TC4钛合金具有强度高、耐侵蚀性好、耐热性高以及生物相容性好等性子，，，，，普遍应用于航空航天、船舶、医疗等领域[1-3]。。。。。。。随着科技的生长，，，，，关于TC4钛合金的外貌质量要求越来越高，，，，，高质量的TC4钛合金外貌有利于提高其生物相容性以及零部件的使用性能。。。。。。。因此，，，，，高效率、高质量的TC4钛合金外貌抛光要领尤为主要。。。。。。。

抛光加事情为精加工工序，，，，，能够有用提高工件的外貌质量以及使用性能，，，，，为了获得高质量的TC4钛合金外貌，，，，，生长了差别的抛光要领。。。。。。。FiazHS等[4]接纳机械抛光要领对TC4钛合金举行抛光，，，，，工件的外貌粗糙度抵达0.4μm，，，，，但该要领加工效率较低，，，，，容易爆发磨削热损伤工件外貌，，，，，加工质量不稳固。。。。。。。UrleaV等[5]接纳电解抛光要领对TC4钛合金举行抛光，，，，，工件的外貌粗糙度抵达1.30μm，，，，，但该要领的成形纪律现在无法掌握，，，，，容易泛起过抛或欠抛的征象。。。。。。。MaCP等[6]接纳激光抛光要领对TC4钛合金举行抛光，，，，，工件的外貌粗糙度抵达0.375μm，，，，，但该要领加工本钱较高。。。。。。。

磨粒流抛光要领是通过黏弹性流体携带磨粒对工件外貌一直举行攻击、划擦和切削实现抛光加工，，，，，其加工质量高、本钱低，，，，，适用于重大曲面的抛光加工[7]。。。。。。。高航等[8-9]将磨粒流抛光要领应用于种种增材制造重大结构件的光整加工中；；；；；；；经由抛光后，，，，，工件的内外外貌粗糙度抵达0.7~1μm，，，，，战胜了航空增材制造重大零件外貌抛光加工这一难题。。。。。。。李俊烨等[10]将磨粒流抛光要领应用于坦克发念头喷油嘴的抛光加工中，，，，，切实提高喷油嘴的外貌质量；；；；；；；经由抛光后，，，，，喷油嘴内外孔的外貌粗糙度抵达0.437μm。。。。。。。

LyuBH等[11]接纳磨粒流抛光要领对形状重大碳化合金嵌件举行抛光，，，，，探讨了抛光速率、磨料浓度以及磨料尺寸对工件外貌粗糙度的影响。。。。。。。效果批注：当抛光速率为90r/min、磨料浓度为9%时，，，，，经由15min抛光后，，，，，工件的外貌粗糙度抵达7.1nm。。。。。。。ShaoQ等[12]接纳磨粒流抛光要领对GH4169高温合金叶片凹面举行抛光，，，，，探讨了抛光角度、抛光速率以及抛光液pH值对工件外貌粗糙度的影响。。。。。。。效果批注：当抛光角度为45°、抛光速率为1.88m/s、抛光液pH值为6.5时，，，，，经由18min抛光后，，，，，工件的外貌粗糙度抵达4.2nm。。。。。。。但在磨粒流抛光历程中磨粒在工件外貌上的作用力较。。。。。。。，，，，大部分磨；；；；；；；嵩诠ぜ外貌的微凸峰上转动或者翻转，，，，，而不是举行切削，，，，，工件外貌的质料难以去除，，，，，加工效率及质量受到限制，，，，，需提高磨粒流抛光要领的加工效率及质量。。。。。。。

针对磨粒流抛光TC4钛合金加工效率低等问题，，，，，提出机械振动辅助磨粒流抛光要领。。。。。。。

在磨粒流抛光历程中，，，，，通过对工件施加机械振动，，，，，提高剪切速率，，，，，增添抛光液的“剪切增稠”效应强度，，，，，提高磨粒去除工件外貌质料的能力，，，，，实现对TC4钛合金的高效、高质量抛光。。。。。。。

因此，，，，，举行磨粒流抛光TC4钛合金试验，，，，，探讨机械振动对工件的质料去除效率、外貌粗糙度和外貌形貌的影响，，，，，剖析其转变纪律，，，，，为现实的生产加工积累履历和提供基础数据。。。。。。。

1、机械振动辅助磨粒流抛光原理

图1为机械振动辅助磨粒流抛光的质料去除机理。。。。。。。图1的抛光历程为抛光液在装置内高速转动，，，，，与工件之间形成相对运动，，，，，爆发“剪切增稠”效应，，，，，形成“粒子簇”牢牢包裹住磨粒，，，，，抛光液黏度增添，，，，，形成“固着磨具”，，，，，在工件外貌一直碰撞、划擦、切削，，，，，去除工件外貌上的微凸峰、毛刺等加工缺陷，，，，，实现抛光加工[12]。。。。。。。

