1、小序

钛合金具有比强度高、耐蚀性好等特点，，，，，，，被普遍应用于航空航天等领域。。。。。。。TC4钛合金的难加工性主要体现在：TC4钛合金的导热系数较低，，，，，，，切削热积累于刀尖及前刀面局部规模内，，，，，，，使切削局部情形恶化，，，，，，，影响外貌加工质量；；；；；；TC4钛合金在高温状态下的化学性子生动，，，，，，，易反应天生硬化层，，，，，，，加剧刀具磨损；；；；；；TC4钛合金的强度、硬度高、弹性模量小以及摩擦系数较大等特点使得单位切削力大，，，，，，，增添功率消耗。。。。。。。

在现实生产中，，，，，，，由于钛合金的难加工性以及需要从锻坯料中去除大宗质料，，，，，，，还保存加工效率低的问题。。。。。。。随着现代装备手艺的生长，，，，，，，高速切削手艺已具备普遍推广的条件，，，，，，，并在钛合金产品切削加工中得以应用[1]。。。。。。。然而在高速切削状态下，，，，，，，接纳古板的浇注式切削润滑时，，，，，，，切削液一旦触遇到高速旋转的工件或刀具即被甩出，，，，，，，极难抵达切削情形最为卑劣、最需要冷却润滑的刀尖部位。。。。。。。并且浇注式供应切削液带来的情形问题日益严肃，，，，，，，甚至飞溅的切削液将对人身康健爆发危害[2]。。。。。。。

因此，，，，，，，在可一连生长的大情形下，，，，，，，制造业探索并生长了新型的冷却润滑方法，，，，，，，如干式切削（ＤｒｙＭａｃｈｉｎｉｎｇ，，，，，，，DM）加工手艺[3]、微量润滑（ＭｉｎｉｍｕｍＱｕａｎｔｉｔｙＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，，，，，，，MQL）切削手艺[4]和低温凉风切削加工手艺[5]以及基于以上手艺的低温微量润滑（ＣｏｌDMｉｎｉｍｕｍＱｕａｎｔｉｔｙＬｕｂｒｉｃａ-ｔｉｏｎ，，，，，，，CMQL）复合增效手艺[6]。。。。。。。

现在，，，，，，，大宗学者对新型冷却润滑方法在润滑机理[7]、钛合金等难加工质料的应用方面[8]举行了研究。。。。。。。ＮａｎｄｙＡ.Ｋ.等[9]使用CMQL手艺车削加工TC4钛合金发明，，，，，，，CMQL手艺能够有用降低车削力，，，，，，，并且在断屑方面有一定优势。。。。。。。苏永生等[10]在干切削和低温微量润滑条件下研究织构化硬质合金刀具加工性影响，，，，，，，特殊是面向TC4钛合金粗精加工历程仍缺乏系统性的研究。。。。。。。本文通过实验探讨差别润滑条件对高速车削TC4钛合金的切削力和外貌粗糙度的影响，，，，，，，剖析润滑条件在差别加工阶段的影响，，，，，，，得出CMQL条件下高速精车TC4钛合金的切削参数对切削力和外貌粗糙度的影响纪律。。。。。。。

2、实验条件及计划

2.1实验质料参数及装备

研究工具接纳的高强度TC4钛合金，，，，，，，其主要组成因素及力学性能如表1和表2所示。。。。。。。实验接纳鑫盛机床公司生产的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，，，，，，，接纳吉泰科仪ＪＤ520粗糙度仪丈量加工外貌粗糙度；；；；；；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°），，，，，，，刀尖圆弧半径接纳ｒ＝0.8ｍｍ。。。。。。。实验所用的低温顺MQL情形接纳ＳＵＮＡＩＲ公司生产的超低温微量润滑系统提供。。。。。。。

2.2实验计划

设计三组切削实验，，，，，，，划分研究差别润滑条件对切削历程的影响、差别润滑条件在差别加工阶段的影响和CMQL下切削参数对切削加工性的影响。。。。。。。

为了剖析差别润滑条件对TC4钛合金高速切削加工性的影响，，，，，，，接纳单因素剖析法，，，，，，，在选定的切削参数下，，，，，，，划分对CMQL、凉风、浇注式三种冷却润滑条件下的切削力和外貌粗糙度举行丈量和剖析。。。。。。。选定的切削参数如表3所示。。。。。。。

为了剖析差别润滑条件对TC4钛合金粗加工、半精加工、精加工的影响，，，，，，，接纳单因素剖析法，，，，，，，针对干切削、浇注式润滑、MQL和CMQL四种差别润滑情形举行切削力和外貌粗糙度丈量和剖析。。。。。。。各加工阶段的切削参数凭证现实工程履历选取，，，，，，，选定的切削参数如表4所示。。。。。。。

