1、引言

钛合金拥有比强度高、耐蚀性好等特点，被宽泛利用于航空航天等领域。TC4钛合金的难加工性重要表此刻：TC4钛合金的导热系数较低，切削热积累于刀尖及前导部门领域内，使切削部门环境恶化，影响表表加工质量；TC4钛合金在高温状态下的化学性质活跃，易反映天生硬化层，加剧刀具磨损；TC4钛合金的强度、硬度高、弹性模量幼以及摩擦系数较大等特点使得单元切削力大，增长功率亏损。

在现实出产中，由于钛合金的难加工性以及必要从锻坯猜中去除大量资料，还存在加工效能低的问题。随着现代设备技术的发展，高速切削技术已具备宽泛推广的前提，并在钛合金产品切削加工中得以利用[1]。然而在高速切削状态下，选取传统的浇注式切削光滑时，切削液一旦触际遇高速旋转的工件或刀具即被甩出，极难达到切削环境最为恶劣、最必要冷却光滑的刀尖部位。并且浇注式供给切削液带来的环境问题日益严格，甚至飞溅的切削液将对人身健康产生风险[2]。

因而，在可持续发展的大环境下，造作业索求并发展了新型的冷却光滑方式，如干式切削（ＤｒｙＭａｃｈｉｎｉｎｇ，DM）加工技术[3]、微量光滑（ＭｉｎｉｍｕｍＱｕａｎｔｉｔｙＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，MQL）切削技术[4]和低温冷风切削加工技术[5]以及基于以上技术的低温微量光滑（ＣｏｌDMｉｎｉｍｕｍＱｕａｎｔｉｔｙＬｕｂｒｉｃａ-ｔｉｏｎ，CMQL）复合增效技术[6]。

目前，大量学者对新型冷却光滑方式在光滑机理[7]、钛合金等难加工资料的利用方面[8]进行了钻研。ＮａｎｄｙＡ.Ｋ.等[9]使用CMQL技术车削加工TC4钛合金发现，CMQL技术可能有效降低车削力，并且在断屑方面有肯定优势。苏永生等[10]在干切削和低温微量光滑前提下钻研织构化硬质合金刀具加工性影响，出格是面向TC4钛合金粗精加工过程仍不足系统性的钻研。本文通过尝试探索分歧光滑前提对高速车削TC4钛合金的切削力和表表粗糙度的影响，分析光滑前提在分歧加工阶段的影响，得出CMQL前提下高速精车TC4钛合金的切削参数对切削力和表表粗糙度的影响法规。

2、尝试前提及规划

2.1尝试资料参数及设备

钻研对象选取的高强度TC4钛合金，其重要组成成分及力学机能如表1和表2所示。尝试选取鑫盛机床公司出产的ＡＤＧ15Ｍ数控车床，可实现8000r/min高速切削；使用Ｋｉｓｔｌｅｒ9257Ｂ三分量测力仪丈量切削力，选取吉泰科仪ＪＤ520粗糙度仪丈量加工表表粗糙度；选用纳米涂层细颗粒合金刀具（主偏角κ_ｒ＝45°，前角γ0＝5°，后角α0＝15°），刀尖圆弧半径选取ｒ＝0.8ｍｍ。尝试所用的低和善MQL环境选取ＳＵＮＡＩＲ公司出产的超低温微量光滑系统提供。

2.2尝试规划

设计三组切削尝试，别离钻研分歧光滑前提对切削过程的影响、分歧光滑前提在分歧加工阶段的影响和CMQL下切削参数对切削加工性的影响。

为了分析分歧光滑前提对TC4钛合金高速切削加工性的影响，选取单成分分析法，在选定的切削参数下，别离对CMQL、冷风、浇注式三种冷却光滑前提下的切削力和表表粗糙度进行丈量和分析。选定的切削参数如表3所示。

为了分析分歧光滑前提对TC4钛合金粗加工、半精加工、精加工的影响，选取单成分分析法，针对干切削、浇注式光滑、MQL和CMQL四种分歧光滑环境进行切削力和表表粗糙度丈量和分析。各加工阶段的切削参数凭据现实工程经验拔取，选定的切削参数如表4所示。

