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，，，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，，，切削应力小，，，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小，，，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：：
：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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