緊(jin)固螺(luo)栓作為(wei)航(hang)空(kong)(kong)(kong)裝(zhuang)備承力構件(jian)連接的(de)核心基(ji)礎件(jian)，直接決定著航(hang)空(kong)(kong)(kong)裝(zhuang)備運行的(de)可(ke)(ke)靠性(xing)。隨著現代航(hang)空(kong)(kong)(kong)裝(zhuang)備向高速(su)、重載及(ji)輕量化的(de)方(fang)向發(fa)展，對航(hang)空(kong)(kong)(kong)螺(luo)栓的(de)可(ke)(ke)靠性(xing)和疲勞強(qiang)(qiang)度(du)需求日益提升(sheng)[1]。由(you)于(yu)鈦合(he)(he)金(jin)具(ju)有高強(qiang)(qiang)度(du)、低(di)密度(du)等優勢，被國際(ji)航(hang)空(kong)(kong)(kong)工業強(qiang)(qiang)國成功應用并取得良(liang)好效(xiao)果。例(li)如，俄羅斯圖(tu)204飛機緊(jin)固件(jian)以鈦代鋼后，其(qi)結構質量減(jian)輕了688 kg[2]。可(ke)(ke)見，鈦合(he)(he)金(jin)對航(hang)空(kong)(kong)(kong)裝(zhuang)備的(de)減(jian)重效(xiao)果顯著。但(dan)由(you)于(yu)鈦合(he)(he)金(jin)表面(mian)缺(que)口(kou)敏感性(xing)引(yin)起(qi)的(de)疲勞失效(xiao)制(zhi)約了航(hang)空(kong)(kong)(kong)螺(luo)栓承載能力的(de)進一步提升(sheng)，限制(zhi)了我國航(hang)空(kong)(kong)(kong)裝(zhuang)備的(de)快速(su)發(fa)展。如何降低(di)鈦合(he)(he)金(jin)螺(luo)栓在加工過程(cheng)中(zhong)引(yin)起(qi)的(de)表面(mian)缺(que)口(kou)敏感性(xing)對提高航(hang)空(kong)(kong)(kong)裝(zhuang)備可(ke)(ke)靠性(xing)具(ju)有重要意(yi)義(yi)。為(wei)了盡早解(jie)決鈦合(he)(he)金(jin)因缺(que)口(kou)敏感造(zao)成航(hang)空(kong)(kong)(kong)螺(luo)栓疲勞失效(xiao)問題(ti)，《機械工程(cheng)學科發(fa)展戰(zhan)略報(bao)告(2021—2035)》中(zhong)將航(hang)空(kong)(kong)(kong)螺(luo)栓精密加工技術(shu)的(de)相關研究列為(wei)未來(lai)5～15年重點和優先發(fa)展領域[3]。

超(chao)聲輔助切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)是一(yi)種新興精(jing)密切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝，該加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)技術在(zai)刀具(ju)上施加(jia)(jia)(jia)高(gao)頻(pin)振(zhen)動(dong)(dong)，使(shi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)刀具(ju)產生脈(mo)沖(chong)間歇式(shi)的切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)運動(dong)(dong)，使(shi)刀具(ju)與工(gong)(gong)(gong)件表(biao)(biao)面(mian)周(zhou)期性接觸和(he)分(fen)(fen)離，進而降(jiang)低(di)刀具(ju)熱量，提高(gao)表(biao)(biao)面(mian)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)質量[4]。Peng z L等[5]研(yan)究了(le)不同超(chao)聲切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)參數對工(gong)(gong)(gong)件表(biao)(biao)面(mian)粗糙度的影響(xiang)，發現了(le)超(chao)聲振(zhen)幅(fu)的增大可降(jiang)低(di)工(gong)(gong)(gong)件的表(biao)(biao)面(mian)粗糙度值，改(gai)善加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件的表(biao)(biao)面(mian)缺口敏感性。張曉輝等[6]利用(yong)數值模擬的方法研(yan)究了(le)超(chao)聲切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)傳統切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)對鈦(tai)合(he)金TC4表(biao)(biao)面(mian)殘余(yu)應(ying)(ying)力分(fen)(fen)布(bu)影響(xiang)，研(yan)究結論表(biao)(biao)明了(le)同一(yi)切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)參數下(xia)超(chao)聲切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)誘導的最(zui)大殘余(yu)壓應(ying)(ying)力大于傳統切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)。Bai w等[7]的研(yan)究結論證明了(le)超(chao)聲切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)引起的高(gao)頻(pin)振(zhen)動(dong)(dong)促使(shi)工(gong)(gong)(gong)件表(biao)(biao)面(mian)殘余(yu)拉應(ying)(ying)力轉變為(wei)壓應(ying)(ying)力，進而改(gai)善工(gong)(gong)(gong)件的抗疲(pi)勞性能。

