為了保證精密零部件在特殊條件下的正常使用，航空航天、國(guó)防科技和生物醫(yī)療等重要領(lǐng)域?qū)τ诓牧闲阅芴岢隽藰O為苛刻的要求。鈦合金材料同時(shí)兼?zhèn)淞松鲜鲱I(lǐng)域所需的材料性能，具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力、較高的比強(qiáng)度、較好的材料韌性以及較強(qiáng)的生物兼容性，繼而成為了應(yīng)用于這些重點(diǎn)領(lǐng)域的重要材料［13］。尤其是在航空航天領(lǐng)域中，鈦合金材料被廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、燃?xì)鉁u輪葉片等重要部件中。隨著航空航天的發(fā)展，各部件肩負(fù)的功能日益增多，且結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜化，傳統(tǒng)的材料成型工藝難以快速構(gòu)造出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征，無法滿足航空航天領(lǐng)域?qū)τ趶?fù)雜產(chǎn)品快速制備的需求［4］。隨著金屬增材制造技術(shù)趨向成熟，其憑借快速性、低成本、生產(chǎn)周期短和適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)［57］，為生產(chǎn)加工復(fù)雜零部件提供了新的思路和解決方法。增材制造鈦合金與鍛造鈦合金存在一定的材料性能差異［8］，比如硬度、塑性等，這種差別對(duì)后處理加工會(huì)產(chǎn)生一定的影響，對(duì)于推動(dòng)增材制造鈦合金的應(yīng)用同樣也提出了一定的挑戰(zhàn)。為解決這一問題，許多學(xué)者針對(duì)增材制造鈦合金展開了研究。

Khorasani等［9］使用球頭銑刀對(duì)激光選區(qū)熔化（Selectivelasermelting，SLM）技術(shù)制造的Ti6Al4V假肢髖臼殼的內(nèi)表面進(jìn)行銑削加工，通過仿真和試驗(yàn)分析了銑刀和工件變形的問題。Campos等［10］采用無涂層的硬質(zhì)合金方頭銑刀對(duì)SLM技術(shù)制備的Ti6Al4V進(jìn)行微細(xì)銑削，并與普通鈦合金樣品進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)SLM試驗(yàn)樣品具有更高的強(qiáng)度、硬度，且加工過后其產(chǎn)生的毛刺更少。戰(zhàn)祥鑫等［11］使用YG類硬質(zhì)合金銑刀對(duì)增材制造鈦合金進(jìn)行銑削試驗(yàn)，從材料性能、加工流程、加工設(shè)備、加工刀具、加工路徑規(guī)劃和切削參數(shù)等方面進(jìn)行研究，獲得了較好的產(chǎn)品表面質(zhì)量和較優(yōu)的切削參數(shù)。AlRubaie等［12］利用涂有物理氣相沉積(Physicalvapordeposition,PVD)TiAlN涂層的硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行銑削試驗(yàn)，將常規(guī)鈦合金、SLM鈦合金以及SLM去應(yīng)力鈦合金三者進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明SLM工藝引起的材料微觀組織變化以及硬度和殘余應(yīng)力的增加并沒有導(dǎo)致材料發(fā)生足夠大的加工行為差異，加工常規(guī)鈦合金的切削參數(shù)同樣適用于SLM制備的鈦合金。雖然金屬增材制造技術(shù)能夠解決復(fù)雜、精密的鈦合金零部件的制備問題，但是現(xiàn)有金屬增材制造技術(shù)制備出的零部件通常無法直接滿足精密產(chǎn)品的應(yīng)用要求，往往需要通過后處理加工使其達(dá)到所要求的加工尺寸、精度等［13］。微銑削工藝具有材料適用性廣、加工精度高、生產(chǎn)成本低且生產(chǎn)周期短等多種優(yōu)勢(shì)，能夠在三維立體表面進(jìn)行復(fù)雜特征的加工，該技術(shù)已經(jīng)成為微切削加工中的重點(diǎn)研究對(duì)象［1415］。并且，在對(duì)鍛造鈦合金進(jìn)行精細(xì)結(jié)構(gòu)加工時(shí)，同樣需要微銑削工藝的參與，因此研究不同制造工藝的鈦合金材料的微銑削加工性能對(duì)于推動(dòng)鈦合金材料的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要意義。鈦合金材料的導(dǎo)熱率差、切削溫度高且容易使硬質(zhì)合金刀具發(fā)生粘結(jié)磨損，是典型的難加工材料［1618］。現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具在加工鈦合金時(shí)存在加工精度較差、刀具壽命過短以及刀具磨損大等問題［1921］。選用超硬材料刀具對(duì)鈦合金進(jìn)行加工是獲取高精度、高質(zhì)量的加工表面的重要手段［22］。聚晶金剛石（Polycrystallinediamond，PCD）刀具依靠耐磨性好、刀具散熱好等優(yōu)勢(shì)，成為難加工材料獲取高質(zhì)量加工表面的關(guān)鍵工具［23］。Hao等［24］通過微銑削試驗(yàn)，從表面粗糙度、銑削力和刀具磨損等方面驗(yàn)證了PCD超硬材料微細(xì)銑刀的加工性能優(yōu)于傳統(tǒng)硬質(zhì)合金微細(xì)銑刀。馮素玲等［25］通過高速銑削鈦合金試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了PCD刀具壽命比硬質(zhì)合金刀具增加了4倍左右，并且能夠獲得更小的表面粗糙度。Wu等［26］對(duì)純鎢進(jìn)行微銑削試驗(yàn)，提出PCD刀具可以在更寬的范圍中選擇加工參數(shù)進(jìn)行加工，且PCD刀具的加工質(zhì)量和刀具壽命均要優(yōu)于商用碳化鎢螺旋銑刀。上述的研究都表明，PCD刀具比硬質(zhì)合金刀具更適用于難加工材料的加工。雖然目前已有學(xué)者將增材制造鈦合金與鍛造鈦合金進(jìn)行對(duì)比研究，但多是選用傳統(tǒng)硬質(zhì)合金作為對(duì)比試驗(yàn)的加工刀具。采用超硬材料刀具對(duì)增材制造鈦合金及鍛造鈦合金進(jìn)行加工性能對(duì)比的研究還相對(duì)較少。本文選用PCD微銑刀開展了微銑削試驗(yàn)，從銑削力、頂端毛刺和表面粗糙度等方面入手，對(duì)比了鍛造鈦合金、SLM鈦合金以及SLM熱處理鈦合金的微銑削加工性能。根據(jù)本研究的試驗(yàn)結(jié)果能夠有針對(duì)性地對(duì)不同制造工藝的鈦合金材料進(jìn)行加工參數(shù)的優(yōu)化，以便獲得更好的加工質(zhì)量。