设计三成分三水平正交试验，以钻研CMQL前提下高速切削TC4钛合金各切削参数对主切削力和表表粗糙度的影响。所选择的切削参数领域属于半精加工和精加工阶段，正交试验成分水平设置如表5所示。

3、分歧光滑前提下的TC4钛合金高速切削尝试了局与会商

3.1主切削力及表表粗糙度尝试丈量了局

别离在CMQL、冷风、浇注式光滑环境下纪录9组尝试测得的切削力和表表粗糙度数据，如表6所示。为了确保切削力和表表粗糙度数据的精度，在统一工件上使用同组切削用量走刀3次，取3次的切削力均匀值作为该组的切削力，在粗糙度丈量中圆周均布采样3次并取均匀值，削减报答成分造成的误差。

3.2分歧冷却光滑前提对主切削力的影响

图1为CMQL、冷风、浇注式光滑环境下、以切削速度240m/min高速车削TC4钛合金的主切削力对比柱状图Ｄ芄豢闯，在一样的冷却光滑环境下，随着切削深度和进给量的增长，主切削力随之增长，很显著，切削深度和进给量的增长使切削层公称横截面积增大。

 化分析如下：参数组1相对于参数组2的切削层公称横截面积增大了1倍，对应的主切削力别离在CMQL、冷风、浇注式光滑前提下的增大系数为2.02，2.01，1.99；参数组3相对于参数组1的切削层公称横截面积增大了1倍，对应的主切削力别离在CMQL、冷风、浇注式光滑前提下的增大系数为1.76，1.76，1.80。注明主切削力增长的重要影响成分为切削层公称横截面积，不受冷却光滑前提的影响。

在一样的切削参数下，CMQL和低温冷风前提能有效降低主切削力，并且CMQL降低切削阻力的成效更优。其中，CMQL的主切削力比低温冷风的主切削力均匀减幼约16.4％，并且参数组3中CMQL的主切削力比低温冷风减幼134.8Ｎ；CMQL的主切削力比浇注式光滑的主切削力均匀减幼约23％，并且参数组3中CMQL的主切削力比浇注式光滑减幼了213.6Ｎ。

从以上分析能够看出，在降低切削阻力系数方面，高速切削时CMQL优于其他两种冷却光滑加工步骤。喷嘴高速喷出的低温汽雾有很强的吸热能力，并且高压汽雾可能抵抗高速旋转并有效达到主切削区域，实现较好的冷却光滑成效。

相对于低温冷风，光滑油的混合雾化能够在刀—工、刀—屑间齐全形成光滑油膜，使切削摩擦阻力降低，从而降低切削力。

3.3 分歧冷却光滑前提对表表粗糙度的影响

图2为CMQL、冷风、浇注式光滑环境下、以切削速度240m/min高速车削TC4钛合金的表表粗糙度对比柱状图Ｄ芄豢闯，在一样的冷却和光滑环境下，参数组2相对于参数组1的表表粗糙度根基没有变动，参数组3相对于参数组1的表表粗糙杜仔显著增长。凭据表表粗糙度理论公式可知，表表粗糙杜纂进给量和刀尖圆弧半径有关，在一样的切削参数下，CMQL和低温冷风前提的表表粗糙度值略有降低，注明优良的冷却光滑前提可能对加工表质量带来提升，并且CMQL要优于低温冷风前提。但是在参数组3中进给量较大的情况下，冷却光滑前提的影响水平降落。

表表粗糙度除与理论切削参数有关表，还与切削过程中积屑瘤的产生和隐没也有极大关系；剂霾南染銮疤崾乔行嫉撞憬鹗粲氲毒咔暗见娌そ，从以上分析能够看出，低温冷风和CMQL能够急剧冷却刀具和工件，加工表表和切屑的塑性降低，抑造了积屑瘤形成和发展。

