为了包管细密零部件在特殊条件下的正常使用，，，，，航空航天、国防科技和生物医疗等主要领域关于质料性能提出了极为苛刻的要求。。。。。。。钛合金质料同时兼备了上述领域所需的质料性能，，，，，具有较强的抗侵蚀能力、较高的比强度、较好的质料韧性以及较强的生物兼容性，，，，，继而成为了应用于这些重点领域的主要质料［1?3］。。。。。。。尤其是在航空航天领域中，，，，，钛合金质料被普遍应用于种种结构件、发念头零部件、燃气涡轮叶片等主要部件中。。。。。。。随着航空航天的生长，，，，，各部件肩负的功效日益增多，，，，，且结构趋向重大化，，，，，古板的质料成型工艺难以快速结构出重大的结构特征，，，，，无法知足航空航天领域关于重大产品快速制备的需求［4］。。。。。。。随着金属增材制造手艺趋向成熟，，，，，其依附快速性、低本钱、生产周期短和适用性强等优势［5?7］，，，，，为生产加工重大零部件提供了新的思绪息争决要领。。。。。。。

增材制造钛合金与铸造钛合金保存一定的质料性能差别［8］，，，，，好比硬度、塑性等，，，，，这种差别对后处置惩罚加工会爆发一定的影响，，，，，关于推动增材制造钛合金的应用同样也提出了一定的挑战。。。。。。。为解决这一问题，，，，，许多学者针对增材制造钛合金睁开了研究。。。。。。。Khorasani等［9］使用球头铣刀对激光选区熔化（Se?lectivelasermelting，，，，，SLM）手艺制造的Ti6Al4V假肢髋臼壳的内外貌举行铣削加工，，，，，通过仿真和试验剖析了铣刀和工件变形的问题。。。。。。。Campos等［10］接纳无涂层的硬质合金方头铣刀对SLM手艺制备的Ti6Al4V举行微细铣削，，，，，并与通俗钛合金样品举行了较量，，，，，发明SLM试验样品具有更高的强度、硬度，，，，，且加工事后其爆发的毛刺更少。。。。。。。战祥鑫等［11］使用YG类硬质合金铣刀对增材制造钛合金举行铣削试验，，，，，从质料性能、加工流程、加工装备、加工刀具、加工路径妄想和切削参数等方面举行研究，，，，，获得了较好的产品外貌质量和较优的切削参数。。。。。。。Al?Rubaie等［12］使用涂有物理气相沉积(Physi?calvapordeposition,PVD)TiAlN涂层的硬质合金刀具举行铣削试验，，，，，将通例钛合金、SLM钛合金以及SLM去应力钛合金三者举行比照，，，，，试验效果批注SLM工艺引起的质料微观组织转变以及硬度和剩余应力的增添并没有导致质料爆发足够大的加工行为差别，，，，，加工通例钛合金的切削参数同样适用于SLM制备的钛合金。。。。。。。

虽然金属增材制造手艺能够解决重大、细密的钛合金零部件的制备问题，，，，，可是现有金属增材制造手艺制备出的零部件通常无法直接知足细密产品的应用要求，，，，，往往需要通事后处置惩罚加工使其抵达所要求的加工尺寸、精度等［13］。。。。。。。微铣削工艺具有质料适用性广、加工精度高、生产本钱低且生产周期短等多种优势，，，，，能够在三维立体外貌举行重大特征的加工，，，，，该手艺已经成为微切削加工中的重点研究工具［14?15］。。。。。。。并且，，，，，在对铸造钛合金举行细腻结构加工时，，，，，同样需要微铣削工艺的加入，，，，，因此研究差别制造工艺的钛合金质料的微铣削加工性能关于推动钛合金质料的进一步应用具有主要意义。。。。。。。

钛合金质料的导热率差、切削温度高且容易使硬质合金刀具爆发粘结磨损，，，，，是典范的难加工质料［16?18］。。。。。。。现有的研究发明，，，，，古板的硬质合金刀具在加工钛合金时保存加工精度较差、刀具寿命过短以及刀具磨损大等问题［19?21］。。。。。。。选用超硬质料刀具对钛合金举行加工是获取高精度、高质量的加工外貌的主要手段［22］。。。。。。。聚晶金刚石Polycrystallinedia?mond，，，，，PCD）刀具依赖耐磨性好、刀具散热好等优势，，，，，成为难加工质料获取高质量加工外貌的要害工具［23］。。。。。。。Hao等［24］通过微铣削试验，，，，，从外貌粗糙度、铣削力和刀具磨损等方面验证了PCD超硬质料微细铣刀的加工性能优于古板硬质合金微细铣刀。。。。。。。