1、試驗(yàn)設(shè)置

本文選用直徑為1mm的單刃PCD微銑刀作為開展微銑削試驗(yàn)的刀具，刀刃長(zhǎng)度為5.5mm，刀具前角為0°，后角為7°，底刃傾角λ為3°，如圖1所示。

試驗(yàn)前使用基恩士超景深顯微鏡VHX1000檢測(cè)確認(rèn)刀具刃口保持完好，并測(cè)得刀尖圓弧半徑rε為6.9μm，刃口圓弧半徑rβ為7.1μm。本文選用的3種試驗(yàn)材料包括：鍛造的標(biāo)準(zhǔn)鈦合金材料、激光選區(qū)熔化技術(shù)制備的未經(jīng)過熱處理和經(jīng)過熱處理的鈦合金材料，本文在后續(xù)將3種不同制造工藝的鈦合金材料分別簡(jiǎn)寫為：鍛造、SLM以及SLM熱處理。3種不同制造工藝的鈦合金材料的牌號(hào)均為TC4，其對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

增材制造鈦合金由飛而康快速制造科技有限責(zé)任公司制備，選用的激光功率為360kW，掃描速度為1700mm/s，粉末粒度直徑為15~53μm。對(duì)增材制造鈦合金的熱處理溫度為800℃，采用室溫冷卻。本試驗(yàn)利用電火花線切割技術(shù)將3種鈦合金材料都切割成尺寸為4mm×10mm×35mm的試驗(yàn)工件，并從左到右按照SLM熱處理鈦合金、SLM鈦合金、鍛造鈦合金的順序?qū)⑵渑挪荚谵D(zhuǎn)接板上，如圖2（a）所示。擺放工件時(shí)，根據(jù)打印方向，將兩種增材制造鈦合金材料按照相同的方向進(jìn)行擺放，消除各向異性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。微銑削試驗(yàn)設(shè)置如圖2（b）所示，試驗(yàn)在北京精雕JDGR200T五軸高速加工中心上進(jìn)行，采用Kistler9257B測(cè)力儀對(duì)銑削力進(jìn)行收集，Kistler9257B測(cè)力儀的Fx、Fy、Fz的分辨率均為0.01N。分析銑削力時(shí)，首先對(duì)測(cè)得的原始數(shù)據(jù)采用低通濾波，獲得較為穩(wěn)定的力信號(hào)，然后在每組銑削力信號(hào)上選取4個(gè)不同的穩(wěn)定切削時(shí)的位置測(cè)量最大值，取平均值作為銑削力的最終測(cè)量結(jié)果。

