1、引言

隨著人們對(duì)鈦材性能的認(rèn)識(shí)，鈦及鈦合金產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中愈來(lái)愈廣泛。近幾年作者因從事機(jī)械研制與加工工作，被要求接受大量真空磁控濺射鍍膜用鈦靶靶面精加工任務(wù)，這種濺射鍍膜用鈦靶靶面的平面度、粗糙度和厚度公差要求非常嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)尚無(wú)大批量商業(yè)產(chǎn)品供應(yīng)，主要依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴。本研究針對(duì)鈦導(dǎo)熱性差、退火態(tài)硬度低、塑性與韌性好、剛性差、化學(xué)活性高及無(wú)磁性等特點(diǎn)，對(duì)比選擇了磨削鈦濺射靶靶平面的主要工具砂輪，此外，對(duì)磨削參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，以確定鈦及鈦合金最佳的磨削工藝，為磁控濺射用鈦靶材的規(guī)?；a(chǎn)提供可靠的依據(jù)。

2、磨削濺射鍍膜用鈦靶的特點(diǎn)

磨削真空磁控濺射鍍膜的鈦靶，有以下的特點(diǎn)和技術(shù)上的難度。

1）磨削工件是平面(圖1)，凡平面磨削砂輪和工件的接觸面積大，磨削時(shí)發(fā)熱量大，尤其是鈦的導(dǎo)熱性差，其熱導(dǎo)率僅為鋼的1／40，在相同的磨削速度下，純鈦和TC4鈦合金磨削溫度約為45^#鋼的1.5~2倍。特別像圖1所示的工件，磨削時(shí)發(fā)熱容易產(chǎn)生翹曲變形和燒傷。

2）鈦材在退火狀態(tài)下，硬度較低，塑性與韌性好，磨削時(shí)砂輪粘附現(xiàn)象很?chē)?yán)重，鈦屑呈云霧狀遍布砂輪表面，幾乎看不到砂粒，砂輪極易鈍化。

3）純鈦的彈性模量小，僅為鋼的1／2，剛性也不好，容易受磨削力的作用產(chǎn)生變形。

4）鈦的化學(xué)活性高，在磨削發(fā)熱條件下，很容易與環(huán)境氣氛發(fā)生反應(yīng)使表面被污染。

5）鈦是非磁性材料，鈦工件不能直接與工作臺(tái)面相吸引，磨削時(shí)只能靠自身重量及周邊擋塊作用來(lái)裝夾固定，所以作用在工件上的磨削力不能太大，否則工件易發(fā)生變形。

為保證作為濺射用鈦靶平面磨削的質(zhì)量和技術(shù)要求，要根據(jù)磨削工件的性質(zhì)和技術(shù)特點(diǎn)來(lái)嚴(yán)格選擇和設(shè)計(jì)磨具。

3、磨具的選擇

組成磨具的主體是砂輪。對(duì)于確定的磨削對(duì)象，磨削的效果取決于砂輪的性能與磨削材質(zhì)的匹配。本實(shí)驗(yàn)?zāi)ハ麾伖ぜ?圖1)，因此要根據(jù)其性質(zhì)來(lái)考慮組成砂輪磨料種類(lèi)及磨料的粒度、結(jié)合劑、砂輪致密度等因素。

3.1 磨料種類(lèi)

磨料是制造磨具的最主要材料，磨削力來(lái)自于磨料。在磨料選擇方面，從鈦材極易粘附砂輪這一特性出發(fā)，本實(shí)驗(yàn)分別采用單晶剛玉、白剛玉及綠碳化硅3種磨料的砂輪(硬度、粒度相同)，對(duì)尺寸為304 mmx333 mm的TA2工件進(jìn)行對(duì)比磨削試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，決定采用以白剛玉為磨料的砂輪，因其磨粒易碎裂，韌性低，棱角鋒利，切削性能好，產(chǎn)生的磨削熱量小，砂輪容易保持其一定的自銳性，有利于減少磨削力。至于表面局部的燒傷現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)整砂輪硬度及組織可得到改善。

