1、、引言

钛合金被以为是“质轻、、高强、、耐热”资料的典型 代表，，，它的强度高于钢，，，密度仅为其60%,并可持久 服役于300 °C?350 °C的温度环境，，，加之分歧型号钛合金展示出的在成形和焊接等方面的特点，，，使钛合金 宽泛利用于工程领域，，，最具代表的是航天航空领域。。。

2、、钛合金切削、、磨削加工存在的重要问题

钛合金资料重要有下列几个磨削特点：：

(1)磨削比低，，，砂轮粘附严重。。。观察单颗磨粒磨 削钛合金的磨粒顶端或磨削钛合金的砂轮理论，，，钛呈 云雾状遍布粘附于磨粒顶部，，，险些看不到磨粒。。。由于 粘附物与钛合金磨削理论还要再接触，，，在磨削力作用 下，，，导致砂轮磨损严重，，，磨耗比降落。。。

(2)磨削力大，，，磨削温度高。。。通过对单颗磨粒磨 削尝试分析发现，，，钛合金磨削时，，，滑擦过程所占的比 重较大，，，而磨粒与工件的接触功夫极短，，，在此极短的 功夫内产生强烈摩擦和急剧的弹、、塑性变形，，，最后钛 合金才被切去而成为磨屑，，，产生大量的磨热，，，磨削温 度高达1000C?1500C。。。别的磨削钛合金粘附严 重，，，变形剧烈，，，钛合金钢的导热性又很差。。。因而，，，磨削 力大，，，磨削温度高，，，法向磨削分力比磨削45号钢大数倍，，，切向磨削分力大近一倍,磨削温度也高近一倍。。。

(3)磨削过程中变形复杂形成层叠状挤裂切屑。。。

(4)化学活性高，，，理论易天生硬脆性变质层。。。钛 及钛合金高温时化学活性很高，，，天生TO、、TiN、、TiH 等脆硬层，，，降低了塑性。。。这样，，，一方面使得切削出现 挤裂屑，，，另一方面使得加工理论层产生部门应力集 中，，，降低了委顿强度。。。

(5)磨削质量不易节制。。。磨削钛合金时，，，产生的 拉应力和理论传染层，，，以及磨削区70% ~80%的磨 削热传入工件不易导出，，，使工件产生变形、、烧伤和裂 纹，，，理论粗糙度也难保障。。。

(6)装夹变形。。。钛合金属于有色金属，，，不能磁化。。。 选取机械装卡会使板状型工件产生较大装卡变形，，，磨 削时可使用真空吸盘进行装卡，，，工件变形较小。。。

3、、金刚石砂带磨削法

钛合金的密度小、、强度高，，，占有优良的耐热性和 耐侵蚀性，，，是制作航空发起机叶片、、整体叶盘的重要资料之一。。。由于钛合金拥有导热系数低、、弹性模量 小、、化学亲和性大等特点，，，是一种典型的难加工材 料［-3］。。。：娇辗⑵鸹镀招圆睿，，精密磨削难度极大。。。 砂带磨削适应性强、、工艺矫捷性好，，，此刻已经逐步成 为航发钛合金叶片精密磨削及抛光有效伎俩［45］。。。但 是，，，在航空发起机叶片磨削过程中的砂带磨损使得叶 片的磨削质量和产品一致性难以保障，，，严重影响航空 发起机的服役机能。。。