图1机械振动辅助磨粒流抛光的质料去除机理

机械振动辅助即在磨粒流抛光历程中对工件施加机械振动，，，，，在抛光液高速转动的同时工件举行纵向简谐振动，，，，，提高剪切速率，，，，，“剪切增稠”效应增强，，，，，对磨粒的把持力提高，，，，，磨粒去除工件外貌质料能力的增添；；；；；；；同时，，，，，机械振动辅助还能控制抛光液的流变效应强度，，，，，对抛光液黏度举行调控，，，，，能有用地降低“剪切增稠”效应强度对抛光液流速的依赖，，，，，阻止抛光液流速过高时形成“离心效应”导致磨粒漫衍不均，，，，，流速过低时无法形成增稠效应等问题，，，，，从而提高加工效率及质量[13]。。。。。。。

2、试验与要领

2.1试验质料

（1）试验工件

为了便于表征抛光性能，，，，，试验工件选择TC4钛合金平板，，，，，但试验效果也可为曲面工件的抛光工艺提供参考。。。。。。。其工件的外貌粗糙度约为200nm，，，，，加工尺寸为20mm×20mm×3mm。。。。。。。

在工件外貌匀称选取5个丈量点区域，，，，，丈量点区域巨细为0.5mm×0.5mm，，，，，试验效果取5个丈量点区域的平均值。。。。。。。TC4钛合金工件外貌视察点示意图如图2所示，，，，，图中L=20mm。。。。。。。

图2TC4钛合金工件外貌视察点示意图

（2）试验抛光液

磨粒流抛光液是以非牛顿流体为基液，，，，，加入第二疏散相α-Al2O3磨粒，，，，，按比例配制而成的两相流体。。。。。。。其中非牛顿流体的密度和黏度，，，，，α-Al2O3磨粒的密度、粒径和质量分数，，，，，情形温度等因素关于抛光加工效果具有很大的影响，，，，，其详细参数见表1。。。。。。。

2.2试验装置

选用自行搭建的机械振动辅助磨粒流抛光装置举行TC4钛合金抛光试验。。。。。。。选用VHX-2000C三维光学显微镜视察抛光前后工件的外貌形貌；；；；；；；选用TR240外貌粗糙度丈量仪丈量抛光前后工件的外貌粗糙度；；；；；；；选用BSM-120.4高精度电子天平（精度为0.01mg）丈量抛光前后工件的质量差，，，，，盘算工件的质料去除效率。。。。。。；；；；；；；嫡穸ㄖチＡ髋坠馐疽馔既缤3

所示，，，，，详细抛光装置如图4所示。。。。。。。

图3机械振动辅助磨粒流抛光示意图

图4详细抛光装置

2.3试验计划

接纳单因素实验法，，，，，划分在无机械振动、有机械振动两种加工条件下举行，，，，，以工件的质料去除效率、外貌粗糙度和外貌形貌作为评价标准。。。。。。。凭证前期的试验效果，，，，，确定试验历程中

对工件施加的机械振动的频率为30Hz、振幅为1mm，，，，，每种加工条件下划分举行5组抛光液流速参数试验，，，，，抛光液流速设置为6，，，，，7，，，，，8，，，，，9和10m/s，，，，，抛光时间为30min，，，，，每组试验举行3次重复试验，，，，，试验效果取3次重复试验效果的平均值，，，，，以确保试验效果的准确性。。。。。。。试验参数见表2。。。。。。。

3、效果与讨论

3.1质料去除效率

质料去除效率是指单位时间内去除工件的质料量，，，，，常作为权衡加工效率崎岖的指标。。。。。。。工件的质料去除效率的盘算公式如下：

式中：MRR为工件的质料去除效率，，，，，μm/h；；；；；；；Δm为工件抛光前后的质量差，，，，，mg；；；；；；；L为工件抛光区域边长，，，，，mm；；；；；；；t为抛光时间，，，，，h。。。。。。。

图5为在差别加工条件下工件的质料去除效率转变纪律。。。。。。。

从图5可以看出：有机械振动条件下工件的质料去除效率显着高于无机械振动，，，，，与无机械振动相比提高19.90%(取5组抛光液流速参数试验效果的平均值举行剖析)。。。。。。。这主要由于在抛光历程中，，，，，对工件施加机械振动，，，，，提高了“剪切速率”，，，，，抛光液的“剪切增稠”效应增强，，，，，磨粒去除工件外貌微凸峰的能力增添，，，，，提高了工件的质料去除效率。。。。。。。因此，，，，，有机械振动条件下工件的质料去除效率显着高于无机械振动，，，，，在抛光液流速为6、7、8、9和10m/s时，，，，，工件的质料去除效率划分抵达了5.51、6.39、7.83、9.28和7.61μm/h。。。。。。。

