磨削(xue)工件(jian)的(de)性(xing)质(zhi)和(he)技(ji)术特(te)点来(lai)严(yan)格(ge)选(xuan)择(ze)和设(she)计磨(mo)具。
3、磨具的选(xuan)择
组(zu)成磨具(ju)的(de)主(zhu)体是(shi)砂轮。对(dui)于确定(ding)的磨削(xue)对象，磨削(xue)的效果(guo)取(qu)决(jue)于(yu)砂(sha)轮的(de)性(xing)能与磨(mo)削(xue)材质的匹(pi)配(pei)。本(ben)实(shi)验磨削(xue)钛工(gong)件(图1)，因此要根据其性(xing)质来考(kao)虑(lv)组成(cheng)砂(sha)轮(lun)磨料种类(lei)及(ji)磨料的粒度(du)、结(jie)合剂(ji)、砂轮致密(mi)度等(deng)因(yin)素。
3.1 磨料(liao)种类
磨料(liao)是(shi)制(zhi)造(zao)磨(mo)具(ju)的最主(zhu)要材(cai)料，磨削力(li)来自于磨料。在(zai)磨(mo)料选(xuan)择(ze)方面，从(cong)钛(tai)材(cai)极(ji)易粘(zhan)附砂(sha)轮这一特(te)性出(chu)发(fa)，本实(shi)验(yan)分别采用单(dan)晶刚(gang)玉、白(bai)刚(gang)玉及绿碳化(hua)硅3种磨料的(de)砂(sha)轮(硬(ying)度(du)、粒(li)度相(xiang)同)，对尺(chi)寸(cun)为(wei)304 mmx333 mm的TA2工件(jian)进行(xing)对(dui)比(bi)磨(mo)削试验，结(jie)果见表(biao)1。
根据(ju)试验结(jie)果，决定采用(yong)以(yi)白刚(gang)玉为磨料(liao)的(de)砂(sha)轮(lun)，因(yin)其(qi)磨粒(li)易碎(sui)裂(lie)，韧(ren)性(xing)低(di)，棱(leng)角锋利，切(qie)削性(xing)能(neng)好(hao)，产(chan)生(sheng)的磨(mo)削热量(liang)小(xiao)，砂(sha)轮容(rong)易(yi)保(bao)持(chi)其(qi)一(yi)定的(de)自锐(rui)性，有利于减(jian)少磨削力(li)。至(zhi)于表(biao)面(mian)局部的(de)烧(shao)伤(shang)现象，通(tong)过调(diao)整砂(sha)轮硬(ying)度及组织可(ke)得到(dao)改(gai)善(shan)。
3.2 硬度
这里所(suo)谓(wei)的磨(mo)具(ju)硬度，是指(zhi)砂(sha)轮在外力(li)作用(yong)下(xia)磨(mo)粒脱落的难易(yi)程度。砂(sha)轮(lun)过硬(ying)，磨钝的磨粒不(bu)易(yi)脱落，砂轮(lun)易(yi)堵(du)塞，使磨(mo)削阻力增(zeng)大，磨(mo)削热(re)量(liang)增加(jia)，降低(di)磨(mo)削(xue)效率，且(qie)工件(jian)易(yi)烧(shao)伤(shang)；若砂(sha)轮(lun)过软，又(you)容(rong)易被(bei)损耗(hao)。根(gen)据(ju)钛(tai)材(cai)性(xing)质，选择中(zhong)软(ruan)硬度(du)级别。
3.3 组织(zhi)
组织是指(zhi)砂(sha)轮中(zhong)磨粒(li)所(suo)占体积(ji)百(bai)分(fen)比(bi)，即(ji)砂(sha)轮的致(zhi)密度。组织相(xiang)对疏(shu)松的砂轮(lun)不易(yi)堵塞，磨削力不(bu)易降(jiang)低(di)，有(you)利于提高生(sheng)产(chan)效(xiao)率。对钛(tai)材而言，砂轮(lun)的组(zu)织(zhi)应选择疏(shu)松(song)级(ji)别。
3.4 结合(he)剂(ji)
结(jie)合(he)剂(ji)决定了(le)磨(mo)具(ju)的(de)强度、抗冲击(ji)性(xing)、耐热(re)性(xing)和(he)抗腐蚀(shi)性。根(gen)据钛(tai)材特点及(ji)结(jie)合(he)剂(ji)性(xing)能，选(xuan)择了(le)耐热(re)、抗腐蚀(shi)性(xing)，且(qie)易实(shi)现大气孔率、高磨(mo)削(xue)效率的(de)陶(tao)瓷(ci)结(jie)合剂(ji)。