设计三因素三水平正交试验，，，，，，，以研究CMQL条件下高速切削TC4钛合金各切削参数对主切削力和外貌粗糙度的影响。。。。。。。所选择的切削参数规模属于半精加工和精加工阶段，，，，，，，正交试验因素水平设置如表5所示。。。。。。。

3、差别润滑条件下的TC4钛合金高速切削实验效果与讨论

3.1主切削力及外貌粗糙度实验丈量效果

划分在CMQL、凉风、浇注式润滑情形下纪录9组实验测得的切削力和外貌粗糙度数据，，，，，，，如表6所示。。。。。。。为了确保切削力和外貌粗糙度数据的精度，，，，，，，在统一工件上使用同组切削用量走刀3次，，，，，，，取3次的切削力平均值作为该组的切削力，，，，，，，在粗糙度丈量中圆周均布采样3次并取平均值，，，，，，，镌汰人为因素造成的误差。。。。。。。

3.2差别冷却润滑条件对主切削力的影响

图1为CMQL、凉风、浇注式润滑情形下、以切削速率240m/min高速车削TC4钛合金的主切削力比照柱状图。。。。。。？？？？？梢钥闯，，，，，，，在相同的冷却润滑情形下，，，，，，，随着切削深度和进给量的增添，，，，，，，主切削力随之增添，，，，，，，很显着，，，，，，，切削深度和进给量的增添使切削层公称横截面积增大。。。。。。。

 化剖析如下：参数组1相关于参数组2的切削层公称横截面积增大了1倍，，，，，，，对应的主切削力划分在CMQL、凉风、浇注式润滑条件下的增大系数为2.02，，，，，，，2.01，，，，，，，1.99；；；；；；参数组3相关于参数组1的切削层公称横截面积增大了1倍，，，，，，，对应的主切削力划分在CMQL、凉风、浇注式润滑条件下的增大系数为1.76，，，，，，，1.76，，，，，，，1.80。。。。。。。说明主切削力增添的主要影响因素为切削层公称横截面积，，，，，，，不受冷却润滑条件的影响。。。。。。。

在相同的切削参数下，，，，，，，CMQL和低温凉风条件能有用降低主切削力，，，，，，，并且CMQL降低切削阻力的效果更优。。。。。。。其中，，，，，，，CMQL的主切削力比低温凉风的主切削力平均减小约16.4％，，，，，，，并且参数组3中CMQL的主切削力比低温凉风减小134.8Ｎ；；；；；；CMQL的主切削力比浇注式润滑的主切削力平均减小约23％，，，，，，，并且参数组3中CMQL的主切削力比浇注式润滑减小了213.6Ｎ。。。。。。。

从以上剖析可以看出，，，，，，，在降低切削阻力系数方面，，，，，，，高速切削时CMQL优于其他两种冷却润滑加工要领。。。。。。。喷嘴高速喷出的低温汽雾有很强的吸热能力，，，，，，，并且高压汽雾能够对抗高速旋转并有用抵达主切削区域，，，，，，，实现较好的冷却润滑效果。。。。。。。

相关于低温凉风，，，，，，，润滑油的混淆雾化可以在刀—工、刀—屑间完全形成润滑油膜，，，，，，，使切削摩擦阻力降低，，，，，，，从而降低切削力。。。。。。。

3.3 差别冷却润滑条件对外貌粗糙度的影响

图2为CMQL、凉风、浇注式润滑情形下、以切削速率240m/min高速车削TC4钛合金的外貌粗糙度比照柱状图。。。。。。？？？？？梢钥闯，，，，，，，在相同的冷却和润滑情形下，，，，，，，参数组2相关于参数组1的外貌粗糙度基本没有转变，，，，，，，参数组3相关于参数组1的外貌粗糙度有显着增添。。。。。。。凭证外貌粗糙度理论公式可知，，，，，，，外貌粗糙度与进给量和刀尖圆弧半径有关，，，，，，，在相同的切削参数下，，，，，，，CMQL和低温凉风条件的外貌粗糙度值略有降低，，，，，，，说明优异的冷却润滑条件能够对加工表质量带来提升，，，，，，，并且CMQL要优于低温凉风条件。。。。。。。可是在参数组3中进给量较大的情形下，，，，，，，冷却润滑条件的影响水平下降。。。。。。。

