引言

钛金属在地壳中比力丰硕，储量超过铜、锌等常见金属。钛合金则是钛和其他金属混合造成的合金资料，拥有较高的强度、耐热性和耐侵蚀性[1]；谡庑┝己酶鲂，钛棒、钛锻件等钛合金的利用市场辽阔，重要集中在航空航天、生物化学等领域。本文结合有关工作经验，探求了钛合金资料个性和磨削工艺。

1、钛合金资料的个性

1.1利益

（1）比强度大。和钢材相比，钛合金资料的强度相当，但密度只有钢材的60%左右，约为4.5g/cm³；弹性模量远低于钢材，在1.078×105～1.176×105MPa[2-3]。也就是说，钛合金资料的强度和钢材类似，但自沉幼、弹性好，方便运输吊装和加工造作。得益于这一个性，可造作出刚性好、质量轻的零部件，例如发起机构件、飞机骨架、起落架、 紧固件等。

（2）热强度高。钛元素的熔点为1725℃，导热系数为15.24W/（m·K），中等温度下依然能维持优良的强度。和铝合金相比，环境温度达到150℃强度显著降低，而钛合金在450～500℃的环境下，依然能达到肯定强度要求。

（3）耐侵蚀性强。钛合金资猜中的化学成分，和空气中的氮气、氧气产生化学反映，会在资料表表天生；げ，从而提高抗侵蚀机能[4]。针对点蚀、酸蚀、应力侵蚀，拥有较强的抵抗力；针对强酸和有机物品，抗侵蚀性优良。

1.2弊端

（1）高温加工机能差，当环境温度超过肯定限度，此时钛合金资料的抗蠕变性变差，继而阐发出脆性，不利于资料加工。

（2）冷压加工难题，由于钛合金资料的弹性模量幼，冷压加工会出现较大的回弹景象，继而产生震荡导致无法成形。

（3）切削难度大，因导热机能较差，切削时不利于散热，切削时因温度升高可能粘附在切削工具上，不仅影响切削质量，还会危险工具[5]。

（4）精辟、熔融和铸造技术与传统的合金分歧，导致钛合金价值昂贵，当前在民生用品领域利用较少。

2、钛合金资料磨削的特点、当苦衷项和工艺优化

2.1磨削特点

基于钛合金资料的个性，磨削时拥有以下5大特点。

（1）变形系数幼。对钛合金资料磨削时，变形系数≤1，由于磨削旅程增长，刀具磨损的速度加快。

（2）磨削温度高。钛合金的导热系数幼，只有45号钢的1/7～1/5，磨削过程中产生的热量无法实时散发，热量累积在资料自身，尤其是磨削区，超过接受的温度领域就会烧伤工件，合金资料自身也出现败坏。

（3）单元面积切削力大。切削时，钛合金资料和前导的接触较短，单元面积上的切削力大，可能出现崩刃景象[6]。另表，钛合金的弹性模量幼，固然整个磨削功夫不长，但高温作用显著，温度可达到1000℃以上，造成钛合金变形、弹性振动，影响加工精度。

（4）存在冷硬景象。钛元素的化学活性强，磨削产生的高温环境下，钛合金资料表皮产生化学反映，不仅合金弹性降低，并且表表硬化，加工过程越发复杂，会降低零件的抗委顿强度。

（5）刀具易粘接磨损。砂轮和钛合金资料在接触过程中，摩擦引起高温，会导致钛合金产生变形，粘附在砂轮上或磨粒脱落，造成砂轮败坏。磨削时产生的热量，容易烧伤工件，刀具的更换频率提高[7]。 以绿碳化硅砂轮磨削钛合金为例，碳化硅会和氧气产生化学反映：SiC+O2→SiO2+C-768696.48J。反映速度快，会开释大量能量，不仅导致砂轮表表的资料侵蚀、剥落， 还可能造成零件表表烧伤。

2.2当苦衷项

思考到钛合金资料的磨削特点，磨削时当苦衷项总结如下：（1）由于弹性模量幼，加工时夹紧、受力易造成变形，会影响加工精度，因而使用工件夹紧时，应合理节造紧固力，必要时使用支承装置进行辅助固定。（2）切削过程中，若是使用的切削液中含有氢，高温状态下会开释出氢气，和钛元素反映后导致表层变脆，或者高温下应力侵蚀而开裂[8]。（3）若是使用氯化物，磨削过程中会挥发有毒气体，提醒加工人员采取安全防护措施；加工后洗濯零部件时，应使用不含有氯的洗濯剂。（4）选择工具、夹具时，不能使用含有铅或锌的合金，并且要保障工具、夹具干净，不能存在油脂传染。（5）微量切削钛合金时，切下的藐幼碎屑可能点火，为了预防点火产生，应实时算帐机床上的切削，实时更换刀具，或者调整切削速度。一旦点火，使用滑石粉、干粉灭火器杀绝。