冯素玲等［25］通过高速铣削钛合金试验，，，，，发明了PCD刀具寿命比硬质合金刀具增添了4倍左右，，，，，并且能够获得更小的外貌粗糙度。。。。。。。Wu等［26］对纯钨举行微铣削试验，，，，，提出PCD刀具可以在更宽的规模中选择加工参数举行加工，，，，，且PCD刀具的加工质量和刀具寿命均要优于商用碳化钨螺旋铣刀。。。。。。。

上述的研究都批注，，，，，PCD刀具比硬质合金刀具更适用于难加工质料的加工。。。。。。。

虽然现在已有学者将增材制造钛合金与铸造钛合金举行比照研究，，，，，但多是选用古板硬质合金作为比照试验的加工刀具。。。。。。。接纳超硬质料刀具对增材制造钛合金及铸造钛合金举行加工性能比照的研究还相对较少。。。。。。。本文选用PCD微铣刀开展了微铣削试验，，，，，从铣削力、顶端毛刺和外貌粗糙度等方面入手，，，，，比照了铸造钛合金、SLM?钛合金以及SLM?热处置惩罚钛合金的微铣削加工性能。。。。。。。凭证本研究的试验效果能够有针对性地对差别制造工艺的钛合金质料举行加工参数的优化，，，，，以便获得更好的加工质量。。。。。。。

1、试验设置

本文选用直径为1mm的单刃PCD微铣刀作为开展微铣削试验的刀具，，，，，刀刃长度为5.5mm，，，，，刀具前角为0°，，，，，后角为7°，，，，，底刃倾角λ为3°，，，，，如图1所示。。。。。。。试验前使用基恩士超景深显微镜VHX1000检测确认刀具刃口坚持完好，，，，，并测得刀尖圆弧半径rε为6.9μm，，，，，刃口圆弧半径rβ为7.1μm。。。。。。。

本文选用的3种试验质料包括：铸造的标准钛合金质料、激光选区熔化手艺制备的未经由热处置惩罚和经由热处置惩罚的钛合金质料，，，，，本文在后续将3种差别制造工艺的钛合金质料划分简写为：铸造、SLM以及SLM?热处置惩罚。。。。。。。3种差别制造工艺的钛合金质料的牌号均为TC4，，，，，其对应的力学性能参数如表1所示。。。。。。。增材制造钛合金由飞而康快速制造科技有限责任公司制备，，，，，选用的激光功率为360kW，，，，，扫描速率为1700mm/s，，，，，粉末粒度直径为15~53μm。。。。。。。对增材制造钛合金的热处置惩罚温度为800℃，，，，，接纳室温冷却。。。。。。。

本试验使用电火花线切割手艺将3种钛合金质料都切割成尺寸为4mm×10mm×35mm的试验工件，，，，，并从左到右凭证SLM?热处置惩罚钛合金、SLM?钛合金、铸造钛合金的顺序将其排布在转接板上，，，，，如图2（a）所示。。。。。。。摆下班件时，，，，，凭证打印偏向，，，，，将两种增材制造钛合金质料凭证相同的偏向举行摆放，，，，，消除各向异性对试验效果的影响。。。。。。。微铣削试验设置如图2（b）所示，，，，，试验在北京精雕JDGR200T五轴高速加工中心上举行，，，，，接纳Kistler9257B测力仪对铣削力举行网络，，，，，Kistler9257B测力仪的Fx、Fy、Fz的区分率均为0.01N。。。。。。。剖析铣削力时，，，，，首先对测得的原始数据接纳低通滤波，，，，，获得较为稳固的力信号，，，，，然后在每组铣削力信号上选取4个差别的稳固切削时的位置丈量最大值，，，，，取平均值作为铣削力的最终丈量效果。。。。。。。