微銑削試驗(yàn)參數(shù)如表2所示，分別選擇4種不同水平的主軸轉(zhuǎn)速、銑削深度和每齒進(jìn)給量對(duì)3種不同制造工藝的鈦合金進(jìn)行單因素微銑削試驗(yàn)。

試驗(yàn)全程采用水基切削液進(jìn)行冷卻。每次試驗(yàn)都一次性以相同的銑削參數(shù)對(duì)3種不同制造工藝的鈦合金材料進(jìn)行銑削。為了保證工件擁有良好的平面度，以便精確進(jìn)行試驗(yàn)，微銑削試驗(yàn)開始前對(duì)所有工件表面進(jìn)行面銑削，確保所有試驗(yàn)工件的高度一致。試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)工件從工作臺(tái)上拆下，利用基恩士超景深顯微鏡VHX1000對(duì)銑槽頂端毛刺寬度進(jìn)行檢測(cè)。如圖3所示，利用基恩士超景深顯微鏡VH1000測(cè)量頂端毛刺寬度，在銑槽頂端毛刺均勻生成的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，分別選取5個(gè)不同位置測(cè)量，并取平均值作為頂端毛刺寬度測(cè)量的最終結(jié)果。檢測(cè)完頂端毛刺后，將工件超聲清洗干凈，用非接觸式白光干涉光學(xué)輪廓儀ZygoNV7300對(duì)表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量。在每條微銑削槽的4個(gè)不同位置，沿刀具進(jìn)給方向進(jìn)行表面粗糙度測(cè)量，測(cè)量時(shí)選取的取樣長(zhǎng)度為0.25mm，取平均值作為表面粗糙度的最終檢測(cè)結(jié)果。

