钛合金车削加工表面粗糙度试验研究
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距 ，研 究 发 现影 响钛 合 金 材料 切 削 加 工性 能 的主
１ 试验条件和方案
试 验 对 象 ： 钛 合 金 ＴＣ４， ＨＢ３ ０ ３ ０ ２ ～ ， ６
６ ＝９ ５ Ｐ ， ＝８ ５ ６ Ｍ ａ ７ ＭＰ 。 ＝ｌ ％ 。 ａ６ ４
试验 机 床 ：ＣＫ １ ３主 电机 额 定功 率５ ｗ， ６４ ， ｋ 主轴
Ｌ ｎ — ｒ ， Ｄｅ ｇ ｗａ ｌ２ Ｊ １ ＣＨＥＮ Ｈｏ ｇ ｔ ｏ ， ＸＵ Ｍｉ ｇ ｈ ｎ ． ｎ — １ ａ ２ ｎ — ｅ ｇ。 ＨＡＮ ｕ ．ｅ ｇ ＺＨＯ ＮＧ ｅ ｆ ｍ ｉｇ Ｊ ｎｆｎ Ｃｈ ｎ１ ｎ 。 ．
１
．
（． １西南交通大学，成都 ６ ０ ３ ； ． １０ １ ２ 四川工程职业技术学院 ， 阳 ６ ８ ０ ；３ 东方汽轮机有 限公司 ，德阳 ６ ８ ０ ） 德 １００ ． １０ ０ 摘 要 ：为了探索难加工材料钛合金 的车削表面粗糙度变化规律 ，采用均匀设计方法设计了钛合金切削
收稿 日期：２ １ － ３ ２ ００ ０－ ２ 基全Ｊ 晃目：国家重大专项项 目 （０ ９ Ｘ ４ １ —０ —３ ２ ０Ｚ ０ ０ ４１ ２０ ）资助 作者简介：李登万 （９ ４ １６ 一），男，四川盐亭人 ，教授级高工，博士研究生 ，主要研究方向为绿 色制造技术 。 ［ １ 第３ 卷 ６ ２ 第５ 期 ２１－ ００ ５
参数。分别进行 了常温干式车 削和低温冷风车 削试验 ，对实验数 据进行多元线 性回归分析 ， 建立了适用于钛合 金材料在低温 冷风车削条件下和 干式车削条件 下的粗糙度经验公 式 ，从而
找到了钛合金材料车削表面粗糙度的变化规律 。
关键词 ：干式车削 ； 冷风车削 ；粗糙度 ； 经验公式 ；均匀设计。 中图分类号 ：Ｔ ５ ６ ３ Ｐ ０ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：’ ０ — １ ４ ２ ｌ ） ５ ０ ０ －０ ０ ９ ０ （ｏ ０ — ０ ６ ３ ３ ０
所示。
要原因是：１ ）钛 元 素 化 学活 性 强 ，在６ ０Ｃ以上 ０￣
高 温 时 ， 加工 点 很 容 易 与接 触 的 氧 、氢 和 氮 等 气
体 杂 质 化 合 而硬 化 ， 形成 脆 化 层 ，导 致 刀 具 磨 损 快 ；２ ）钛 合金 弹性 模量 低 ，弹性 变形 大 ，在 后 刀
表 面粗 糙 度 的 大小 直 接 影 响 零件 的外 观 质 量 、工 作性 能 和 加 工 成本 。掌 握 粗糙 度 的变 化 规律 对 优 化和 合理选 用切削 参数具 有重要 的指 导意 义 。 钛 合 金 密度 仅 为 ４５ ／ｍ ．ｇｃ ，但 其 比强 度 却 大 干 超高 强 度钢 ；熔 点 高达 １ ６ ℃ ，具 有 较 高 的热 ６０ 强 度 ，可在５ ０ 以下工 作 ，在 此温 度下 ，表 面 易 ５℃ 于 形成 致 密 的 氧化 膜 ，故 不 容 易被 进 一 步 氧 化 ， 有 较 强 的抗 腐 蚀 能 力 。近 年 来 ，化 工 、仪 器 、仪 表 、 航 天 、 军 事 工 业 对 钛 合 金 材 料 的 需 求 量 大 增 。尽 管 ，我 国是 钛 蕴 含量 最 丰 富 的 国家 ，但 由 于加 工 困 难 ，我 国工 业 及 军事 装 备 使 用钛 合 金 材 料 的 比例 相 对较 低 ，离 国 际先 进 水 平存 在 较 大 差
、 ｌ
粗 糙 度 检 测设 备 ：Ｓ Ｆ Ｏ ４ ０ ＵＲ Ｃ Ｍ ８ Ａ表 面形 状 测量仪 。
ｌ Ｉ ５
…ｍ…ｍ 拍 跎 ｍⅢ 缗
０ 引言
表 面 粗 糙 度 是 已加 工 表 面 的 微 观 几何 特 性 ，
准 和 国 家 可 持 续 发 展 的 产 业 政 策要 求 。加 工 方式
的 改 变 ，势 必 会 引起 一 系 列 的变 化 ，其 中 表面 粗