金刚石砂带是一种新型超硬资料涂附磨具，，，耐磨 性好，，，在航空航天领域拥有辽阔的利用前，，，已经起头 用于航空发起机叶片的精密磨削加工中。。。 但目前关 于航空发起机钛合金叶片磨削过程中的金刚石砂带 磨损的钻研极度少，，，因而钻研钛合金金刚石砂带磨削 磨粒磨损拥有极度重要的意思。。。针对金刚石工具的 磨损原因，，，部门学者指出：：在玄色金属、、钛合金和镍基 高温合金的加工中，，，金刚石工具中的碳元素和工件材 猜中的铁、、钛、、镍等元素在加工过程的高温作用下，，，容 易产生物理化学反映，，，从而导致金刚石工具的磨损。。。 Li等［6］指出在加工过程中的高温作用下，，，工件资料 中游离的钛原子在金刚石的石墨化磨损过程中起到 金属催化剂的作用。。。Zuo等口指出加工过程中金刚 石产生的石墨化转变、、氧化反映等物理化学反映随着 温度的升高更容易产生且越发剧烈，，，同时在铁原子催 化作用下，，，在较低的温度(500K)下即可产生氧化还 原反映。。。梁巧云等［1］发展单颗金刚石磨粒磨削钛合 金过程仿真，，，进行航发钛合金叶片磨削试验，，，并使用 扫描电镜、、超景深显微镜等对磨削后的叶片及砂带进 行检测，，，分析磨削过程中金刚石砂带的磨损。。。得出结 论如下：：(1)金刚石砂带在磨削速度为10m/s时，，，摩 擦接触点的均匀温度可达到700K以上，，，且温度随磨 削速度的增大而升高
；(2)在航发钛合金叶片的磨削 中，，，砂带磨损水平随磨削速度增大而升高，，，与仿真中 磨削速度对摩擦接触点温度的影响法规类似，，，批注温 度是影响金刚石砂带磨损的重要成分
；(3) Ml0/20 金刚石砂带的磨损大局为磨粒损耗和磨粒脱落，，，同时 磨削过程的磨屑粘连加剧了金刚石砂带的磨损
；(4) 经M10/20金刚石砂带磨削后的航发钛合金叶片型 面精度高，，，进排气边被磨削为优良的圆弧过渡并 且处于±0.05mm的公差带内,型面粗糙度Ra在 0.4μm以下。。。

4、、球形固结磨料磨头焉癀

作为航空发起机涡轮叶片的重要资料之一, TiG钛合金拥有良好的综合力学机能，，，同时密度低、、耐高温侵蚀。。。但是TiC4钛合金难切削、、导热系数 低、、弹性模量低，，，在传统加工中，，，容易出现加工变形、、 刀具损耗快、、工件理论烧伤等问题［10］。。。

目前,TiC,钛合金资料加工的重要方式是磨削、、 铳削等［11］,固结磨料研磨通过磨粒漏出结合剂层的 部位与工件产朝气械作用，，，对工件资料产生塑性或类 塑性去除，，，能够显著降低资料理论及亚理论危险，，，同 时，，，由于加工中磨粒硬度高，，，切削应力。。。，，可有效解决 TiC,,钛合金难切削、、工件理论易烧伤问题。。。针对 TiG钛合金难切削、、理论易烧伤的问题，，，王健杰等8 提出球形固结磨料磨头焉癀的加工步骤，，，通过一系列 试验钻研，，，得到以下结论：：（1）研磨时的资料去除率以 及工件理论粗糙度Ra值都随磨料粒径的增大而增 大，，，选取20?30“m碳化硅作为球形磨头磨料，，，能够 获得最佳的资料去除率以及较好的理论质量，，，此时材 料去除率为6. 7mg/min,理论粗糙度Ra值为0. 876“m。。。（2）随着磨头转速增大，，，资料去除率及工件 理论粗糙度值增大
；随着研磨夹角增大，，，资料去除率 及工件理论粗糙度值逐步减。。
；随着研磨功夫的延 长，，，资料去除率先增大后减。。。，，工件理论粗糙度值逐 渐减小。。。（3）单点固结磨料研磨时优化后的参数组合 为：：磨头转速200（）r/min,研磨夹角30。。。，，，研磨功夫 10s,在此工艺参数下，，，研磨时的资料去除率达到22.2mg/min,工件理论粗糙度Ra值达到0. 700μm。。。

5、、磨削砂轮

分歧于切削，，，磨削依附众多磨刃的微切削作用去除资料，，，工件资料在磨粒的挤压和切削等作用下变形 较为剧烈，，，导致磨削理论往往存在较为严重的鱼鳞状 涂覆等景象。。。提高磨削速度可通过降低单颗粒切厚 显著改善这一问题。。。在通常磨削前提下，，，由于磨削温 度较高，，，磨削后工件表层多为残存拉应力。。。

