TC4钛合金拥有强度高
、耐侵蚀性好
、耐热性高以及生物相容性好等性质，宽泛利用于航空航天
、船舶
、医疗等领域[1-3]。随着科技的发展，对于TC4钛合金的理论质量要求越来越高，高质量的TC4钛合金理论有利于提高其生物相容性以及零部件的使用机能。因而，高效能
、高质量的TC4钛合金理论抛光步骤尤为重要。

抛光加工作为精加工工序，可能有效提高工件的理论质量以及使用机能，为了获得高质量的TC4钛合金理论，发展了分歧的抛光步骤。FiazHS等[4]选取机械抛光步骤对TC4钛合金进行抛光，工件的理论粗糙度达到0.4μm，但该步骤加工效能较低，容易产生磨削热危险工件理论，加工质量不不变。UrleaV等[5]选取电解抛光步骤对TC4钛合金进行抛光，工件的理论粗糙度达到1.30μm，但该步骤的成形法规目前无法把握，容易出现过抛或欠抛的景象。MaCP等[6]选取激光抛光步骤对TC4钛合金进行抛光，工件的理论粗糙度达到0.375μm，但该步骤加工成本较高。

磨粒流抛光步骤是通过黏弹性流体携带磨粒对工件理论不休进行冲击
、划擦和切削实现抛光加工，其加工质量高
、成本低，合用于复杂曲面的抛光加工[7]。高航等[8-9]将磨粒流抛光步骤利用于各类增材制作复杂结构件的光整加工中；；经过抛光后，工件的内外理论粗糙度达到0.7~1μm，克服了航空增材制作复杂零件理论抛光加工这一难题。李俊烨等[10]将磨粒流抛光步骤利用于坦克发起机喷油嘴的抛光加工中，切实提高喷油嘴的理论质量；；经过抛光后，喷油嘴内外孔的理论粗糙度达到0.437μm。

LyuBH等[11]选取磨粒流抛光步骤对状态复杂碳化合金嵌件进行抛光，探索了抛光速度
、磨料浓度以及磨料尺寸对工件理论粗糙度的影响。了局批注：：：当抛光速度为90r/min
、磨料浓度为9%时，经过15min抛光后，工件的理论粗糙度达到7.1nm。ShaoQ等[12]选取磨粒流抛光步骤对GH4169高温合金叶片凹面进行抛光，探索了抛光角度
、抛光速度以及抛光液pH值对工件理论粗糙度的影响。了局批注：：：当抛光角度为45°
、抛光速度为1.88m/s
、抛光液pH值为6.5时，经过18min抛光后，工件的理论粗糙度达到4.2nm。但在磨粒流抛光过程中磨粒在工件理论上的作使劲较小，大部门磨；；嵩诠ぜ理论的微凸峰上滚动或者翻转，而不是进行切削，工件理论的资料难以去除，加工效能及质量受到限度，需提高磨粒流抛光步骤的加工效能及质量。

针对磨粒流抛光TC4钛合金加工效能低等问题，提出机械振动辅助磨粒流抛光步骤。

在磨粒流抛光过程中，通过对工件施加机械振动，提高剪切速度，增长抛光液的“剪切增稠”效应强度，提高磨粒去除工件理论资料的能力，实现对TC4钛合金的高效
、高质量抛光。

因而，进行磨粒流抛光TC4钛合金试验，探索机械振动对工件的资料去除效能
、理论粗糙度和理论描摹的影响，分析其变动法规，为现实的出产加工堆集经验和提供基础数据。

1
、机械振动辅助磨粒流抛光道理

图1为机械振动辅助磨粒流抛光的资料去除机理。图1的抛光过程为抛光液在装置内高速动弹，与工件之间形成相对活动，产生“剪切增稠”效应，形成“粒子簇”牢牢包裹住磨粒，抛光液黏度增长，形成“固着磨具”，在工件理论不休碰撞
、划擦
、切削，去除工件理论上的微凸峰
、毛刺等加工缺点，实现抛光加工[12]。

图1机械振动辅助磨粒流抛光的资料去除机理

机械振动辅助即在磨粒流抛光过程中对工件施加机械振动，在抛光液高速动弹的同时工件进行纵向简谐振动，提高剪切速度，“剪切增稠”效应加强，对磨粒的独霸力提高，磨粒去除工件理论资料能力的增长；；同时，机械振动辅助还能节制抛光液的流变效应强度，对抛光液黏度进行调控，能有效地降低“剪切增稠”效应强度对抛光液流速的依赖，预防抛光液流速过高时形成“离心效应”导致磨粒散布不均，流速过低时无法形成增稠效应等问题，从而提高加工效能及质量[13]。

2
、试验与步骤

2.1试验资料

（1）试验工件

为了便于表征抛光机能，试验工件选择TC4钛合金平板，但试验了局也可为曲面工件的抛光工艺提供参考。其工件的理论粗糙度约为200nm，加工尺寸为20mm×20mm×3mm。