微铣削试验参数如表2所示，，，，，划分选择4种差别水平的主轴转速、铣削深度和每齿进给量对3种差别制造工艺的钛合金举行单因素微铣削试验。。。。。。。试验全程接纳水基切削液举行冷却。。。。。。。每次试验都一次性以相同的铣削参数对3种差别制造工艺的钛合金质料举行铣削。。。。。。。为了包管工件拥有优异的平面度，，，，，以便准确举行试验，，，，，微铣削试验最先前对所有工件外貌举行面铣削，，，，，确保所有试验工件的高度一致。。。。。。。

试验竣事后，，，，，将试验工件从事情台上拆下，，，，，使用基恩士超景深显微镜VHX1000对铣槽顶端毛刺宽度举行检测。。。。。。。如图3所示，，，，，使用基恩士超景深显微镜VH1000丈量顶端毛刺宽度，，，，，在铣槽顶端毛刺匀称天生的区域举行检测，，，，，划分选取5个差别位置丈量，，，，，并取平均值作为顶端毛刺宽度丈量的最终效果。。。。。。。检测完顶端毛刺后，，，，，将工件超声洗濯清洁，，，，，用非接触式白光干预光学轮廓仪ZygoNV7300对外貌粗糙度举行丈量。。。。。。。在每条微铣削槽的4个差别位置，，，，，沿刀具进给偏向举行外貌粗糙度丈量，，，，，丈量时选取的取样长度为0.25mm，，，，，取平均值作为外貌粗糙度的最终检测效果。。。。。。。

2、试验效果与讨论

2.13种差别制造工艺的钛合金质料的铣削力剖析

3种钛合金质料在差别每齿进给量条件下铣削力的转变情形如图4所示。。。。。。。通过图4（a）可以直寓目出，，，，，随着每齿进给量的增添，，，，，3种质料的铣削力均随之增大，，，，，由于单位时间内微铣刀去除的质料量增添，，，，，铣削力随之上涨。。。。。。。其中铸造钛合金铣削协力的转变最大，，，，，随着每齿进给量从1μm/z增添到4μm/z，，，，，铸造钛合金的铣削协力从1.19N上涨至4.35N。。。。。。。而SLM?钛合金、SLM?热处置惩罚钛合金的铣削协力划分从1.18、1.74N上升至3.56、3.95N。。。。。。。从图4（b）可以看出，，，，，主铣削力Fy的显著增大是造成铣削协力快速上涨的主要缘故原由。。。。。。。不难发明，，，，，SLM?热处置惩罚钛合金在加工时的铣削分力在大大都情形下都要高于其余两种质料。。。。。。。

图5展示了3种钛合金质料在差别铣削深度下铣削力的转变情形。。。。。。。从图5（a）可以看出，，，，，轴向力Fz最小！。。。。。，，，且Fz受到铣削深度的影响最小。。。。。。。随着铣削深度的加深，，，，，铸造钛合金、SLM?钛合金以及SLM?热处置惩罚钛合金的Fz划分从1.16、1.14、1.35N上涨至1.51、1.51、1.75N。。。。。。。由于PCD微立铣刀底部保存底刃倾角（λ=3°），，，，，该角度是用于减小刀具与已加工外貌上爆发弹性回复的质料的接触，，，，，增强铣削加工的稳固性，，，，，优化加工外貌质量。。。。。。。当刀具磨损较小时，，，，，底刃倾角的转变较小！。。。。。，，，铣削深度的增大并不会显著造成与微铣刀底面接触的工件质料面积增大。。。。。。。因此，，，，，在主轴转速和每齿进给量稳固的条件下，，，，，由于铣削深度转变造成Fz的转变幅度较小。。。。。。。铣削协力的转变主要受到主铣削力Fy和进给抗力Fx的影响。。。。。。。

这是由于，，，，，微铣削加工主要是在X?Y平面上去除质料的历程，，，，，Fx、Fy是去除质料时主要的力。。。。。。。图5（b）能够直观地看出，，，，，SLM?热处置惩罚钛合金在加工历程中爆发的铣削力显着大于其余两种质料。。。。。。。这可能是由于SLM?热处置惩罚钛合金质料的硬度较高，，，，，去除质料时所需的力较大。。。。。。。