图6为在有机械振动条件下3次重复试验以及3次重复试验平均值，，，，，工件的质料去除效率随抛光液流速的转变纪律。。。。。。。

从图6可以看出：工件的质料去除效率随着抛光液流速的增添呈先升高后降低的转变纪律，，，，，在抛光液流速为9m/s时工件的质料去除效率最高，，，，，抵达9.28μm/h（取3次重复试验效果的平均值举行剖析）。。。。。。。这主要由于抛光液流速较低时，，，，，无法形成有用的“剪切增稠”效应，，，，，磨粒去除工件外貌质料的能力较弱。。。。。。。随着抛光液流速的增添，，，，，“剪切增稠”效应增强，，，，，抛光液黏度升高，，，，，对磨粒的把持力提高，，，，，磨粒去除工件外貌质料的能力增强[13]，，，，，工件的质料去除效率提高。。。。。。。但抛光液流速过高时，，，，，抛光液爆发“离心效应”，，，，，导致大部分磨粒被甩到抛光装置内壁上，，，，，磨粒疏散不匀称，，，，，单位时间内加入磨削的磨粒数镌汰，，，，，工件的质料去除效率降低[12]。。。。。。。因此，，，，，随着抛光液流速的增添，，，，，工件的质料去除效率呈先升高后降低的转变纪律。。。。。。。

图 6 有机械振动条件下工件质料去除效率随抛光液流速的转变纪律

图7为在有机械振动条件下、抛光液流速为9m/s时，，，，，工件的质料去除效率随时间的转变纪律。。。。。。。从图7可以看出：随着抛光时间的增添，，，，，工件的质料去除效率呈逐渐下降的转变纪律。。。。。。。这主要由于刚举行抛光时，，，，，工件外貌上有较多微凸峰，，，，，磨粒较尖锐，，，，，去除工件外貌质料的能力较强，，，，，工件的质料去除效率较高。。。。。。。随着时间的增添，，，，，抛光加工爆发的磨削热不易散开，，，，，使抛光液的温度升高，，，，，导致抛光液的黏度降低，，，，，磨粒去除工件外貌质料的能力削弱；；；；；；；同时工件外貌上的微凸峰镌汰，，，，，去除工件外貌的质料量镌汰，，，，，导致工件的质料去除效率降低。。。。。。。因此，，，，，工件的质料去除效率呈逐渐下降的转变纪律。。。。。。。

图7有机械振动条件下工件质料去除效率随时间的转变纪律

3.2外貌粗糙度

外貌粗糙度是指加工外貌具有的较小间距和细小峰谷的不平度，，，，，常作为工件加工质量的评价指标。。。。。。。

图8为差别加工条件下工件的外貌粗糙度转变纪律。。。。。。。从图中8可以看出：有机械振动条件下工件的外貌粗糙度显着低于无机械振动，，，，，与无机械振动相比工件的外貌粗糙度降低

19.58%(取5组抛光液流速参数试验效果的平均值举行剖析)。。。。。。。这主要由于在抛光历程中，，，，，对工件施加机械振动，，，，，降低了“剪切增稠”效应对抛光液流速的依赖，，，，，阻止抛光液流速过高时形成的“离心效应”导致磨粒漫衍不均，，，，，流速过低时无法形成增稠效应等问题，，，，，使工件外貌抛光的越发匀称一致，，，，，提高了工件的外貌质量。。。。。。。因此，，，，，有机械振动条件下工件的外貌粗糙度显着低于无机械振动，，，，，在抛光液流速为6、7、8、9和10m/s时，，，，，工件的外貌粗糙度划分抵达了110、96、79、66和78nm。。。。。。。

图8差别加工条件下工件的外貌粗糙度转变纪律

图9为在有机械振动条件下3次重复试验以及3次重复试验平均值，，，，，工件的外貌粗糙度随抛光液流速的转变纪律。。。。。。。从图9可以看出：工件的外貌粗糙度随着抛光液流速的增添呈先降低后升高的转变纪律，，，，，在抛光液流速为9m/s时外貌粗糙度最低，，，，，抵达66nm（取3次重复试验效果的平均值举行剖析）。。。。。。。这主要由于抛光液流速过低时，，，，，“剪切增稠”效应不显著，，，，，磨粒去除工件外貌质料的能力较弱，，，，，导致工件的外貌粗糙度较差。。。。。。。随着抛光液流速的增添，，，，，“剪切增稠”效应增强，，，，，磨粒去除工件外貌质料的能力增强，，，，，工件的外貌粗糙度也随之变好。。。。。。。但抛光液流速过高时将爆发“离心效应”，，，，，导致大部分磨粒被甩到抛光装置内壁上，，，，，磨粒疏散不匀称，，，，，单位时间内加入磨削的磨粒数镌汰，，，，，工件的质料去除效率降低，，，，，工件的外貌粗糙度也随之变差[12]；；；；；；；同时，，，，，抛光液流速过高时，，，，，抛光加工爆发的磨削热迅速增添，，，，，使抛光液温度升高，，，，，黏度降低，，，，，磨粒去除工件外貌质料的能力降低，，，，，工件的外貌粗糙度变差[14]。。。。。。。因此，，，，，随着抛光液流速的增添，，，，，工件的外貌粗糙度值呈先降低后升高的转变纪律。。。。。。。