2.3工艺优化

（1）合理选择刀具。对钛合金资料进行磨削加工时，合理选择刀具是第一步，应该从钛合金的资料个性、刀具的材质特点两个方面进行思考。相宜的刀具共同科学的步骤，能力提高加工精度质量。结合出产实际，常用的刀具材质有：硬质合金、高速钢、聚晶金刚石、立方氮化硼等。

其中，立方氮化硼不仅硬度高，并且能够耐高热，在不少企业中利用；聚晶金刚石的使用，能适应钛合金在磨削时高热、高速的要求，其不变性较好，目前也宽泛利用；涂层刀具的利益，是抗氧化性、抗粘连性较好，能在复杂前提下加工，拥有优良的发展远景[9-10]。

（2）改善磨削前提。对钛合金磨削加工时，应改善磨削前提，对机械加工系统进行优化。现实加工时，加工人员应调整机床结构的参数，确保主轴零部件安稳运行，提高产品加工尺度。此表，刀具不能长功夫使用，应把握刀具的损耗特点，定期更换刀具[11]。以磨削深度和砂轮速度为例，可通过试验确定削减砂轮粘附磨损的磨削参数。

使用能谱分析仪对磨削后的砂轮进行分析，推算钛合金相对砂轮的特有成分Al、砂轮中的成分Si比例，从而确定砂轮的粘附率。切入式磨削，磨削深度就是工件转一周时，相对于砂轮的径向移动距离。在无心磨床上，工件速度Vw和导轮线速度Vc相称，即Vw=Vc，这两者的推算步骤是：

工件转速nw和转一周必要的功夫tw，推算步骤是：

工件转一周，相对砂轮的进给量fr，推算步骤是：

因而，磨削深度推算步骤是：

使用GC60KV砂轮磨削TC4资料，当工件速度为2.5m/s，磨削距离为100mm时，通过试验得到砂轮粘附率见表1。分析可知：对TC4资料磨削时，最佳磨削深度为0.05～0.1mm，最佳砂轮速度为25m/s，此时砂轮粘附率最幼。

（3）节造切削领域。钛合金资料切削时，节造切削领域必要把稳以下几点：首先节造好切削速度，不仅影响刀具的切削强度，也关系到刀刃的使用寿命。其次节造好切削深度，通常来说切削深度不能太浅。加工作业中，适当减慢切削速度，并增长切削深度，有助于提高切削质量。

（4）刷新冷却方式

针对当前冷却光滑系统的缺点，我们通过技术刷新研发出一套新型的冷却光滑系统，刷新重点是：①在主喷嘴的基础上，加装一个辅助喷嘴，能隔离回转气流；②在砂轮对应方向上，加装一个高压喷嘴，用于洗濯工件。刷新后，能预防钛合金工件的废屑积累在砂轮表表。为了确保液体供给，我们对供液压力、流量、喷嘴结构及尺寸等指标进行优化，共同高效能的吸风排风装置，预防油雾喷溅。

以GC60KV砂轮磨削TC4资料为例，对比刷新后的冷却成效见表2。分析可知：增长辅助喷嘴和洗濯喷嘴，能减轻砂轮磨损，预防零件表表烧伤，并且有助于提高零件的圆度指标。

3、无心磨削技术在钛合金资料加工中的利用

3.1无心磨削特点

磨削工艺中，无心磨削是一种特殊类型，工件在无心磨床上，只有磨削点被磨削，而支承点没有被磨削，工件自身会不休变动。钛合金选取无心磨削技术，因工件中心没有定位，容易造成磨削表圆不圆的问题。因而，企业和加工人员关注的沉点，是工件若何被磨圆。

3.2无心磨削成圆理论

无心磨削时，钛合金工件的被磨削表表、定位表表，都是工件表表。第1圈，工件原始表表误差为Δ0，和导轮、托板接触时的定位误差为ΔF，这两者结合作用并反映到磨削点上，工件表表磨削后的加工误差就是Δ1。第2圈，以上误差再次出现，最终形成加工误差Δ2。以此类推，随着磨削进行，工件转过第m圈，加工误差就是Δm。并且，这些加工误差的关系见式5。

Δm＜Δ(m-1)＜…＜Δ2＜Δ1＜Δ0（5）

也就是说，无心磨削过程中，钛合金工件会越磨越圆，加工误差也会越来越幼。然而，这一结论是在梦想状态下，现实上工件表表并不但滑，微观上看是凹凸升沉的，要想使工件磨圆，就要多磨凸起处，不磨或少磨低凹处，能力提高磨削精度。工件存在原始表表误差，定位时产生位移是定位误差，这两者之和就是合成误差。为了削减合成误差，采取的措施蕴含：

第一，提高磨削前半制品的表圆质量。对比数控车床和六角车床对半制品进行加工，前者加工后的圆度误差更幼，仅有0.007～0.008mm；而后者因加工精度低，圆度误差达到0.01～0.02mm。因而，半制品在磨削前，首先减幼原始误差，就能减幼磨削后的圆度误差。