糙 度 的 变化 是必 然 的 。通过 试验 研 究 找 出 干 式切 削 和 低温 冷 风 切 削 表 面粗 糙 度 的变 化 规 律 ，进 而 获得 表面粗 糙 度的经 验公式 无疑 是很 有意义 的 。
、 Ｉ 化 Ｉ Ｉ ３
钛合金车削加工表面粗糙度试验研 究
Ｅｘｐｅｒｍ ｅ ａｌｓ ｕ ｉ ｎｔ ｔ ｄｙ ｈ ｓ ｆ ｏｎ ｔ ｅ ｕｒａｃｅ ｏｕ ｒ ｇｈｎ ｓ ｏｆｔ ｔ ｅｓ ｉａｎｉ ｕｍ ｌ ｕｒ ｎｇ ａｌ ｏｙ ｔ ｎｉ
wenku.baidu.com
李登万’，陈洪涛 ，许明恒’ 一 ，韩俊峰 ，钟成明。
染 ， 同时 也 对人 体 有害 ，它 的使 用 受 到 了 越 来越
多 的限 制 。低温 冷 风 切 削 是一 种 新 兴 的切 削加 工
方法 ，使 用干 式 切 削 和 低温 冷 风 代 替 传统 的冷 却
液 ，大 大 改善 了加 工 环境 ，符 合Ｉ Ｏ１ ０ ０ 境标 Ｓ ４０ 环
图 ｌ 风 车 削 加 工环 境 冷
最 大转 速２ ０ ｒｍ。 ０ ０ｐ
试 验 刀具 ：Ｃ ＮＭＧｌ ００ ． Ｔ，机夹 外 圆车 ２ ４ ４ＮＦ
刀Ｋ ＝ ９ 。Ｙ ＝ － 。 。 ０ 一 ０ ，。 ６ ， ＝１ 。
＝
．
－
６。 。
冷风 机 ：Ｃ Ｌ ５ ／ ，冷风 温度 一０ ，冷 风压 Ｔ 一 ０３ ５℃ 力０４ ａ ． ＭＰ ，流量３Ｏ ／ ｎ ． ｍｉ，从 后 刀面射 入 ，如图 １ ｍ
面 与 工件 的接 触 区 材料 回弹 量 大 ，使 材 料 与 后 刀 面 的接 触面 积增 大 ，切削 温 度升高 ；３ ）钛 合 金 的
导热 率 很低 ，仅 为铁 的 １５ １ ，切 削热 大 量堆 积 在切
削点 难 以迅 速传导 ，使 刀 刃局 布温 度升高 。 在 金 属 切 削 加 工 中 ， 切 削 液 会 产 生 环 境 污
１ 试验条件和方案
试 验 对 象 ： 钛 合 金 ＴＣ４， ＨＢ３ ０ ３ ０ ２ ～ ， ６
６ ＝９ ５ Ｐ ， ＝８ ５ ６ Ｍ ａ ７ ＭＰ 。 ＝ｌ ％ 。 ａ６ ４
试验 机 床 ：ＣＫ １ ３主 电机 额 定功 率５ ｗ， ６４ ， ｋ 主轴
Ｌ ｎ — ｒ ， Ｄｅ ｇ ｗａ ｌ２ Ｊ １ ＣＨＥＮ Ｈｏ ｇ ｔ ｏ ， ＸＵ Ｍｉ ｇ ｈ ｎ ． ｎ — １ ａ ２ ｎ — ｅ ｇ。 ＨＡＮ ｕ ．ｅ ｇ ＺＨＯ ＮＧ ｅ ｆ ｍ ｉｇ Ｊ ｎｆｎ Ｃｈ ｎ１ ｎ 。 ．
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（． １西南交通大学，成都 ６ ０ ３ ； ． １０ １ ２ 四川工程职业技术学院 ， 阳 ６ ８ ０ ；３ 东方汽轮机有 限公司 ，德阳 ６ ８ ０ ） 德 １００ ． １０ ０ 摘 要 ：为了探索难加工材料钛合金 的车削表面粗糙度变化规律 ，采用均匀设计方法设计了钛合金切削
收稿 日期：２ １ － ３ ２ ００ ０－ ２ 基全Ｊ 晃目：国家重大专项项 目 （０ ９ Ｘ ４ １ —０ —３ ２ ０Ｚ ０ ０ ４１ ２０ ）资助 作者简介：李登万 （９ ４ １６ 一），男，四川盐亭人 ，教授级高工，博士研究生 ，主要研究方向为绿 色制造技术 。 ［ １ 第３ 卷 ６ ２ 第５ 期 ２１－ ００ ５
参数。分别进行 了常温干式车 削和低温冷风车 削试验 ，对实验数 据进行多元线 性回归分析 ， 建立了适用于钛合 金材料在低温 冷风车削条件下和 干式车削条件 下的粗糙度经验公 式 ，从而
找到了钛合金材料车削表面粗糙度的变化规律 。
关键词 ：干式车削 ； 冷风车削 ；粗糙度 ； 经验公式 ；均匀设计。 中图分类号 ：Ｔ ５ ６ ３ Ｐ ０ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：’ ０ — １ ４ ２ ｌ ） ５ ０ ０ －０ ０ ９ ０ （ｏ ０ — ０ ６ ３ ３ ０
所示。
要原因是：１ ）钛 元 素 化 学活 性 强 ，在６ ０Ｃ以上 ０￣