在工件理论均匀拔取5个丈量点区域，丈量点区域巨细为0.5mm×0.5mm，试验了局取5个丈量点区域的均匀值。TC4钛合金工件理论观测点示意图如图2所示，图中L=20mm。

图2TC4钛合金工件理论观测点示意图

（2）试验抛光液

磨粒流抛光液是以非牛顿流体为基液，参与第二分散相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，环境温度等成分对于抛光加工成效拥有很大的影响，其具体参数见表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进行TC4钛合金抛光试验。选用VHX-2000C三维光学显微镜观测抛光前后工件的理论描摹；；选用TR240理论粗糙度丈量仪丈量抛光前后工件的理论粗糙度；；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，推算工件的资料去除效能；；嫡穸ㄖチＡ髋坠馐疽馔既缤3

所示，具体抛光装置如图4所示。

图3机械振动辅助磨粒流抛光示意图

图4具体抛光装置

2.3试验规划

选取单成分尝试法，别离在无机械振动
、有机械振动两种加工前提下进行，以工件的资料去除效能
、理论粗糙度和理论描摹作为评价尺度。凭据前期的试验了局，确定试验过程中

对工件施加的机械振动的频率为30Hz
、振幅为1mm，每种加工前提下别离进行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，抛光功夫为30min，每组试验进行3次反复试验，试验了局取3次反复试验了局的均匀值，以确保试验了局的正确性。试验参数见表2。

3
、了局与会商

3.1资料去除效能

资料去除效能是指单元功夫内去除工件的资料量，常作为衡量加工效能凹凸的指标。工件的资料去除效能的推算公式如下：：：

式中：：：MRR为工件的资料去除效能，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为抛光功夫，h。

图5为在分歧加工前提下工件的资料去除效能变动法规。

从图5能够看出：：：有机械振动前提下工件的资料去除效能显著高于无机械振动，与无机械振动相比提高19.90%(取5组抛光液流速参数试验了局的均匀值进行分析)。这重要由于在抛光过程中，对工件施加机械振动，提高了“剪切速度”，抛光液的“剪切增稠”效应加强，磨粒去除工件理论微凸峰的能力增长，提高了工件的资料去除效能。因而，有机械振动前提下工件的资料去除效能显著高于无机械振动，在抛光液流速为6
、7
、8
、9和10m/s时，工件的资料去除效能别离达到了5.51
、6.39
、7.83
、9.28和7.61μm/h。

图6为在有机械振动前提下3次反复试验以及3次反复试验均匀值，工件的资料去除效能随抛光液流速的变动法规。

从图6能够看出：：：工件的资料去除效能随着抛光液流速的增长呈先升高后降低的变动法规，在抛光液流速为9m/s时工件的资料去除效能最高，达到9.28μm/h（取3次反复试验了局的均匀值进行分析）。这重要由于抛光液流速较低时，无法形成有效的“剪切增稠”效应，磨粒去除工件理论资料的能力较弱。随着抛光液流速的增长，“剪切增稠”效应加强，抛光液黏度升高，对磨粒的独霸力提高，磨粒去除工件理论资料的能力加强[13]，工件的资料去除效能提高。但抛光液流速过高时，抛光液产生“离心效应”，导致大部门磨粒被甩到抛光装置内壁上，磨粒分散不均匀，单元功夫内参加磨削的磨粒数削减，工件的资料去除效能降低[12]。因而，随着抛光液流速的增长，工件的资料去除效能呈先升高后降低的变动法规。

图 6 有机械振动前提下工件资料去除效能随抛光液流速的变动法规

图7为在有机械振动前提下
、抛光液流速为9m/s时，工件的资料去除效能随功夫的变动法规。从图7能够看出：：：随着抛光功夫的增长，工件的资料去除效能呈逐步降落的变动法规。这重要由于刚进行抛光时，工件理论上有较多微凸峰，磨粒较敏感，去除工件理论资料的能力较强，工件的资料去除效能较高。随着功夫的增长，抛光加工产生的磨削热不易散开，使抛光液的温度升高，导致抛光液的黏度降低，磨粒去除工件理论资料的能力减弱；；同时工件理论上的微凸峰削减，去除工件理论的资料量削减，导致工件的资料去除效能降低。因而，工件的资料去除效能呈逐步降落的变动法规。

图7有机械振动前提下工件资料去除效能随功夫的变动法规

3.2理论粗糙度

理论粗糙度是指加工理论拥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为分歧加工前提下工件的理论粗糙度变动法规。从图中8能够看出：：：有机械振动前提下工件的理论粗糙度显著低于无机械振动，与无机械振动相比工件的理论粗糙度降低