CMQL能够提供优良的光滑膜，弱化刀具和工件之间的黏结摩擦，削减刀具的磨损，并还能够降低切削过程中的振动和噪声，有助于提高表表质量。

4、分歧光滑前提下的各加工阶段切削尝试了局与会商

4.1主切削力及表表粗糙度尝试丈量了局

凭据TC4钛合金现实样件切削加工工艺拔取分歧加工阶段的尝试参数，如表7所示，别离在干切削、浇注式、MQL和CMQL光滑环境下纪录尝试测得的切削力和表表粗糙度数据。

4.2在分歧加工阶段时冷却光滑前提对切削力的影响

在干切削、浇注式、MQL和CMQL光滑环境下，TC4钛合金在精车、半精车、粗车加工时的主切削力点线如图3所示。

能够看出，在分歧的加工阶段，切削参数不变情况下，切削力在分歧冷却光滑环境的变动幅度不大。

这注明切削参数依然是影响切削力大幼的重要成分，而光滑前提只能在肯定领域内影响切削力。对于精加工而言，其主切削力随着干切削、浇注式、MQL和CMQL光滑环境的变动顺次减幼，总减幼量为18.7Ｎ，减幼幅度为17.2％。

CMQL相较于MQL的减幼量为2.5Ｎ，减幼幅度为2.7％。注明相较于传统浇注和无光滑干切，MQL前提下切削液可能渗入加工区域，从而改善刀具与工件的摩擦状态，而传统浇注量大，流速低，很难深刻高速切削的加工区域，仅能提供冷却降温成效。对于半精加工而言，其主切削力随着干切削、浇注式、MQL光滑环境的变动顺次减幼，共减幼121.6Ｎ，减幼幅度为26.1％。

但是，CMQL相对于MQL略有提高，增长量为20.7Ｎ，注明MQL对半精加工降低切削阻力的成效更为有效。

低速、大切深已体现不出CMQL的优势，这是由于低速环境下浇注式冷却光滑已经达到肯定的成效，而CMQL会进一步降低刀—工切触区的温度，钛合金资料塑性降落，切削阻抗增大，切削力变大。对于粗加工而言，低速大切深环境加剧，CMQL相对于MQL的切削阻抗增大成效更为显著，反而干切削的切削力更幼，这是由于无光滑干切的温升会对钛合金有热软化成效，降低切削阻抗。

4.3在分歧加工阶段时冷却光滑前提对表表粗糙度的影响

在干切削、浇注式、MQL、CMQL光滑环境下，TC4钛合金在精车、半精车、粗车加工时的表表粗糙度点线如图4所示。

从图中能够直观地看到精加、半精加工、粗加工三种分歧的加工阶段粗糙度数值变动趋向一致，由大到幼均为干切削、MQL、传统浇注、CMQL。其中，传统浇注光滑方式相比MQL光滑方式，表表粗糙度数值更幼，表表质量更高，这可能是由多种原因造成，例如切屑会影响微量油液达到工件表表、体积微幼的油液颗粒容易受热挥发、浇注式切削降低了切削加工区域的温度等。

但MQL越发节俭切削液，这大大降低了加工成本，在工件表表质量要求不高时优势越发显著。另表，凭据分歧加工阶段时表表粗糙度的数值对比，再次证明切削参数的扭转对粗糙度数值的影响水平大于光滑前提，光滑前提只能在肯定领域内影响表表粗糙度。

5、CMQL前提下TC4钛合金切削正交试验了局与会商

5.1切削力及表表粗糙度正交试验丈量了局

按Ｌ₉（34）正交试验规划进行TC4钛合金的高速切削尝试，获得的主切削力及表表粗糙度尝试数据如表8所示，数据批注，在CMQL冷却光滑前提下主切削力均在800Ｎ以内；当进给量ｆ＝0.2mm/r时，表表粗糙度Ra＜0.7μm；当进给量ｆ＞0.3mm/r时，表表粗糙度Ra＞1μm。为综合分析切削参数对主切削力和表表粗糙度的影响程杜纂法规，别离对其进行极差分析。