3.5 粒度
粒度(du)的选(xuan)择主要(yao)考虑(lv)表(biao)面(mian)粗(cu)糙(cao)度和磨(mo)削效(xiao)率(lv)。粒(li)度越(yue)小越容(rong)易(yi)降(jiang)低(di)表面(mian)粗(cu)糙度值，但(dan)相(xiang)应地磨削效率有所(suo)下(xia)降。在对(dui)工件的对比磨削试(shi)验(yan)中(zhong)，分别选(xuan)用了(le)36#，46#，60#粒度的砂(sha)轮进行了对(dui)比(bi)，结果得出(chu)，采用(yong)36#粒(li)度(du)的砂(sha)轮进行(xing)磨削，表面(mian)粗糙度(du)能(neng)达(da)到Ra 1.6以(yi)上，磨(mo)削所(suo)需时间(jian)较(jiao)短；46#粒(li)度(du)砂(sha)轮能(neng)达到Ra0.8，60#粒(li)度砂轮(lun)可达到(dao)Ra0.4以上，但所需(xu)磨削(xue)时(shi)间较长(zhang)。比(bi)较其综(zong)合(he)效果(guo)，选(xuan)择46#粒(li)度(du)砂轮。
4、磨(mo)削参数(shu)的选(xuan)择(ze)
4.1 磨削速度(du)
采用46#粒(li)度(du)砂轮的条件(jian)下(xia)，对本(ben)实(shi)验(yan)工(gong)件(图(tu)1)进行了磨削(xue)。粗磨(mo)时(shi)，选择(ze)砂轮(lun)的(de)线(xian)速度(du)v0=30～35m/s，工件(jian)纵向进(jin)给速度(du)vw=18~25m/min，砂轮径(jing)向(xiang)进给(gei)量fr=0.015～0.025mm/单行(xing)程。精磨时(shi)，选择V0=35m/s，vw=12～15m/min，fr=0.005 mm/单(dan)行(xing)程。
若(ruo)有更(geng)高精度(du)及(ji)表(biao)面粗糙(cao)度(du)要(yao)求(qiu)时(shi)，在(zai)精磨(mo)前应修(xiu)整(zheng)砂轮，用(yong)2～4个(ge)行(xing)程(cheng)无(wu)火(huo)花磨(mo)削(xue)至(zhi)最(zui)终要求(qiu)。
4.2 磨削(xue)液
在(zai)磨削中，应使用(yong)磨(mo)削(xue)液来缓解(jie)加工表面的(de)磨擦，降低(di)磨(mo)削(xue)温(wen)度，排除切屑(xie)，保护(hu)加(jia)工(gong)表面(mian)。
在(zai)本(ben)实(shi)验(yan)中(zhong)采用普通(tong)乳化油即(ji)可满(man)足(zu)要求。若(ruo)有(you)更(geng)高磨(mo)削(xue)精度及(ji)表面粗糙(cao)度(du)要(yao)求时(shi)，应(ying)使用(yong)含添(tian)加(jia)剂S，CI，P的(de)极(ji)压(ya)油(you)，效(xiao)果更好(hao)。
5、结(jie)论
1）采(cai)用(yong)本(ben)研(yan)究的磨削工艺(yi)，对真空磁控溅(jian)射钛(tai)靶(ba)(纯钛(tai)或钛合(he)金)进行磨(mo)削(xue)，在加工余(yu)量(liang)相同的(de)条件下，表面粗糙度(du)达(da)到Ra0.4，厚度公差(cha)可控(kong)制在0.03mm之(zhi)内，平面(mian)度公差(cha)可控制在(zai)0.02mm之内(nei)，比(bi)采用普通磨削方(fang)法效(xiao)率提高(gao)2倍以(yi)上。
2）可(ke)将(jiang)此(ci)磨(mo)削方法应用到紫(zi)铜(tong)及(ji)纯银材料(liao)的(de)磨(mo)削中(zhong)，也得(de)到非(fei)常好(hao)的效果(guo)，尺寸精(jing)度可达(da)IT5级，表(biao)面粗糙(cao)度(du)达(da)到(dao)Ra0.4，打(da)破(po)了机械(xie)行业(ye)中通常(chang)认为(wei)紫(zi)铜(tong)、纯(chun)银(yin)不能磨(mo)削(xue)的(de)观点(dian)。
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