2、試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1　3種不同制造工藝的鈦合金材料的銑削力分析

3種鈦合金材料在不同每齒進(jìn)給量條件下銑削力的變化情況如圖4所示。通過圖4（a）可以直觀看出，隨著每齒進(jìn)給量的增加，3種材料的銑削力均隨之增大，因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)微銑刀去除的材料量增加，銑削力隨之上漲。其中鍛造鈦合金銑削合力的變化最大，隨著每齒進(jìn)給量從1μm/z增加到4μm/z，鍛造鈦合金的銑削合力從1.19N上漲至4.35N。而SLM鈦合金、SLM熱處理鈦合金的銑削合力分別從1.18、1.74N上升至3.56、3.95N。從圖4（b）可以看出，主銑削力Fy的顯著增大是造成銑削合力快速上漲的主要原因。不難發(fā)現(xiàn)，SLM熱處理鈦合金在加工時(shí)的銑削分力在大多數(shù)情況下都要高于其余兩種材料。圖5展示了3種鈦合金材料在不同銑削深度下銑削力的變化情況。從圖5（a）可以看出，軸向力Fz最小，且Fz受到銑削深度的影響最小。隨著銑削深度的加深，鍛造鈦合金、SLM鈦合金以及SLM熱處理鈦合金的Fz分別從1.16、1.14、1.35N上漲至1.51、1.51、1.75N。由于PCD微立銑刀底部存在底刃傾角（λ=3°），該角度是用于減小刀具與已加工表面上發(fā)生彈性回復(fù)的材料的接觸，增強(qiáng)銑削加工的穩(wěn)定性，優(yōu)化加工表面質(zhì)量。當(dāng)?shù)毒吣p較小時(shí)，底刃傾角的變化較小，銑削深度的增大并不會(huì)顯著造成與微銑刀底面接觸的工件材料面積增大。因此，在主軸轉(zhuǎn)速和每齒進(jìn)給量不變的條件下，由于銑削深度變化造成Fz的變化幅度較小。銑削合力的變化主要受到主銑削力Fy和進(jìn)給抗力Fx的影響。這是因?yàn)椋娤骷庸ぶ饕窃赬Y平面上去除材料的過程，F(xiàn)x、Fy是去除材料時(shí)主要的力。圖5（b）能夠直觀地看出，SLM熱處理鈦合金在加工過程中產(chǎn)生的銑削力明顯大于其余兩種材料。這可能是由于SLM熱處理鈦合金材料的硬度較高，去除材料時(shí)所需的力較大。圖6反映了在不同主軸轉(zhuǎn)速下3種不同制造工藝的鈦材料的銑削力變化情況。通過圖6（a）能夠看出，隨著主軸轉(zhuǎn)速的加快，不同鈦合金材料的三向銑削力均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大，單位時(shí)間內(nèi)微銑刀去除材料的量減小，進(jìn)而使得銑削力下降。從圖6（b）可以發(fā)現(xiàn)，SLM熱處理鈦合金對(duì)于主軸轉(zhuǎn)速的變化最為敏感，隨著主軸轉(zhuǎn)速的加快，銑削力下降幅度最為明顯。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速?gòu)?2000r/min加速至21000r/min時(shí)，鍛造鈦合金、SLM鈦合金以及SLM熱處理鈦合金的銑削合力分別從2.18、2.38、3.09N下降至1.56、1.88、2.04N。此外，從圖6中能夠明顯觀察到，鍛造鈦合金的銑削力要明顯小于另外兩種增材制造鈦合金材料。通過分析不同銑削參數(shù)對(duì)3種鈦合金材料銑削力的影響，能夠發(fā)現(xiàn)：總體來看微銑削加工時(shí)SLM熱處理鈦合金材料的銑削力比鍛造鈦合金和SLM鈦合金的銑削力都要大，且鍛造鈦合金材料的銑削力最小，材料硬度的差異是造成這種情況的重要原因。此外，受到SLM工藝自身缺陷的影響，通過SLM工藝打印的鈦合金材料未經(jīng)過熱處理時(shí)會(huì)存在較大的孔隙度，導(dǎo)致材料性能較差［27］，而這種情況在材料經(jīng)過熱處理后會(huì)被改善。有研究表明較大的孔隙度會(huì)引起銑削力的減小［28］，SLM熱處理鈦合金要比SLM鈦合金更為致密，材料孔隙度更小，因此其銑削過程產(chǎn)生的銑削力更大。

2.2　3種不同制造工藝的鈦合金材料的頂端毛刺分析

毛刺的寬度和高度是評(píng)價(jià)毛刺的參數(shù)，由于微銑削毛刺較小，對(duì)測(cè)量工作會(huì)造成一定的困難，為了便于定量分析毛刺規(guī)律，本文選用光學(xué)顯微鏡對(duì)頂端毛刺的寬度進(jìn)行檢測(cè)。圖7為3種鈦合金材料在不同銑削參數(shù)下的頂端毛刺寬度。對(duì)比順銑側(cè)和逆銑側(cè)的頂端毛刺寬度，能夠發(fā)現(xiàn)，在不同銑削條件下3種鈦合金材料逆銑側(cè)毛刺尺寸均大于順銑側(cè)毛刺尺寸［10］。