5.2主切削力极差分析

凭据正交试验数据的直观极差分析能够确定各成分对主切削力的影响法规，并确定各成分的最优水平组合。通过试验丈量数据推算，整顿得到正交试验极差分析表（见表9）。由极差分析了局可知，在所选切削参数领域内，切削速度是影响主切削力的重要成分，其次别离为进给量和背吃刀量，且均大于空列，注明在高速精车TC4钛合金的影响参数中，切削三身分占据主导职位。

随着高速切削时切削速度的增长，工件表表和刀具温度急剧升高，若是此时冷却光滑不实时就会导致工件和刀具烧伤，表表硬化严沉，从而导致切削力变大以及表表加工质量急剧下滑。CMQL给高速精车TC4钛合金提供了优良的冷却光滑前提，保障切削过程的不变进行。为了分析切削参数对主切削力的影响法规，从极差分析中可知，主切削力随切削速度的增大而减幼，随着进给量和切削深度的增大而增大。单纯思考主切削力最。ǖ吞冀岛闹副辏，梦想的组合规划是大切削速度、尽可能幼的背吃刀量和较幼的进给量。

5.3表表粗糙度极差分析

凭据表表粗糙度Ra的尝试丈量数据进行极差分析，如表10所示。三个成分对表表粗糙度Ra的影响显著程杜咨大到幼为进给量＞切削深度＞切削速度，其中进给量为重要影响成分，这与理论表表粗糙度相匹配。

这是由于在高速精车阶段，CMQL冷却光滑前提保障切削过程的不变进行，在高速切削中难以形成对表表质量不利的积屑瘤，保障了表表粗糙度不受其他不不造成分影响。为了分析切削参数对主切削力的影响法规，从极差分析表中可知，在CMQL切削前提下，切削速度和切削深度的扭转对TC4钛合金加工表表的质量影响微乎其微，随着进给量的增长，表表加工质量变差。选用较幼的进给量可降低工件表表粗糙度。

综合分析切削参数对主切削力和表表粗糙度的影响，思考现实CMQL前提下高速精车TC4钛合金加工过程，背吃刀量由粗车或半精车留的余量决定，因而背吃刀量的选择准则为：在确保工艺过程不变可控的前提下，尽可能选取较幼的精车余量来实现降低切削力的主张；在切削不变的前提下尽可能选择较大的切削速度；进给量的选择则并非越幼越好，由于过幼的进给量势必导致切削效能直线降落，并且进给量过幼难以形成规定顺畅的切屑，导致刀具磨损变大，因而，在保障满足工件表表粗糙度要求的前提下应选择较大的进给量参数。

6、结语

通过三组TC4钛合金切削尝试分析得到以下结论。

（1）CMQL和MQL冷却光滑前提可在TC4钛合金高速切削中有效降低切削阻力和改善表表粗糙度，且CMQL复合增效技术阐发更优；

（2）CMQL冷却光滑前提在高速精车削阶段才体现出降低切削阻力的优势，对低速大切深的粗加工阶段反而不利；

（3）思考CMQL前提下高速精车TC4钛合金的加工效能，最佳参数组合为较高切削速度、较幼的精加工余量和相宜领域内较大的进给量。

参考文件

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第一作者：国秀丽，讲师，安阳工学院机械工程学院，455000河南省安阳市

ＦｉｒｓｔＡｕｔｈｏｒ：ＧｕｏＸｉｕｌｉ，Ｌｅｃｔｕｒｅｒ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉ-ｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ455000，Ｃｈｉｎａ

通讯作者：张程焱，博士，讲师，许昌学院电气与机械工程学院，461000河南省许昌市

ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒ：ＺｈａｎｇＣｈｅｎｇｙａｎ，Ｐｈ.Ｄ.，Ｌｅｃｔｕｒｅｒ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎDMｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｕｃｈａｎｇＵｎｉ-ｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｕｃｈａｎｇ，Ｈｅｎａｎ461000，Ｃｈｉｎａ

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