图6反应了在差别主轴转速下3种差别制造工艺的钛质料的铣削力转变情形。。。。。。。通过图6（a）能够看出，，，，，随着主轴转速的加速，，，，，差别钛合金质料的三向铣削力均泛起减小的趋势。。。。。。。随着主轴转速的增大，，，，，单位时间内微铣刀去除质料的量减小！。。。。。，，，进而使得铣削力下降。。。。。。。从图6（b）可以发明，，，，，SLM?热处置惩罚钛合金关于主轴转速的转变最为敏感，，，，，随着主轴转速的加速，，，，，铣削力下降幅度最为显着。。。。。。。当主轴转速从12000r/min加速至21000r/min时，，，，，铸造钛合金、SLM?钛合金以及SLM?热处置惩罚钛合金的铣削协力划分从2.18、2.38、3.09N下降至1.56、1.88、2.04N。。。。。。。别的，，，，，从图6中能够显着视察到，，，，，铸造钛合金的铣削力要显着小于另外两种增材制造钛合金质料。。。。。。。

通太过析差别铣削参数对3种钛合金质料铣削力的影响，，，，，能够发明：总体来看微铣削加工时SLM?热处置惩罚钛合金质料的铣削力比铸造钛合金和SLM?钛合金的铣削力都要大，，，，，且铸造钛合金质料的铣削力最小！。。。。。，，，质料硬度的差别是造成这种情形的主要缘故原由。。。。。。。别的，，，，，受到SLM工艺自身缺陷的影响，，，，，通过SLM工艺打印的钛合金质料未经由热处置惩罚时会保存较大的孔隙度，，，，，导致质料性能较差［27］，，，，，而这种情形在质料经由热处置惩罚后会被改善。。。。。。。有研究批注较大的孔隙度会引起铣削力的减小！。。。。。28］，，，，，SLM?热处置惩罚钛合金要比SLM?钛合金更为致密，，，，，质料孔隙度更小！。。。。。，，，因此其铣削历程爆发的铣削力更大。。。。。。。

2.23种差别制造工艺的钛合金质料的顶端毛刺剖析

毛刺的宽度和高度是评价毛刺的参数，，，，，由于微铣削毛刺较小！。。。。。，，，对丈量事情会造成一定的难题，，，，，为了便于定量剖析毛刺纪律，，，，，本文选用光学显微镜对顶端毛刺的宽度举行检测。。。。。。。图7为3种钛合金质料在差别铣削参数下的顶端毛刺宽度。。。。。。。比照顺铣侧和逆铣侧的顶端毛刺宽度，，，，，能够发明，，，，，在差别铣削条件下3种钛合金质料逆铣侧毛刺尺寸均大于顺铣侧毛刺尺寸［10］。。。。。。。图8所示为钛合金质料顺逆铣侧顶端毛刺形成机理差别的示意图。。。。。。。由于钛合金质料的塑性较好，，，，，在去除质料历程中工件质料会爆发较大的塑性变形，，，，，在逆铣侧，，，，，受到未加工外貌的阻碍，，，，，这部分爆发塑性变形的质料会爆发较大的塑性侧流，，，，，本该形成切屑脱落的变形质料演酿成较大的毛刺留在了工件顶端。。。。。。。因此在逆铣侧，，，，，多会沿着刀具切削刃的旋转和进给偏向形成尺寸较大的顶端毛刺。。。。。。。而在顺铣侧，，，，，爆发塑性变形的质料会形成较大的质料群集，，，，，这部分群集的质料会随着刀具切出工件外貌时，，，，，借助刀具的推行动用从工件外貌脱落，，，，，少数质料形成尺寸较小的顶端毛刺。。。。。。。

