机械工程学报

作者：鲁艳军, 叶永辉, 关伟锋, 陈雨寒, 朱学明, 吴勇波

单位：1. 深圳大学机电与控制工程学院 深圳 518060;2. 南方科技大学机械与能源工程系 深圳 518055;3. 江西杰浩硬质合金工具有限公司 宜春 330600

关键词：铣削,超声振动,钛合金,磨损,涂层刀具；

基金：国家自然科学基金(52475480);深圳市技术攻关重点(JSGG20220831093200001);深圳市国际科技合作(GJHZ20220913144212023);机械系统与振动国家重点实验室开放基金(MSV202211)资助项目

针对难加工材料钛合金切削加工过程中容易产生切削热聚集、刀具磨损等问题，影响加工表面质量和效率，提出采用物理气相沉积(PVD)涂层硬质合金刀具的超声辅助铣削工艺对钛合金进行高效高质量加工。首先，分析了超声辅助铣削刀-工界面的振动分离机理；然后，研究了转速、超声振幅等超声辅助铣削工艺参数对钛合金TA15加工表面质量的影响并对工艺参数进行了优化；最后，对比传统铣削与超声辅助铣削，研究Zr系和Ti系PVD涂层刀具在钛合金铣削过程中的磨损机理及超声辅助铣削工艺参数对钛合金加工表面质量的作用机制。实验结果表明：基于PVD涂层硬质合金刀具的超声辅助铣削工艺能实现钛合金的高效高质量加工，优化后的超声辅助铣削工艺参数为转速10 000 r/min和超声振幅3.30 μm。涂层刀具的磨损形式主要为涂层剥落、前刀面的月牙洼磨损以及后刀面的粘结、扩散和氧化磨损；此外，超声振动可减少刀具的扩散、氧化、磨粒磨损以及切削刃的微崩刃现象。与传统铣削相比，采用超声辅助铣削可降低钛合金加工表面粗糙度约15%；同时与Ti系涂层刀具相比，Zr系涂层刀具后刀面平均磨损量降低18.34%，钛合金铣削表面粗糙度0.082 m，且表面几乎无钛屑粘附。

来源：2025年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2025年第23期