在通常磨猜中，，，SiC磨料与钛合金的亲和性较 低，，，因而其磨削成效优于刚玉磨料。。。若选取刚玉磨料 磨削钛合金，，，为预防砂轮理论产生大规模的资料粘 附，，，需将磨削速度节制在约10m/s。。。在现有磨具技术水平下，，，通常砂轮磨削钛合金时砂轮磨损速度较快, 例如选取SiC砂轮在通常磨削前提下加工钛合金的 磨削比仅约为1,选用超硬资料砂轮时则提升几十甚 至上百倍。。。

此外，，，相对于通常磨料，，，超硬资料的导热能力显 著加强，，，因而能够获得较高的资料去除率。。。另一方 面，，，选取超硬资料砂轮磨削钛合金时能够预防频仍地 修整砂轮，，，进一步提高磨削加工效能。。。即便如此，，，在工程实际中仍多选取通常砂轮加工钛合金，，，制约超硬 资料砂轮宽泛利用的原因重要有：：（1）砂轮价值昂贵, 导致加工成本显著高于用通常磨料砂轮磨削的成本
；（2）砂轮修整难度大。。。因而，，，后续钻研可重点关注超 硬砂轮的制备与修整技术。。。

磨削高温是克制体钛合金磨削加工效能的重要 原因。。。对此钻研人员在开发新型磨具和改善冷却方 式等方面进行了一系列钻研，，，例如：：超硬磨料钎焊技 术与磨粒有序排布技术结合，，，开发出磨粒有序排布cBN砂轮。。。该砂轮磨粒出露高，，，可提供充足的容屑 空间，，，从而削减磨削从前中砂轮与工件之间的摩擦。。。 在改善冷却方面，，，重要有热管砂轮技术、、低温冷风技 术和径向水射流技术等。。。

6、、分歧cBN砂轮加工技术

PTMCs是一种向钛合金资料内增长了 TiC和 （或）TB硬质加强相的复合伙料，，，这些加强相拥有更 好和更不变的热力学机能，，，成为比通常钛合金机能更 加优异的高强、、耐热、、轻质资料［1214］。。。此外，，，PTMCs 因其更低的密度和优异的力学机能，，，有望代替部门在 500 C?850 C环境中使用的镍基的高温合金零部 件，，，并使其减重25%?30%。。。因而,PTMCs有望成 为高推重比发起机的候选资料，，，在航空航天领域的应 用远景辽阔。。。

与切削加工相比，，，现代磨削正朝着高精度、、高效 率的方向发展［15］,以高速磨削为代表的高效精密磨 削技术在航空航天零部件制作过程中的利用也越来 越宽泛。。。为了可能更好地阐扬高速磨削在PTMCs 高效、、精密加工方面的优势，，，李征等［6］选取3种CBN 砂轮进行高速磨削试验,CBN砂轮别离为钎焊砂轮、、 电镀砂轮和陶瓷砂轮。。。试验了局批注：：（1）钎焊砂轮 能够获得最低理论粗糙度的磨削理论，，，理论粗糙度为 0. 60-0. 77 “m,磨削理论纹理陆续且光滑，，，相对陶 瓷和电镀砂轮，，，钎焊砂轮在PTMCs高速磨削方面更 具优势。。。（2）钻研磨削速度对磨削力的影响时发现, 无论是法向磨削力，，，还是切向磨削力，，，都随着磨削速 度的升高而减小。。。（3）在20 “m的前提下，，，对分歧磨 削深度的影响，，，3种砂轮磨削PTMCs时，，，在磨削深 度增大的过程中，，，磨削力都增大。。。（4）在磨削速度 120 m/s、、磨削深度20 “m前提下，，，3种砂轮磨削PTMCs 的磨削力都随工件进给速度的升高而逐步增 大。。。（5）随着磨削用量的增大，，，3种砂轮磨削PTMCs 的磨削温度显著增高。。。（6）加大磨削速度，，，使钎焊砂轮 和电镀砂轮磨削PTMCs的理论粗糙度减小。。。陶瓷砂

轮磨削理论粗糙度则是先降低后升高。。。总的来说，，，3 种砂轮磨削PTMCs时，，，钎焊砂轮能够获得理论粗糙度 最低的，，，磨削理论理论粗糙度为0. 60?0. 77 “m。。。