视察图7（a，，，，，b）能够发明，，，，，当每齿进给量很小时，，，，，加工历程天生的顶端毛刺尺寸较大，，，，，这是由于此条件下刀具的瞬时切削厚度小于质料的最小切削厚度，，，，，铣削加工处于负前角切削状态，，，，，去除质料历程刀具对证料的挤压、犁耕作用严重，，，，，增添了质料塑性变形，，，，，进而增进了毛刺的生长。。。。。。。当每齿进给量增大，，，，，刀具最先正常举行切割作用，，，，，毛刺尺寸先下降，，，，，在fz=2μm/z获得最小值。。。。。。。此处铸造钛合金、SLM?钛合金和SLM?热处置惩罚钛合金获得的逆铣侧最小毛刺宽度划分为184.78、152.3、173.03μm，，，，，顺铣侧最小毛刺宽度划分为152.89、125.39、139.50μm。。。。。。。随着进给速率的进一步加速，，，，，刀具单次去除质料量增多，，，，，质料变形量增大，，，，，毛刺尺寸随之增添。。。。。。。图7（c，，，，，d）反应的是铣削深度对顶端毛刺宽度的影响，，，，，随着铣削深度的增大，，，，，3种质料逆铣侧的毛刺宽度也随之增大，，，，，这是由于铣削深度加深，，，，，质料去除量增大，，，，，切屑的倾轧受到限制，，，，，刀具与工件质料的摩擦、挤压严重，，，，，质料塑性侧流增添，，，，，形成较大毛刺。。。。。。。然而，，，，，顺铣侧毛刺随着铣削深度的增添先增大，，，，，当铣削深度ap>10μm，，，，，毛刺宽度又最先减小。。。。。。。这一征象可能是由于铣削深度凌驾了一定的界线切削深度，，，，，顺铣侧的顶端毛刺形成了尺寸较小的二次毛刺（Ⅱ型毛刺）［29?30］。。。。。。。从图7（e，，，，，f）中可以看出，，，，，顶端毛刺随着主轴转速的加速泛起下降的趋势，，，，，说明转速的提高有利于镌汰刀具与质料间挤压的时间，，，，，有利于镌汰质料的变形和塑性侧流，，，，，抑制顶端毛刺的增添。。。。。。。

视察图7可知，，，，，在差别铣削条件下SLM?钛合金的顶端毛刺尺寸岂论是在顺铣侧照旧逆铣侧都要小于SLM?热处置惩罚钛合金以及铸造钛合金。。。。。。。这可能是由于SLM?钛合金的塑性较差，，，，，切削时质料爆发塑性变形的水平较小！。。。。。，，，且更容易从工件外貌脱落，，，，，天生的顶端毛刺较小。。。。。。。

2.33种差别制造工艺的钛合金质料的外貌粗糙度剖析

差别铣削参数对3种钛合金质料外貌粗糙度的影响如图9所示。。。。。。。如图9（a）所示，，，，，随着每齿进给量的增大，，，，，3种钛合金质料的外貌粗糙度均先下降后上升，，，，，并在fz=2μm/z获得最小的外貌粗糙度。。。。。。。铸造钛合金、SLM?钛合金以及SLM?热处置惩罚钛合金的最小外貌粗糙度划分为47.84、65.33、45.69nm。。。。。。。这是由于当每齿进给量很小时，，，，，刀具的瞬时切削厚度小于最小切削厚度，，，，，受到尺寸效应的影响，，，，，加工历程的不稳固征象增多，，，，，此时的铣刀以滑擦、犁耕去除质料为主，，，，，并非正常的切割作用，，，，，因此会导致外貌粗糙度较大，，，，，获得的外貌质量较差。。。。。。。随着每齿进给量的增添，，，，，去除质料的作用由最初的挤压、犁耕转向正常的切割作用，，，，，外貌粗糙度泛起下降趋势。。。。。。。随着进给速率的进一步加速，，，，，瞬时切削厚度增大，，，，，导致铣削力增大，，，，，切削历程不稳固征象增添，，，，，刀具爆发振动，，，，，容易导致外貌质量变差。。。。。。。

图9（b）是外貌粗糙度受铣削深度影响的转变曲线。。。。。。？？？？？？？梢钥闯觯，，，随着铣削深度的逐渐增添，，，，，微铣槽的外貌粗糙度呈上升趋势。。。。。。。铣削深度的增添会导致单位时间去除的质料量增多，，，，，容易导致较大的切削力。。。。。。。以较大铣削深度加工时刀具容易爆发振动，，，，，导致加工历程不稳固，，，，，进而影响外貌质量。。。。。。。图9（c）是主轴转速对外貌粗糙度的影响，，，，，能够发明主轴转速加速，，，，，外貌粗糙度略有下降，，，，，可是当主轴转速抵达18000r/min时，，，，，外貌粗糙度又有所上升，，，，，这可能是由于较快的转速使得刀具爆发振动，，，，，外貌粗糙度泛起波动。。。。。。。