1、試驗方案

在華南(nan)理工(gong)(gong)大學超聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)加(jia)工(gong)(gong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)臺上開展超聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)傳統(tong)(tong)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)，超聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)系統(tong)(tong)振動頻率為(wei)(wei)(wei)27 kHz，具(ju)體(ti)超聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)臺架如(ru)圖1所示。TB9鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)試(shi)(shi)(shi)樣尺寸為(wei)(wei)(wei)φ=20 mm×60 mm，試(shi)(shi)(shi)驗(yan)選(xuan)用的(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)刀具(ju)材(cai)料為(wei)(wei)(wei)硬(ying)質合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)刀具(ju)，刀具(ju)牌(pai)號(hao)為(wei)(wei)(wei)cNMGl20408，其前角(jiao)為(wei)(wei)(wei)5°，后角(jiao)為(wei)(wei)(wei)5°，刃傾角(jiao)為(wei)(wei)(wei)0°，主偏(pian)角(jiao)為(wei)(wei)(wei)95°，刀尖圓弧(hu)半徑為(wei)(wei)(wei)0.4mm。試(shi)(shi)(shi)驗(yan)用TB9鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)材(cai)料成(cheng)分見(jian)表(biao)(biao)1。由(you)于研究主要關注螺(luo)栓鐓制完(wan)成(cheng)后的(de)(de)桿(gan)部精加(jia)工(gong)(gong)，而最(zui)后的(de)(de)精加(jia)工(gong)(gong)對(dui)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)表(biao)(biao)面完(wan)整性(xing)(xing)和(he)表(biao)(biao)面缺口(kou)敏感性(xing)(xing)影(ying)響尤為(wei)(wei)(wei)顯(xian)著。經(jing)過(guo)大量(liang)的(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)驗(yan)證，最(zui)終確定(ding)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)(can)數的(de)(de)合(he)(he)(he)理范(fan)圍，并將設(she)置統(tong)(tong)一(yi)的(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)(can)數為(wei)(wei)(wei)：切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)轉速400r/min、切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)進0.02mm/r、切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)深度0.05mm。試(shi)(shi)(shi)驗(yan)首(shou)先對(dui)比超聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)與傳統(tong)(tong)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)性(xing)(xing)能，并進一(yi)步采用單因素試(shi)(shi)(shi)驗(yan)法研究不(bu)同的(de)(de)超聲振幅(6um、8μm、10μm)對(dui)TB9鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)削(xue)(xue)(xue)(xue)性(xing)(xing)能的(de)(de)影(ying)響。

通(tong)過(guo)3D形貌儀(yi)獲取不同切削(xue)(xue)參數加工(gong)后(hou)試樣(yang)的表(biao)面(mian)形貌特征(zheng)；利(li)用美國IHEC三維輪廓儀(yi)測(ce)量(liang)試樣(yang)的表(biao)面(mian)輪廓特征(zheng)；采(cai)用YDcⅢ89A型壓電石英刀(dao)桿式三向(xiang)車削(xue)(xue)測(ce)力儀(yi)測(ce)量(liang)切削(xue)(xue)過(guo)程(cheng)中的力值；切削(xue)(xue)試驗(yan)完(wan)成(cheng)后(hou)，利(li)用掃描電鏡SEM觀察刀(dao)具(ju)磨損特征(zheng)。