圖8所示為鈦合金材料順逆銑側(cè)頂端毛刺形成機(jī)理差異的示意圖。由于鈦合金材料的塑性較好，在去除材料過程中工件材料會(huì)發(fā)生較大的塑性變形，在逆銑側(cè)，受到未加工表面的阻礙，這部分發(fā)生塑性變形的材料會(huì)產(chǎn)生較大的塑性側(cè)流，本該形成切屑脫落的變形材料演變成較大的毛刺留在了工件頂端。因此在逆銑側(cè)，多會(huì)沿著刀具切削刃的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給方向形成尺寸較大的頂端毛刺。而在順銑側(cè)，發(fā)生塑性變形的材料會(huì)形成較大的材料堆積，這部分堆積的材料會(huì)隨著刀具切出工件表面時(shí)，借助刀具的推動(dòng)作用從工件表面脫落，少數(shù)材料形成尺寸較小的頂端毛刺。觀察圖7（a，b）能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)每齒進(jìn)給量很小時(shí)，加工過程生成的頂端毛刺尺寸較大，這是由于此條件下刀具的瞬時(shí)切削厚度小于材料的最小切削厚度，銑削加工處于負(fù)前角切削狀態(tài)，去除材料過程刀具對(duì)材料的擠壓、犁耕作用嚴(yán)重，增加了材料塑性變形，進(jìn)而促進(jìn)了毛刺的生長(zhǎng)。當(dāng)每齒進(jìn)給量增大，刀具開始正常進(jìn)行切割作用，毛刺尺寸先下降，在fz=2μm/z獲得最小值。此處鍛造鈦合金、SLM鈦合金和SLM熱處理鈦合金獲得的逆銑側(cè)最小毛刺寬度分別為184.78、152.3、173.03μm，順銑側(cè)最小毛刺寬度分別為152.89、125.39、139.50μm。隨著進(jìn)給速度的進(jìn)一步加快，刀具單次去除材料量增多，材料變形量增大，毛刺尺寸隨之增長(zhǎng)。圖7（c，d）反映的是銑削深度對(duì)頂端毛刺寬度的影響，隨著銑削深度的增大，3種材料逆銑側(cè)的毛刺寬度也隨之增大，這是由于銑削深度加深，材料去除量增大，切屑的排出受到限制，刀具與工件材料的摩擦、擠壓嚴(yán)重，材料塑性側(cè)流增加，形成較大毛刺。然而，順銑側(cè)毛刺隨著銑削深度的增加先增大，當(dāng)銑削深度ap>10μm，毛刺寬度又開始減小。這一現(xiàn)象可能是因?yàn)殂娤魃疃瘸^了一定的界限切削深度，順銑側(cè)的頂端毛刺形成了尺寸較小的二次毛刺（Ⅱ型毛刺）［2930］。從圖7（e，f）中可以看出，頂端毛刺隨著主軸轉(zhuǎn)速的加快呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，說明轉(zhuǎn)速的提高有利于減少刀具與材料間擠壓的時(shí)間，有利于減少材料的變形和塑性側(cè)流，抑制頂端毛刺的增長(zhǎng)。觀察圖7可知，在不同銑削條件下SLM鈦合金的頂端毛刺尺寸不論是在順銑側(cè)還是逆銑側(cè)都要小于SLM熱處理鈦合金以及鍛造鈦合金。這可能是因?yàn)镾LM鈦合金的塑性較差，切削時(shí)材料發(fā)生塑性變形的程度較小，且更容易從工件表面脫落，生成的頂端毛刺較小。

2.3　3種不同制造工藝的鈦合金材料的表面粗糙度分析

不同銑削參數(shù)對(duì)3種鈦合金材料表面粗糙度的影響如圖9所示。如圖9（a）所示，隨著每齒進(jìn)給量的增大，3種鈦合金材料的表面粗糙度均先下降后上升，并在fz=2μm/z獲得最小的表面粗糙度。鍛造鈦合金、SLM鈦合金以及SLM熱處理鈦合金的最小表面粗糙度分別為47.84、65.33、45.69nm。這是由于當(dāng)每齒進(jìn)給量很小時(shí)，刀具的瞬時(shí)切削厚度小于最小切削厚度，受到尺寸效應(yīng)的影響，加工過程的不穩(wěn)定現(xiàn)象增多，此時(shí)的銑刀以滑擦、犁耕去除材料為主，并非正常的切割作用，因此會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度較大，獲得的表面質(zhì)量較差。隨著每齒進(jìn)給量的增加，去除材料的作用由最初的擠壓、犁耕轉(zhuǎn)向正常的切割作用，表面粗糙度出現(xiàn)下降趨勢(shì)。隨著進(jìn)給速度的進(jìn)一步加快，瞬時(shí)切削厚度增大，導(dǎo)致銑削力增大，切削過程不穩(wěn)定現(xiàn)象增加，刀具產(chǎn)生振動(dòng)，容易導(dǎo)致表面質(zhì)量變差。