通过对3种钛合金质料在差别铣削参数下外貌粗糙度的定量剖析，，，，，能够发明，，，，，SLM?热处置惩罚钛合金在微铣削加工时获得的外貌粗糙度要小于铸造钛合金和SLM?钛合金。。。。。。。SLM?钛合金在变每齿进给量和变主轴转速条件下获得的外貌粗糙度要显着大于其余两种质料。。。。。。。铸造钛合金在差别铣削参数下获得的外貌质量均处于中等的水平。。。。。。。较高的质料硬度和较低的质料塑性能够降低加工时的质料流动，，，，，进而获得更好的外貌质量［31］，，，，，因此SLM?热处置惩罚钛合金的外貌粗糙度要低于铸造钛合金。。。。。。。虽然SLM?钛合金的质料硬度高于铸造钛合金，，，，，且质料塑性低于铸造钛合金，，，，，可是由于其孔隙度较大，，，，，容易恶化加工后的外貌质量［32］，，，，，导致其加工后的外貌粗糙度要高于其余两种钛合金质料。。。。。。。

图10是3种钛合金质料在差别每齿进给量条件下的外貌形貌。。。。。。。当fz=1μm/z时，，，，，由于刀具对工件的犁耕作用严重，，，，，3种钛合金质料经由铣削后获得的外貌形貌均较差，，，，，外貌轮廓曲线转变强烈。。。。。。。随着每齿进给量增添，，，，，在fz=2μm/z时，，，，，3种钛合金质料的外貌质量有所改善，，，，，质料凸起高度变小！。。。。。，，，外貌轮廓曲线转变较为匀称。。。。。。。随着每齿进给量进一步增大，，，，，3种钛合金质料的外貌形貌又最先恶化。。。。。。。通过整体剖析能够获得，，，，，SLM?热处置惩罚钛合金的铣削外貌在3种钛合金质料中最好。。。。。。。相较于铸造钛合金和SLM?热处置惩罚钛合金，，，，，加工后的SLM?钛合金的外貌轮廓曲线转变最为强烈，，，，，获得的外貌质量最差。。。。。。。

3、结论

本文以PCD微铣刀作为试验刀具，，，，，开展了微铣削试验。。。。。。。通过对铣削力、顶端毛刺宽度以及外貌粗糙度举行剖析，，，，，研究了在差别铣削参数条件下铸造钛合金、SLM?钛合金以及SLM?热处置惩罚钛合金的微铣削加工性能。。。。。。。获得的相关结论如下：

（1）微铣削加工时3种差别制造工艺的钛合金质料的铣削力转变趋势均切合转变纪律。。。。。。。SLM?热处置惩罚钛合金质料加工爆发的铣削力比铸造钛合金和SLM?钛合金的铣削力都要大，，，，，且铸造钛合金质料的铣削力最小。。。。。。。质料硬度的差别是造成这种情形的主要缘故原由。。。。。。。除此之外，，，，，SLM?钛合金较大的孔隙度也导致了其铣削力小于SLM?热处置惩罚钛合金。。。。。。。

（2）由于钛合金质料顺逆铣侧顶端毛刺形成机理的差别，，，，，微铣削加工爆发的逆铣侧毛刺尺寸均要大于顺铣侧毛刺尺寸。。。。。。。在差别铣削条件下SLM?钛合金的顶端毛刺尺寸岂论是在顺铣侧照旧逆铣侧都要小于SLM?热处置惩罚钛合金以及铸造钛合金。。。。。。。这是由于SLM?钛合金的塑性较差，，，，，切削时质料爆发塑性变形的水平较小！。。。。。，，，天生的顶端毛刺较小。。。。。。。

（3）3种差别制造工艺的钛合金质料的外貌粗糙度随每齿进给量增大，，，，，泛起先下降后上升的转变纪律，，，，，并在fz=2μm/z获得最小的外貌粗糙度。。。。。。。这种征象是受到尺寸效应影响的典范效果。。。。。。。较高的质料硬度和较低的质料塑性能够降低加工时的质料流动，，，，，进而获得更好的外貌质量，，，，，因此SLM?热处置惩罚钛合金的外貌粗糙度要低于铸造钛合金。。。。。。。由于孔隙度较大，，，，，容易恶化加工后的外貌质量，，，，，纵然SLM?钛合金的硬度高于铸造钛合金，，，，，且塑性小于铸造钛合金，，，，，但其加工后的外貌粗糙度仍然较高。。。。。。。

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