19.58%(取5组抛光液流速参数试验了局的均匀值进行分析)。这重要由于在抛光过程中，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，预防抛光液流速过高时形成的“离心效应”导致磨粒散布不均，流速过低时无法形成增稠效应等问题，使工件理论抛光的越发均匀一致，提高了工件的理论质量。因而，有机械振动前提下工件的理论粗糙度显著低于无机械振动，在抛光液流速为6
、7
、8
、9和10m/s时，工件的理论粗糙度别离达到了110
、96
、79
、66和78nm。

图8分歧加工前提下工件的理论粗糙度变动法规

图9为在有机械振动前提下3次反复试验以及3次反复试验均匀值，工件的理论粗糙度随抛光液流速的变动法规。从图9能够看出：：：工件的理论粗糙度随着抛光液流速的增长呈先降低后升高的变动法规，在抛光液流速为9m/s时理论粗糙度最低，达到66nm（取3次反复试验了局的均匀值进行分析）。这重要由于抛光液流速过低时，“剪切增稠”效应不显著，磨粒去除工件理论资料的能力较弱，导致工件的理论粗糙度较差。随着抛光液流速的增长，“剪切增稠”效应加强，磨粒去除工件理论资料的能力加强，工件的理论粗糙度也随之变好。但抛光液流速过高时将产生“离心效应”，导致大部门磨粒被甩到抛光装置内壁上，磨粒分散不均匀，单元功夫内参加磨削的磨粒数削减，工件的资料去除效能降低，工件的理论粗糙度也随之变差[12]；；同时，抛光液流速过高时，抛光加工产生的磨削热迅速增长，使抛光液温度升高，黏度降低，磨粒去除工件理论资料的能力降低，工件的理论粗糙度变差[14]。因而，随着抛光液流速的增长，工件的理论粗糙度值呈先降低后升高的变动法规。

图9有机械振动前提下工件理论粗糙度随抛光液流速的变动法规

图10为在有机械振动加工前提下
、抛光液流速为9m/s时，工件的理论粗糙度随功夫的变动法规。从图10能够看出：：：随着抛光功夫的增长，工件的理论粗糙度呈逐步降落的变动法规。这重要由于刚进行抛光时，工件理论上有较多微凸峰，磨粒较敏感，容易去除工件理论资料，工件的理论粗糙度降落较快。随着功夫的增长，抛光加工产生的磨削热不易散开，抛光液温度升高，黏度降低，磨粒去除工件理论资料的能力降低；；同时工件理论上的微凸峰逐步被去除。因而，工件的理论粗糙度呈逐步降落的变动法规。

图10有机械振动前提下工件理论粗糙度随功夫的变动法规

3.3理论描摹

工件的理论描摹是指其几何状态的具体图形。着重钻研工件理论微凸体高度的变动，其由状态公差
、波纹度和理论粗糙度，常用来评价工件的理论质量。图11为在抛光液流速为9m/s时，工件的理论描摹。

从图11能够看出：：：抛光前工件理论上有显著划痕
、凹陷等加工缺点，经过磨粒流抛光后，工件理论划痕
、凹陷等加工缺点削减，加工危险隐没，极大地改善了工件理论描摹，提高了工件的理论质量。在无机械振动前提下，工件理论划痕较多，无显著的凹陷，工件的理论质量较差。在有机械振动前提下，工件理论划痕较少，无显著凹陷，工件的理论质量较高。

这重要由于在抛光过程中对工件施加机械振动，提高了磨粒流抛光步骤的加工效能及质量，极大地改善了工件的理论描摹。

图11工件理论描摹

4
、结语

进行磨粒流抛光TC4钛合金试验，探索机械振动对工件的资料去除效能
、理论粗糙度以及理论描摹的影响，分析其变动法规。得出如下结论：：：

（1）在加工参数一样的情况下，由于机械振动的辅助职能，抛光液的“剪切增稠”效应显著，增长了磨粒与工件理论之间的作使劲，提高了工件的资料去除效能。相比于无机械振动前提，有振动前提下工件的资料去除效能19.90%；；在抛光液流速为9m/s时，工件的资料去除效能最高，达到9.28μm/h。

（2）在加工参数一样的情况下，由于机械振动的辅助职能，抛光液的“剪切增稠”效应加强，磨粒散布均匀，去除工件理论资料的能力加强，提高了工件的理论粗糙度。相比于无机械振动前提，有机械振动前提下工件的理论粗糙度降低19.58%；；在抛光液流速为9m/s时，工件的理论粗糙度最低，达到66nm。

（3）在加工参数一样的情况下，由于机械振动的辅助职能，提高了磨粒流抛光步骤的加工效能及质量。相比于无机械振动前提下，有机械振动前提下工件理论划痕较少，无凹陷等加工缺点，加工危险隐没，改善了工件的理论描摹，提高了工件的理论质量。

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第一作者/通讯作者：：：王奔，男，1984 年诞生，教授，钻研方向为精密与超精密加工技术。E-mail：：：18840059457@163.com

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