图9有机械振动条件下工件外貌粗糙度随抛光液流速的转变纪律

图10为在有机械振动加工条件下、抛光液流速为9m/s时，，，，，工件的外貌粗糙度随时间的转变纪律。。。。。。。从图10可以看出：随着抛光时间的增添，，，，，工件的外貌粗糙度呈逐渐下降的转变纪律。。。。。。。这主要由于刚举行抛光时，，，，，工件外貌上有较多微凸峰，，，，，磨粒较尖锐，，，，，容易去除工件外貌质料，，，，，工件的外貌粗糙度下降较快。。。。。。。随着时间的增添，，，，，抛光加工爆发的磨削热不易散开，，，，，抛光液温度升高，，，，，黏度降低，，，，，磨粒去除工件外貌质料的能力降低；；；；；；；同时工件外貌上的微凸峰逐渐被去除。。。。。。。因此，，，，，工件的外貌粗糙度呈逐渐下降的转变纪律。。。。。。。

图10有机械振动条件下工件外貌粗糙度随时间的转变纪律

3.3外貌形貌

工件的外貌形貌是指其几何形状的详细图形。。。。。。。着重研究工件外貌微凸体高度的转变，，，，，其由形状公差、波纹度和外貌粗糙度，，，，，常用来评价工件的外貌质量。。。。。。。图11为在抛光液流速为9m/s时，，，，，工件的外貌形貌。。。。。。。

从图11可以看出：抛光前工件外貌上有显着划痕、凹陷等加工缺陷，，，，，经由磨粒流抛光后，，，，，工件外貌划痕、凹陷等加工缺陷镌汰，，，，，加工损伤消逝，，，，，极大地改善了工件外貌形貌，，，，，提高了工件的外貌质量。。。。。。。在无机械振动条件下，，，，，工件外貌划痕较多，，，，，无显着的凹陷，，，，，工件的外貌质量较差。。。。。。。在有机械振动条件下，，，，，工件外貌划痕较少，，，，，无显着凹陷，，，，，工件的外貌质量较高。。。。。。。

这主要由于在抛光历程中对工件施加机械振动，，，，，提高了磨粒流抛光要领的加工效率及质量，，，，，极大地改善了工件的外貌形貌。。。。。。。

图11工件外貌形貌

4、结语

举行磨粒流抛光TC4钛合金试验，，，，，探讨机械振动对工件的质料去除效率、外貌粗糙度以及外貌形貌的影响，，，，，剖析其转变纪律。。。。。。。得出如下结论：

（1）在加工参数相同的情形下，，，，，由于机械振动的辅助功效，，，，，抛光液的“剪切增稠”效应显著，，，，，增添了磨粒与工件外貌之间的作用力，，，，，提高了工件的质料去除效率。。。。。。。相比于无机械振动条件，，，，，有振动条件下工件的质料去除效率19.90%；；；；；；；在抛光液流速为9m/s时，，，，，工件的质料去除效率最高，，，，，抵达9.28μm/h。。。。。。。

（2）在加工参数相同的情形下，，，，，由于机械振动的辅助功效，，，，，抛光液的“剪切增稠”效应增强，，，，，磨粒漫衍匀称，，，，，去除工件外貌质料的能力增强，，，，，提高了工件的外貌粗糙度。。。。。。。相比于无机械振动条件，，，，，有机械振动条件下工件的外貌粗糙度降低19.58%；；；；；；；在抛光液流速为9m/s时，，，，，工件的外貌粗糙度最低，，，，，抵达66nm。。。。。。。

（3）在加工参数相同的情形下，，，，，由于机械振动的辅助功效，，，，，提高了磨粒流抛光要领的加工效率及质量。。。。。。。相比于无机械振动条件下，，，，，有机械振动条件下工件外貌划痕较少，，，，，无凹陷等加工缺陷，，，，，加工损伤消逝，，，，，改善了工件的外貌形貌，，，，，提高了工件的外貌质量。。。。。。。

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第一作者/通讯作者：王奔，，，，，男，，，，，1984 年出生，，，，，教授，，，，，研究偏向为细密与超细密加工手艺。。。。。。。E-mail：18840059457@163.com

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