圖9（b）是表面粗糙度受銑削深度影響的變化曲線。可以看出，隨著銑削深度的逐漸增加，微銑槽的表面粗糙度呈上升趨勢(shì)。銑削深度的增加會(huì)導(dǎo)致單位時(shí)間去除的材料量增多，容易導(dǎo)致較大的切削力。以較大銑削深度加工時(shí)刀具容易發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致加工過程不穩(wěn)定，進(jìn)而影響表面質(zhì)量。圖9（c）是主軸轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度的影響，能夠發(fā)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速加快，表面粗糙度略有下降，但是當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到18000r/min時(shí)，表面粗糙度又有所上升，這可能是由于較快的轉(zhuǎn)速使得刀具產(chǎn)生振動(dòng)，表面粗糙度出現(xiàn)波動(dòng)。通過對(duì)3種鈦合金材料在不同銑削參數(shù)下表面粗糙度的定量分析，能夠發(fā)現(xiàn)，SLM熱處理鈦合金在微銑削加工時(shí)獲得的表面粗糙度要小于鍛造鈦合金和SLM鈦合金。SLM鈦合金在變每齒進(jìn)給量和變主軸轉(zhuǎn)速條件下獲得的表面粗糙度要明顯大于其余兩種材料。鍛造鈦合金在不同銑削參數(shù)下獲得的表面質(zhì)量均處于中等的水平。較高的材料硬度和較低的材料塑性能夠降低加工時(shí)的材料流動(dòng)，進(jìn)而獲得更好的表面質(zhì)量［31］，因此SLM熱處理鈦合金的表面粗糙度要低于鍛造鈦合金。雖然SLM鈦合金的材料硬度高于鍛造鈦合金，且材料塑性低于鍛造鈦合金，但是由于其孔隙度較大，容易惡化加工后的表面質(zhì)量［32］，導(dǎo)致其加工后的表面粗糙度要高于其余兩種鈦合金材料。圖10是3種鈦合金材料在不同每齒進(jìn)給量條件下的表面形貌。當(dāng)fz=1μm/z時(shí)，由于刀具對(duì)工件的犁耕作用嚴(yán)重，3種鈦合金材料經(jīng)過銑削后獲得的表面形貌均較差，表面輪廓曲線變化劇烈。隨著每齒進(jìn)給量增加，在fz=2μm/z時(shí)，3種鈦合金材料的表面質(zhì)量有所改善，材料凸起高度變小，表面輪廓曲線變化較為均勻。隨著每齒進(jìn)給量進(jìn)一步增大，3種鈦合金材料的表面形貌又開始惡化。通過整體分析能夠得到，SLM熱處理鈦合金的銑削表面在3種鈦合金材料中優(yōu)良。相較于鍛造鈦合金和SLM熱處理鈦合金，加工后的SLM鈦合金的表面輪廓曲線變化最為劇烈，獲得的表面質(zhì)量最差。

3、結(jié)論

本文以PCD微銑刀作為試驗(yàn)刀具，開展了微銑削試驗(yàn)。通過對(duì)銑削力、頂端毛刺寬度以及表面粗糙度進(jìn)行分析，研究了在不同銑削參數(shù)條件下鍛造鈦合金、SLM鈦合金以及SLM熱處理鈦合金的微銑削加工性能。得到的相關(guān)結(jié)論如下：

（1）微銑削加工時(shí)3種不同制造工藝的鈦合金材料的銑削力變化趨勢(shì)均符合變化規(guī)律。

SLM熱處理鈦合金材料加工產(chǎn)生的銑削力比鍛造鈦合金和SLM鈦合金的銑削力都要大，且鍛造鈦合金材料的銑削力最小。材料硬度的差異是造成這種情況的重要原因。除此之外，SLM鈦合金較大的孔隙度也導(dǎo)致了其銑削力小于SLM熱處理鈦合金。

（2）由于鈦合金材料順逆銑側(cè)頂端毛刺形成機(jī)理的差異，微銑削加工產(chǎn)生的逆銑側(cè)毛刺尺寸均要大于順銑側(cè)毛刺尺寸。在不同銑削條件下SLM鈦合金的頂端毛刺尺寸不論是在順銑側(cè)還是逆銑側(cè)都要小于SLM熱處理鈦合金以及鍛造鈦合金。這是由于SLM鈦合金的塑性較差，切削時(shí)材料發(fā)生塑性變形的程度較小，生成的頂端毛刺較小。

（3）3種不同制造工藝的鈦合金材料的表面粗糙度隨每齒進(jìn)給量增大，呈現(xiàn)先下降后上升的變化規(guī)律，并在fz=2μm/z獲得最小的表面粗糙度。這種現(xiàn)象是受到尺寸效應(yīng)影響的典型結(jié)果。較高的材料硬度和較低的材料塑性能夠降低加工時(shí)的材料流動(dòng)，進(jìn)而獲得更好的表面質(zhì)量，因此SLM熱處理鈦合金的表面粗糙度要低于鍛造鈦合金。由于孔隙度較大，容易惡化加工后的表面質(zhì)量，即使SLM鈦合金的硬度高于鍛造鈦合金，且塑性小于鍛造鈦合金，但其加工后的表面粗糙度仍舊較高。

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