外貌粗糙度除与理论切削参数有关外，，，，，，，还与切削历程中积屑瘤的爆发和消逝也有极大关系。。。。。。。；；；；；剂霰⒌南染鎏跫是切屑底层金属与刀具前刀面爆发黏结，，，，，，，从以上剖析可以看出，，，，，，，低温凉风和CMQL可以快速冷却刀具和工件，，，，，，，加工外貌和切屑的塑性降低，，，，，，，抑制了积屑瘤形成和生长。。。。。。。

CMQL可以提供优异的润滑膜，，，，，，，弱化刀具和工件之间的黏结摩擦，，，，，，，镌汰刀具的磨损，，，，，，，并还可以降低切削历程中的振动和噪声，，，，，，，有助于提高外貌质量。。。。。。。

4、差别润滑条件下的各加工阶段切削实验效果与讨论

4.1主切削力及外貌粗糙度实验丈量效果

凭证TC4钛合金现实样件切削加工工艺选取差别加工阶段的实验参数，，，，，，，如表7所示，，，，，，，划分在干切削、浇注式、MQL和CMQL润滑情形下纪录实验测得的切削力和外貌粗糙度数据。。。。。。。

4.2在差别加工阶段时冷却润滑条件对切削力的影响

在干切削、浇注式、MQL和CMQL润滑情形下，，，，，，，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。。。。。。。

可以看出，，，，，，，在差别的加工阶段，，，，，，，切削参数稳固情形下，，，，，，，切削力在差别冷却润滑情形的转变幅度不大。。。。。。。

这说明切削参数依然是影响切削力巨细的主要因素，，，，，，，而润滑条件只能在一定规模内影响切削力。。。。。。。关于精加工而言，，，，，，，其主切削力随着干切削、浇注式、MQL和CMQL润滑情形的转变依次减小，，，，，，，总减小量为18.7Ｎ，，，，，，，减小幅度为17.2％。。。。。。。

CMQL相较于MQL的减小量为2.5Ｎ，，，，，，，减小幅度为2.7％。。。。。。。说明相较于古板浇注和无润滑干切，，，，，，，MQL条件下切削液能够渗入加工区域，，，，，，，从而改善刀具与工件的摩擦状态，，，，，，，而古板浇注量大，，，，，，，流速低，，，，，，，很难深入高速切削的加工区域，，，，，，，仅能提供冷却降温效果。。。。。。。关于半精加工而言，，，，，，，其主切削力随着干切削、浇注式、MQL润滑情形的转变依次减小，，，，，，，共减小121.6Ｎ，，，，，，，减小幅度为26.1％。。。。。。。

可是，，，，，，，CMQL相关于MQL略有提高，，，，，，，增添量为20.7Ｎ，，，，，，，说明MQL对半精加工降低切削阻力的效果更为有用。。。。。。。

低速、大切深已体现不出CMQL的优势，，，，，，，这是由于低速情形下浇注式冷却润滑已经抵达一定的效果，，，，，，，而CMQL会进一步降低刀—工切触区的温度，，，，，，，钛合金质料塑性下降，，，，，，，切削阻抗增大，，，，，，，切削力变大。。。。。。。关于粗加工而言，，，，，，，低速大切深情形加剧，，，，，，，CMQL相关于MQL的切削阻抗增大效果更为显着，，，，，，，反而干切削的切削力更小，，，，，，，这是由于无润滑干切的温升会对钛合金有热软化效果，，，，，，，降低切削阻抗。。。。。。。

4.3在差别加工阶段时冷却润滑条件对外貌粗糙度的影响

在干切削、浇注式、MQL、CMQL润滑情形下，，，，，，，TC4钛合金在精车、半精车、粗车加工时的外貌粗糙度点线如图4所示。。。。。。。

从图中可以直观地看到精加、半精加工、粗加工三种差别的加工阶段粗糙度数值转变趋势一致，，，，，，，由大到小均为干切削、MQL、古板浇注、CMQL。。。。。。。其中，，，，，，，古板浇注润滑方法相比MQL润滑方法，，，，，，，外貌粗糙度数值更小，，，，，，，外貌质量更高，，，，，，，这可能是由多种缘故原由造成，，，，，，，例如切屑会影响微量油液抵达工件外貌、体积细小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越发节约切削液，，，，，，，这大大降低了加工本钱，，，，，，，在工件外貌质量要求不高时优势越发显著。。。。。。。另外，，，，，，，凭证差别加工阶段时外貌粗糙度的数值比照，，，，，，，再次证实切削参数的改变对粗糙度数值的影响水平大于润滑条件，，，，，，，润滑条件只能在一定规模内影响外貌粗糙度。。。。。。。