7、、切削刀具

钛基复合伙料是以钛合金为基体，，，并在其中增长 碳化钛、、硼化钛、、氧化铝、、氮化铝等颗
；蛘呗叫宋 加强相的金属基复合伙料[17],与钛合金基体相比，，，钛 基复合伙料拥有重量轻、、比强度高、、抗氧化性好、、耐高 温、、耐磨、、抗蠕变、、抗辐射等凸起利益。。。相比传统钛合 金，，，钛基复合伙料可能满足复杂环境下的特殊要求, 在航空航天、、电子信息、、半导体照明和交通运输等领 域拥有优良的发展远景。。。

钛基复合伙料是一种典型的难加工资料，，，切削高 温等引起的刀具急剧磨损是钛合金切削过程存在的 一个重要问题，，，加工钛合金时，，，涂层硬质合金刀具和 PCD刀具显示出优异的切削机能，，，尤以PCD刀具为 最佳，，，PcBN次之，，，TiC基硬质合金刀具和陶瓷刀具 因耐用度低等原因被以为不合用于钛合金切削加工。。。 PCD刀具与钛合金切削的高匹配性重要源自其优良 的导热性和极高的硬度。。。金刚石的导热系数为硬质合 金的数倍，，，更多切削热可通过刀具传出切削区，，，极高的 硬度则保障了刀具的耐磨性。。。选取PCD刀具切削低 钛合金刀具的耐用度可达硬质合金刀具的数十倍。。。

其次，，，钛合金其中的加强相拥有超高的硬度、、强 度以及优良的高温机能，，，在切削加工时，，，加强颗
； 对刀具产生严重的犁耕、、刻划等作用，，，不仅会大大降 低刀具的使用寿命，，，并且会影响工件的理论加工质 量，，，导致加工成本显著提高。。。因而，，，实现钛基复合材 料的高速、、高质量加工成为此类金属基复合伙料利用 的关键。。。

针对此问题，，，国内外学者发展了一系列的钻研, ARMESH等使用PCD刀具对增长加强相体积分 数为10%~12% TiC进行分歧切削用量的刀具磨损 钻研批注，，，当切削速度为80 m/min,进给速度为0. 35 mm/r,切深为0.2 mm时,PCD刀具的耐久度仅 为2 min
；当切削速度为60 m/min,进给速度为0. 26 mm/r,切深为0. 2 mm时,PCD刀具的耐久度为 8min。。。GE等却选取硬质合金刀具和PCD刀具在切 削速度为1 00 m/s,进给速度为0. 08 mm/r,切深为 0. 5 mm时，，，对加强颗粒体积分数为10%的(TiCp + TiBw)/TiC,颗粒加强钛基复合伙料进行高速车削 加工钻研，，，了局批注，，，由于切削温度较高，，，硬质合金刀 具中的WC与工件中的Ti元素剧烈反映导致硬质合金刀具使用寿命不及1 min,而PCD刀具的使用寿 命仅有2 min。。。濮建飞等⑵?对分歧颗粒：糠制绲 钛基复合伙料发展高速切削试验，，，对比2种分歧加强 相体积分数的钛基复合伙料在分歧切削速度下的刀 具磨损情况，，，了局批注，，，加强相体积分数对PCD刀具 耐用度有显著影响，，，体积分数越高，，，刀具磨损越严重, 刀具耐用度越低
；加强相种类对刀具的耐用度也有明 显影响，，，加强相TiBw对刀具耐用度的影响要大于增 强相TiCp。。。PCD刀具在切削分歧钛基复合伙料时 的刀具磨损状态类似，，，重要为前刀面和后刀面的磨 损，，，且伴有崩刃及微裂纹景象产生，，，其重要磨损机理 是磨粒磨损以及黏结磨损，，，且加强相的体积分数越高，，，刀具黏结磨损越显著。。。

鉴于以上问题，，，将来可从开发钛合金切削专用的 高机能刀具、、刀具制备(焊接、、切割和刃磨等)和切削工艺优选(切削用量的选择和切削液的供给等)等方 面动手，，，降低PCD刀具切削钛合金的成本，，，进一步扩 大其利用领域。。。

参考文件：：

[1]梁巧云，，，单坤，，，等.航发钛合金叶片金刚石砂带磨削的磨粒磨损 钻研[].金刚石与磨料磨具工程,2020(4):59-64 .