3.2 硬度

這里所謂的磨具硬度，是指砂輪在外力作用下磨粒脫落的難易程度。砂輪過(guò)硬，磨鈍的磨粒不易脫落，砂輪易堵塞，使磨削阻力增大，磨削熱量增加，降低磨削效率，且工件易燒傷；若砂輪過(guò)軟，又容易被損耗。根據(jù)鈦材性質(zhì)，選擇中軟硬度級(jí)別。

3.3 組織

組織是指砂輪中磨粒所占體積百分比，即砂輪的致密度。組織相對(duì)疏松的砂輪不易堵塞，磨削力不易降低，有利于提高生產(chǎn)效率。對(duì)鈦材而言，砂輪的組織應(yīng)選擇疏松級(jí)別。

3.4 結(jié)合劑

結(jié)合劑決定了磨具的強(qiáng)度、抗沖擊性、耐熱性和抗腐蝕性。根據(jù)鈦材特點(diǎn)及結(jié)合劑性能，選擇了耐熱、抗腐蝕性，且易實(shí)現(xiàn)大氣孔率、高磨削效率的陶瓷結(jié)合劑。

3.5 粒度

粒度的選擇主要考慮表面粗糙度和磨削效率。粒度越小越容易降低表面粗糙度值，但相應(yīng)地磨削效率有所下降。在對(duì)工件的對(duì)比磨削試驗(yàn)中，分別選用了36^#，46^#，60^#粒度的砂輪進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果得出，采用36^#粒度的砂輪進(jìn)行磨削，表面粗糙度能達(dá)到Ra 1.6以上，磨削所需時(shí)間較短；46^#粒度砂輪能達(dá)到Ra0.8，60^#粒度砂輪可達(dá)到Ra0.4以上，但所需磨削時(shí)間較長(zhǎng)。比較其綜合效果，選擇46^#粒度砂輪。

4、磨削參數(shù)的選擇

4.1 磨削速度

采用46^#粒度砂輪的條件下，對(duì)本實(shí)驗(yàn)工件(圖1)進(jìn)行了磨削。粗磨時(shí)，選擇砂輪的線(xiàn)速度v₀=30～35m/s，工件縱向進(jìn)給速度v_w=18~25m/min，砂輪徑向進(jìn)給量f_r=0.015～0.025mm/單行程。精磨時(shí)，選擇V0=35m/s，v_w=12～15m/min，f_r=0.005 mm/單行程。

若有更高精度及表面粗糙度要求時(shí)，在精磨前應(yīng)修整砂輪，用2～4個(gè)行程無(wú)火花磨削至最終要求。

4.2 磨削液

在磨削中，應(yīng)使用磨削液來(lái)緩解加工表面的磨擦，降低磨削溫度，排除切屑，保護(hù)加工表面。

在本實(shí)驗(yàn)中采用普通乳化油即可滿(mǎn)足要求。若有更高磨削精度及表面粗糙度要求時(shí)，應(yīng)使用含添加劑S，CI，P的極壓油，效果更好。

5、結(jié)論

1）采用本研究的磨削工藝，對(duì)真空磁控濺射鈦靶(純鈦或鈦合金)進(jìn)行磨削，在加工余量相同的條件下，表面粗糙度達(dá)到Ra0.4，厚度公差可控制在0.03mm之內(nèi)，平面度公差可控制在0.02mm之內(nèi)，比采用普通磨削方法效率提高2倍以上。

2）可將此磨削方法應(yīng)用到紫銅及純銀材料的磨削中，也得到非常好的效果，尺寸精度可達(dá)IT5級(jí)，表面粗糙度達(dá)到Ra0.4，打破了機(jī)械行業(yè)中通常認(rèn)為紫銅、純銀不能磨削的觀點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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