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26

2022

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TC4 钛合金二维超声振动车削性能研究

作者：屈盛官 翟荐硕 段晨风 孙朋飞等

作者单位：华南理工大学

文章来源：材料导报

我部摘要：钛合金因其优越的物理化学性能被广泛应用于航空航天、轮船船舶、武器制备等各类高精尖领域，但如何克服其高比热容、低热导率特性以实现高质高效加工也成为了机械加工领域的热点问题。二维超声振动车削加工工艺具有断续车削特性，能显著提升复合材料、脆性材料及陶瓷材料等难加工材料的车削效果。因此，采用二维超声振动车削工艺，对 TC4 钛合金进行车削加工，并从多种加工性能方面与传统车削进行对比。

实验结果表明，二维超声振动车削工艺能够有效提高工件加工质量并降低切削过程中车削力，减小刀屑接触滑动区域与粘着区域的摩擦系数，提升刀具使用寿命的同时具有良好的断屑能力。另外，超声振动车削还会增大工件表面的加工硬化程度，细化表层晶粒，并增加工件表面残余应力。 

关键词：TC4 钛合金 二维超声振动车削 表面质量 刀具磨损 切削性能 残余应力

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二维超声振动车削运动图示

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刀具与工件相对位移示意图

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超声车刀装夹图示

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工艺试验的切削参数

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切削参数对工件表面粗糙度影响：(a)表面粗糙度随切削速度的变化(进给量 0.09 mm/rev 和切削深度 0.5 mm);(b)表面粗糙度随进给量的变化(车削速度 30 m/min 和切削深度 0.5 mm); (c)加工件表面粗糙度随切削深度的变化（车削速度 30 m/min和进给量 0.09 mm/rev）

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后续加工性能试验中选定的车削参数

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车削参数变化对传统车削三向车削力的影响

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车削参数变化对二维超声车削三向车削力的影响

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车削加工表面轮廓

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车削加工工件表层晶粒组织显微图

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加工后工件表面显微硬度值

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RUN5 工件残余应力 2θ-sin²φ 拟合曲线

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车削 10min、 30min 刀粒后刀面磨损情况

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车削 50min、 70min 刀粒后刀面磨损情况

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后刀面磨损 VB 值对比

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不同车削参数下切屑形态对比

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传统车削中的切屑缠绕现象

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