[2] XIAO) G J . HUANG Y. Micro-stiffener surface characteristicswith belt polishing for titanium alloys[J]. International journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019 , 100 (1-4 )：： 349- 359 .

[3]黄云，，，黄智.砂带磨削的发展及关键技术[J].中国机械工程, 2007(18):124-128 .

[4] ZOU L, HUANG Y, ZHANG G, et al. Feasibility study of a flexible grinding method for precision machining of the TiAl based alloy[J]. Material and Manufacturing Processes, 2019,34 (10):1160-1168.

[5]肖乐银，，，王进保，，，周卫宁，，，等.金刚石电镀砂带的特点及利用[J]. 超硬资料工程.012,24(2):40-43.

[6]LI G X, YI S, SUN S J , et al. Wear mechanisms and performance of abrasively ground polycrystalline diamond tools of different diamond grains in machining titanium alloy [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2017, 29：：320-331..

[7]ZOU L. , YIN J. , HUANG Y, et al. Essential causes for tool wear of single crystal diamond in ultra-precision cutting of fer- rousmetals[J].DIAMOND AND RELATED MATERIALS, 2018,86:29-40.

[8]王健杰，，，李军，，，等.球形固结磨料磨头焉癀TC4钛合金的工艺探 索[].金刚石与磨料磨具工程.019,3:23-28 .

[9]包旧铨，，，徐恩恵.TiG钛合金叶片的抛光[].航空制作技术, 1981,11:9-10 .

[10]盛文娟.钛合金叶片型面电解加工工艺钻研:J].电加工与模 具,011,：：54-57 .

[11]王辉，，，吴宝海，，，等.新一代商用航空发起机叶片的先进加工技术 :J].航空制作技术,014,64(20)：：26-31 .

[12]FANG Y J . ZHANG W C,et al. Room-temperature and hightemperature tensile mechanical of TA15 titanium alloy and TiB whisker-reinforced TA15 matrix composites fabricated by vacuum hot-pressing sintering JJ] . Materials.2017.10(4) ：：124 .

[13]MORSIK.PATEL VV. Processing and properties of titanium - titanium boride(TiBw)matrix composites-A review[J] Journal of Materials Science .2007.42(60):2037-2047 .

[14]KLOCKE E F. SOO S L, et al. Abrasive machining of advanced aerospace alloy and composites[J] . CIRP Annals-Man- ufacturing Technology .2015.64(2) ：：581-604 .

[15]LI Z, DING W F,LIU C J , et al. Prediction of grinding temperature of PIMCs based on the varied coefficients of friction in conventional-speed and high-speed surface grinding [J] International journal of Advanced Manufacturing Technology .2017 , 90：：2335-2344.

[16]李征，，，刘莹，，，等.分歧CBN砂轮高速加工PTMCs的磨削机能对 比:J] ?金刚石与磨料磨具工程,2020,5:5-10.

[17]KIM (：：,(：：HO K. et al Mechanical performance of particulate- reinforced Al metal-matrix composites ( MMCs) and metal-matrix nano-composites (MMNCs)[J] Journal of Materials Science 2017,52(23):13319-13349.

[18]韩远飞，，，孙相龙，，，等.颗粒加强钛基复合伙料先进加工技术钻研 与进展复合伙料学报,017,4(8):1625-1635.

[19]ARAMESHM, ATTIA MH, et al. Estimating the remaining useful tool life worn tools under different cutting parameters: A survival life analysis during turning of titanium metal matrix composites ( Ti-MMCs) [ J ]. CIRP journal of Manufacturing Science and Technology,2016 , 12 ：： 35-43.

[20] GE Y F.XU J H,FU Y C. High-speed turning of titanium matrix composites with PCD and carbide to()ls[J] Materials Sci- enceForum,2013,770：：39-44.

[21]濮建飞，，，徐九华，，，等? PCD刀具车削钛基复合伙料的刀具磨损 钻研金刚石与磨料磨具工程,020,：：11-16.