钛合金磨削专用树脂结合剂超硬砂带的制备及性能研究

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钛合金是一类典型的难磨材料,磨削时会出现磨削力大,磨削温度高,砂轮易发生粘附、堵塞等问题,无法保证钛合金表面磨削后质量,而砂带磨削是一种高效、高质的磨削手段,适用于钛合金的磨削加工。然而目前国内市场上树脂超硬砂带多以国外进口产品为主,国内相关产品和研究还较少。本文采用光-热双重固化工艺,通过热固化辊压-光固化成型技术制备了具有表面微图案的树脂结合剂金刚石砂带,并以钛合金为加工对象进行磨削加工测试。论文中选用聚氨酯(PU)/环氧树脂(EP)/环氧丙烯酸酯(EA)光-热固化树脂作为结合剂,采用差式扫描量热分析、红外光谱分析、结构形貌分析、力学性能分析等方法,研究了EA含量、光引发剂含量、热固化剂含量对PU/EP/EA树脂性能的影响,并以此制备了表面微图案金刚石砂带,对钛合金进行金刚石砂带磨削实验,表征砂带的磨削效果。在PU/EP/EA树脂体系中,EA的引入使得复合树脂体系具有光固化快速成型能力。对比不同比例组分的性能测试结果发现,树脂体系中EA的最佳含量为50 wt%,热固化剂的最佳含量为14 wt%,光引发剂的最佳含量为2 wt%。光固化成型的树脂性能优异,样条光照3 min即可光固化成型,固化后树脂样条的拉伸强度为24.84 MPa,断裂伸长率为19.41%,硬度82 HD,热分解温度为257℃。采用热固化辊压与光固化成型相结合的技术,并对成型工艺、固化工艺进行优化,成功制备了具有表面微图案的PU/EP/EA超硬砂带。砂带辊压成型的半固化成型时间受金刚石添加量、金刚石粒径、涂层厚度、固化温度等多种因素影响,通过对各因素进行调整可满足不同工艺需求。在本文所用固化成型工艺参数下,半固化最佳温度为120℃,时间为55~75 min。通过对砂带固化前后结构图案高度变化的测量与表征,探究固化方式对砂带结构保形性的影响。试验结果表明:固化后砂带表面结构会略有降低,且随着磨料粒径的变小,结构变化趋于稳定。采用表面微图案树脂超硬砂带对钛合金工件进行平面磨削试验,首先应用单因素试验,探究磨削参数对砂带磨削钛合金工件磨削效果的影响,其次再通过正交试验得出超硬砂带磨削钛合金的最佳工艺参数。通过对磨削钛合金后砂带表面结构的分析表明,砂带磨削后表面会露出新的粗糙磨削平面,保证了砂带持续的高去除率。
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