5、CMQL条件下TC4钛合金切削正交试验效果与讨论

5.1切削力及外貌粗糙度正交试验丈量效果

按Ｌ₉（34）正交试验计划举行TC4钛合金的高速切削实验，，，，，，，获得的主切削力及外貌粗糙度实验数据如表8所示，，，，，，，数据批注，，，，，，，在CMQL冷却润滑条件下主切削力均在800Ｎ以内；；；；；；当进给量ｆ＝0.2mm/r时，，，，，，，外貌粗糙度Ra＜0.7μm；；；；；；当进给量ｆ＞0.3mm/r时，，，，，，，外貌粗糙度Ra＞1μm。。。。。。。为综合剖析切削参数对主切削力和外貌粗糙度的影响水平与纪律，，，，，，，划分对其举行极差剖析。。。。。。。

5.2主切削力极差剖析

凭证正交试验数据的直观极差剖析可以确定各因素对主切削力的影响纪律，，，，，，，并确定各因素的最优水平组合。。。。。。。通过试验丈量数据盘算，，，，，，，整理获得正交试验极差剖析表（见表9）。。。。。。。由极差剖析效果可知，，，，，，，在所选切削参数规模内，，，，，，，切削速率是影响主切削力的主要因素，，，，，，，其次划分为进给量和背吃刀量，，，，，，，且均大于空列，，，，，，，说明在高速精车TC4钛合金的影响参数中，，，，，，，切削三要素占有主导职位。。。。。。。

随着高速切削时切削速率的增添，，，，，，，工件外貌和刀具温度急剧升高，，，，，，，若是此时冷却润滑不实时就会导致工件和刀具烧伤，，，，，，，外貌硬化严重，，，，，，，从而导致切削力变大以及外貌加工质量急剧下滑。。。。。。。CMQL给高速精车TC4钛合金提供了优异的冷却润滑条件，，，，，，，包管切削历程的稳固举行。。。。。。。为了剖析切削参数对主切削力的影响纪律，，，，，，，从极差剖析中可知，，，，，，，主切削力随切削速率的增大而减小，，，，，，，随着进给量和切削深度的增大而增大。。。。。。。纯粹思量主切削力最小。。。。。。ǖ吞冀岛哪康模，，，，，，，理想的组合计划是大切削速率、尽可能小的背吃刀量和较小的进给量。。。。。。。

5.3外貌粗糙度极差剖析

凭证外貌粗糙度Ra的实验丈量数据举行极差剖析，，，，，，，如表10所示。。。。。。。三个因素对外貌粗糙度Ra的影响显著水平由大到小为进给量＞切削深度＞切削速率，，，，，，，其中进给量为主要影响因素，，，，，，，这与理论外貌粗糙度相匹配。。。。。。。

这是由于在高速精车阶段，，，，，，，CMQL冷却润滑条件包管切削历程的稳固举行，，，，，，，在高速切削中难以形成对外貌质量倒运的积屑瘤，，，，，，，包管了外貌粗糙度不受其他不稳固因素影响。。。。。。。为了剖析切削参数对主切削力的影响纪律，，，，，，，从极差剖析表中可知，，，，，，，在CMQL切削条件下，，，，，，，切削速率和切削深度的改变对TC4钛合金加工外貌的质量影响微乎其微，，，，，，，随着进给量的增添，，，，，，，外貌加工质量变差。。。。。。。选用较小的进给量可降低工件外貌粗糙度。。。。。。。

综合剖析切削参数对主切削力和外貌粗糙度的影响，，，，，，，思量现实CMQL条件下高速精车TC4钛合金加工历程，，，，，，，背吃刀量由粗车或半精车留的余量决议，，，，，，，因此背吃刀量的选择原则为：在确保工艺历程稳固可控的条件下，，，，，，，尽可能接纳较小的精车余量来实现降低切削力的目的；；；；；；在切削稳固的条件下尽可能选择较大的切削速率；；；；；；进给量的选择则并非越小越好，，，，，，，由于过小的进给量势必导致切削效坦率线下降，，，，，，，并且进给量过小难以形陋习则顺畅的切屑，，，，，，，导致刀具磨损变大，，，，，，，因此，，，，，，，在包管知足工件外貌粗糙度要求的条件下应选择较大的进给量参数。。。。。。。

6、结语

通过三组TC4钛合金切削实验剖析获得以下结论。。。。。。。

（1）CMQL和MQL冷却润滑条件可在TC4钛合金高速切削中有用降低切削阻力和改善外貌粗糙度，，，，，，，且CMQL复合增效手艺体现更优；；；；；；

（2）CMQL冷却润滑条件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倒运；；；；；；

（3）思量CMQL条件下高速精车TC4钛合金的加工效率，，，，，，，最佳参数组合为较高切削速率、较小的精加工余量和合适规模内较大的进给量。。。。。。。

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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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