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鸹镀招圆睿苣ハ髂讯燃。 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。捎行Ы饩 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。唬凰孀叛心スΨ虻难 长，资料去除率先增大后减。ぜ理论粗糙度值逐 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、、、氮化铝等颗粒唬或者陆续纤维 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，加强颗粒唬会 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：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。

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