第二，提高托板的造作质量。托板的平面度越高，定位误差越幼，零件加工的圆度误差越幼。试验数据显示：托板支持斜面的平面度，从0.002mm变为0.0004mm，工件表表的粗糙度从Ra1.6提升至Ra0.8。另表，也能够在托板支持面上，使用镶嵌式的硬质合金，提高托板的耐磨性，减幼磨损引起的定位误差。

第三，算帐砂轮表表的残留物。使用高压洗濯装置，对砂轮表表的粘附物进行实时洗濯，有助于减幼定位误差。

一方面合理选择砂轮参数，优化设备的冷却光滑系统；另一方面可增长驱动器，促使无心磨床对砂轮进行自动建整，去除砂轮表表的粘附物，对误差进行自动赔偿[12]。

3.3利用成就

以某钛合金资料为例，是D型螺栓资料，商标为TC4，真相态是棒料，加工工艺流程是：热处置→加工表形→加工平端面及倒角→铣扁→滚压螺纹→去毛刺→磨表圆。在磨表圆环节，选取无心磨削工艺，要求圆度达到0.004mm，表表粗糙度为0.8。

砂轮和磨削参数确定如下：①砂轮选用绿碳化硅资料，粒度为60粒，硬度选择K级，砂轮代号为GC60KV。②砂轮规格：表径455mm，宽度80mm，孔径228.6mm。③砂 轮速度为25m/s，转速为1050r/min。④进给量粗磨时为0.02mm/str，精磨时为0.001mm/str。⑤磨削余量粗磨时为0.15mm，精磨时为0.05mm，将圆度误差节造在0.01mm以内。⑥无心磨床型号是CM100-D，设备主轴为高精度的极限间隙滚动轴承，并且配置洗濯装置。⑦砂轮自动建整、自动进给赔偿、自动高低料，经过编程实现。

通例加工作业时，使用白刚玉砂轮磨削，砂轮磨损严沉，并且加工效能低，批量加工时还易造成工件烧伤景象，烧伤率为15%；圆度要求合格率仅为50%～80%。通过优化砂轮参数，节造磨削用量，沉新对设备进行编程，了局显示工件加工后圆度合格率为98%，不仅满足圆度要求，并且表表没有烧伤景象，可见优化工艺后的成就显著，见表2。

4、结语

综上所述，钛合金资料刚度强度大、热强度高、耐侵蚀性强，拥有辽阔的利用市场。结合钛合金资料的磨削特点和当苦衷项，合理选择刀具，改善磨削前提，节造切削领域，能提高磨削精度和质量。本文以无心磨削工艺为例，工艺改进后不仅满足圆度要求，并且表表没有烧伤景象，是一种安全可行的磨削工艺，拥有较高的推广价值。在未来，随着钛合金资料的利用领域越发宽泛，为了保障资料个性，对于加工环节提出更高要求。对钛合金资料进行磨削加工时，只有不休改进工艺，优化设备仪器，加强质量治理，能力获得高精度、高机能迪胙合金工件，为后续出产造作打下坚实基础。

【参考文件】

[1]黄云，刘帅，黄涛，等.钛合金资料砂带磨削表表残存应力形成模型及其尝试钻研[J].表表技术，2020，49(4)：30-37.

[2]连美娟，王吉芳.基于有限元法迪胙合金资料磨削热分析[J].北京信息科技大学学报(天然科学版)，2020，35(1)：54-57.

[3]刘智，孙桓五，侯治秀，等.液体磁性磨具光整加工TC4钛合金的试验钻研[J].现代造作工程，2020(1)：29-34.

[4]吴进进.钛合金资料的机械加工工艺分析[J].南方农机，2019，50(10)：256.

[5]徐吉存，陈洪军，曹文智，等.钛合金资料高效高速加工机床利用近况及发展趋向[J].金属加工(冷加工)，2018(5)：61-63.

[6]于振涛，余森，程军，等.新型医用钛合金资料的研发和利用近况[J].金属学报，2017，53(10)：1238-1264.

[7]席明哲，吕超，吴贞号，等.陆续点式锻压激光急剧成形TC11钛合金的组织和力学机能[J].金属学报，2017，53(9)：1065-1074.

[8]李卫，严世榕，张乐.表表喷丸强化处置对TC11钛合金委顿机能的影响[J].表表技术，2017，46(3)：172-176.

[9]范迎九.浅谈钛合金弱刚性零件的数控铣削技术[C]//第十四届中国尺度化论坛论文集.？，2017：1157-1162.

[10]杜红春，张祺.钛合金切削加工参数优化数学模型及工艺参数分析钻研[J].机电工程，2020，37(11)：1280-1287.

[11]庞记明，赵军，李安海，等.钛合金加工表表晶体塑性仿照和分析[J].机械设计与造作，2018(4)：159-161.

[12]李卓梁，丁桦，李继忠.钛脊合金剧烈塑性变形的钻研进展[J].航空造作技术，2013，56(16)：139-142.

作者简介：杨蒙（1992-），女，陕西商洛，硕士，助理工程师

钻研方向：钛合金成分、组织、机能。

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