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制成的合金资料，，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。。。海和钢材相比，，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，，但自重小、弹性好，，方便运输吊装和加工制作。。。得益于这一个性，，可制作出刚性好、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。。。海和铝合金相比，，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，，会在资料理论天生保；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小，，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）变形系数小。。。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。。。钛合金的导热系数小，，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，，钛合金资料和前刀面的接触较短，，单元面积上的切削力大，，可能出现崩刃景象[6]。。。别的，，钛合金的弹性模量小，，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，，并且理论硬化，，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，，不仅导致砂轮理论的资料侵蚀、剥落，， 还可能造成零件理论烧伤。。。

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）由于弹性模量小，，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，，应合理节制紧固力，，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，，切下的藐小碎屑可能点火，，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。。。海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。。。此外，，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，，此时砂轮粘附率最小。。。

（3）节制切削领域。。。钛合金资料切削时，，节制切削领域必要把稳以下几点：：首先节制好切削速度，，不仅影响刀具的切削强度，，也关系到刀刃的使用寿命。。。其次节制好切削深度，，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理论。。。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，，预防零件理论烧伤，，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，，容易造成磨削外圆不圆的问题。。。因而，，企业和加工人员关注的重点，，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理论、定位理论，，都是工件理论。。。第1圈，，工件原始理论误差为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，，工件理论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小。。。然而，，这一结论是在梦想状态下，，现实上工件理论并不但滑，，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。。。工件存在原始理论误差，，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外圆质量。。。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小，，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，，首先减小原始误差，，就能减小磨削后的圆度误差。。。

第二，，提高托板的制作质量。。。托板的平面度越高，，定位误差越小，，零件加工的圆度误差越小。。。试验数据显示：：托板支持斜面的平面度，，从0.002mm变为0.0004mm，，工件理论的粗糙度从Ra1.6提升至Ra0.8。。。别的，，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，，减小磨损引起的定位误差。。。

第三，，算帐砂轮理论的残留物。。。使用高压洗濯装置，，对砂轮理论的粘附物进行实时洗濯，，有助于减小定位误差。。。

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修整，，去除砂轮理论的粘附物，，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→加工外形→加工平端面及倒角→铣扁→滚压螺纹→去毛刺→磨外圆。。。在磨外圆环节，，选取无心磨削工艺，，要求圆度达到0.004mm，，理论粗糙度为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：：外径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，，将圆度误差节制在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砂轮自动修整、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，，砂轮磨损严重，，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，，节制磨削用量，，重新对设备进行编程，，了局显示工件加工后圆度合格率为98%，，不仅满足圆度要求，，并且理论没有烧伤景象，，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，，节制切削领域，，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，，并且理论没有烧伤景象，，是一种安全可行的磨削工艺，，拥有较高的推广价值。。。在将来，，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、高机能的钛合金工件，，为后续出产制作打下坚实基础。。。

【参考文件】

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[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].现代制作工程，，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.

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[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.

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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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