高 温 时 ， 加工 点 很 容 易 与接 触 的 氧 、氢 和 氮 等 气
体 杂 质 化 合 而硬 化 ， 形成 脆 化 层 ，导 致 刀 具 磨 损 快 ；２ ）钛 合金 弹性 模量 低 ，弹性 变形 大 ，在 后 刀
表 面粗 糙 度 的 大小 直 接 影 响 零件 的外 观 质 量 、工 作性 能 和 加 工 成本 。掌 握 粗糙 度 的变 化 规律 对 优 化和 合理选 用切削 参数具 有重要 的指 导意 义 。 钛 合 金 密度 仅 为 ４５ ／ｍ ．ｇｃ ，但 其 比强 度 却 大 干 超高 强 度钢 ；熔 点 高达 １ ６ ℃ ，具 有 较 高 的热 ６０ 强 度 ，可在５ ０ 以下工 作 ，在 此温 度下 ，表 面 易 ５℃ 于 形成 致 密 的 氧化 膜 ，故 不 容 易被 进 一 步 氧 化 ， 有 较 强 的抗 腐 蚀 能 力 。近 年 来 ，化 工 、仪 器 、仪 表 、 航 天 、 军 事 工 业 对 钛 合 金 材 料 的 需 求 量 大 增 。尽 管 ，我 国是 钛 蕴 含量 最 丰 富 的 国家 ，但 由 于加 工 困 难 ，我 国工 业 及 军事 装 备 使 用钛 合 金 材 料 的 比例 相 对较 低 ，离 国 际先 进 水 平存 在 较 大 差
、 ｌ
粗 糙 度 检 测设 备 ：Ｓ Ｆ Ｏ ４ ０ ＵＲ Ｃ Ｍ ８ Ａ表 面形 状 测量仪 。
ｌ Ｉ ５
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０ 引言
表 面 粗 糙 度 是 已加 工 表 面 的 微 观 几何 特 性 ，
准 和 国 家 可 持 续 发 展 的 产 业 政 策要 求 。加 工 方式
的 改 变 ，势 必 会 引起 一 系 列 的变 化 ，其 中 表面 粗
糙 度 的 变化 是必 然 的 。通过 试验 研 究 找 出 干 式切 削 和 低温 冷 风 切 削 表 面粗 糙 度 的变 化 规 律 ，进 而 获得 表面粗 糙 度的经 验公式 无疑 是很 有意义 的 。
、 Ｉ 化 Ｉ Ｉ ３
钛合金车削加工表面粗糙度试验研 究
Ｅｘｐｅｒｍ ｅ ａｌｓ ｕ ｉ ｎｔ ｔ ｄｙ ｈ ｓ ｆ ｏｎ ｔ ｅ ｕｒａｃｅ ｏｕ ｒ ｇｈｎ ｓ ｏｆｔ ｔ ｅｓ ｉａｎｉ ｕｍ ｌ ｕｒ ｎｇ ａｌ ｏｙ ｔ ｎｉ
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李登万’，陈洪涛 ，许明恒’ 一 ，韩俊峰 ，钟成明。
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多 的限 制 。低温 冷 风 切 削 是一 种 新 兴 的切 削加 工
方法 ，使 用干 式 切 削 和 低温 冷 风 代 替 传统 的冷 却
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图 ｌ 风 车 削 加 工环 境 冷
最 大转 速２ ０ ｒｍ。 ０ ０ｐ
试 验 刀具 ：Ｃ ＮＭＧｌ ００ ． Ｔ，机夹 外 圆车 ２ ４ ４ＮＦ
刀Ｋ ＝ ９ 。Ｙ ＝ － 。 。 ０ 一 ０ ，。 ６ ， ＝１ 。
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６。 。
冷风 机 ：Ｃ Ｌ ５ ／ ，冷风 温度 一０ ，冷 风压 Ｔ 一 ０３ ５℃ 力０４ ａ ． ＭＰ ，流量３Ｏ ／ ｎ ． ｍｉ，从 后 刀面射 入 ，如图 １ ｍ
面 与 工件 的接 触 区 材料 回弹 量 大 ，使 材 料 与 后 刀 面 的接 触面 积增 大 ，切削 温 度升高 ；３ ）钛 合 金 的
导热 率 很低 ，仅 为铁 的 １５ １ ，切 削热 大 量堆 积 在切
削点 难 以迅 速传导 ，使 刀 刃局 布温 度升高 。 在 金 属 切 削 加 工 中 ， 切 削 液 会 产 生 环 境 污