2、試驗結果分析

2.1切削力

在(zai)鈦合(he)金切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)過程中，與(yu)(yu)鈦合(he)金表面完整性和(he)表面缺(que)口敏感性相關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)，且主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)與(yu)(yu)刀(dao)具(ju)前刀(dao)面磨(mo)損形貌(mao)直接(jie)相關。雖然其他方向(xiang)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)進給抗(kang)力(li)(li)和(he)切(qie)(qie)深抗(kang)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)規律(lv)對(dui)刀(dao)具(ju)磨(mo)損形貌(mao)有(you)(you)(you)著一定(ding)影響，但起(qi)到主(zhu)(zhu)導作用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)，研究(jiu)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)與(yu)(yu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)參數之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)規律(lv)，對(dui)揭示(shi)刀(dao)具(ju)摩擦失效機(ji)(ji)制(zhi)有(you)(you)(you)著重要意義(yi)。圖(tu)2為(wei)傳(chuan)統(tong)(tong)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)變(bian)化(hua)曲線。傳(chuan)統(tong)(tong)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)平均值為(wei)248N，切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)曲線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)區間(jian)較大，說明(ming)(ming)了(le)傳(chuan)統(tong)(tong)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)誘導的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)波(bo)動明(ming)(ming)顯(xian)。超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)分別(bie)為(wei)182N、165N和(he)146N，與(yu)(yu)傳(chuan)統(tong)(tong)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)相比(bi)，超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)明(ming)(ming)顯(xian)降低(di)，超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)振(zhen)幅為(wei)10um試樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)最大降低(di)了(le)41.13％。且超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)最大值與(yu)(yu)最小值的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)動區問相對(dui)較小，說明(ming)(ming)了(le)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)加工(gong)穩(wen)定(ding)性優(you)于傳(chuan)統(tong)(tong)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)。對(dui)比(bi)圖(tu)2b、c和(he)d，可以看出隨著超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)振(zhen)幅的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加，主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)有(you)(you)(you)下降趨勢(shi)，這是(shi)因為(wei)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)振(zhen)幅的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加，延長了(le)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)刀(dao)具(ju)與(yu)(yu)工(gong)件(jian)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分離時間(jian)，改善了(le)刀(dao)具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)散熱(re)效果(guo)。

2.2表面加工形貌

由圖3可知，傳統(tong)切(qie)削(xue)(xue)表面(mian)(mian)(mian)和超(chao)聲(sheng)切(qie)削(xue)(xue)表面(mian)(mian)(mian)均(jun)規(gui)律性分(fen)布著(zhu)機械加(jia)(jia)(jia)工痕跡(ji)。圖3a中傳統(tong)切(qie)削(xue)(xue)加(jia)(jia)(jia)工痕跡(ji)較深(shen)，波峰與(yu)波谷之差(cha)最大為49.4μm，且(qie)加(jia)(jia)(jia)工劃痕之間分(fen)布相(xiang)對不均(jun)勻，由于切(qie)削(xue)(xue)劃痕深(shen)度不一(yi)致，導(dao)致TB9試樣(yang)(yang)(yang)表面(mian)(mian)(mian)的(de)加(jia)(jia)(jia)工質量(liang)(liang)較差(cha)。經過 超(chao)聲(sheng)切(qie)削(xue)(xue)后的(de)試樣(yang)(yang)(yang)表面(mian)(mian)(mian)機械痕跡(ji)深(shen)度降(jiang)(jiang)低，機械痕跡(ji)之間的(de)間距基本穩定，超(chao)聲(sheng)切(qie)削(xue)(xue)表面(mian)(mian)(mian)質量(liang)(liang)顯(xian)著(zhu)提高。應當注(zhu)意的(de)是(shi)(shi)隨著(zhu)超(chao)聲(sheng)振幅的(de)增加(jia)(jia)(jia)，試樣(yang)(yang)(yang)表面(mian)(mian)(mian)的(de)切(qie)削(xue)(xue)痕跡(ji)深(shen)度降(jiang)(jiang)低，其(qi)中超(chao)聲(sheng)振幅為10μm的(de)試樣(yang)(yang)(yang)3劃痕深(shen)度最低，為19.1μm(圖3d)。與(yu)傳統(tong)切(qie)削(xue)(xue)相(xiang)比，劃痕深(shen)度降(jiang)(jiang)低了61.34％。是(shi)(shi)因(yin)為超(chao)聲(sheng)切(qie)削(xue)(xue)過程中刀具(ju)運動軌跡(ji)改(gai)變了傳統(tong)切(qie)削(xue)(xue)加(jia)(jia)(jia)工的(de)去除材料機理。張(zhang)翔宇(yu)等[8]，進一(yi)步認為超(chao)聲(sheng)切(qie)削(xue)(xue)的(de)分(fen)離作用(yong)使足(zu)夠(gou)的(de)冷卻液(ye)經過切(qie)削(xue)(xue)區域，強(qiang)制實現刀具(ju)對流(liu)換(huan)熱，最終降(jiang)(jiang)低切(qie)削(xue)(xue)溫度。

2.3刀具磨損形貌

傳(chuan)(chuan)統切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)和超(chao)聲(sheng)(sheng)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)前刀(dao)(dao)(dao)具磨損SEM如圖4所示。由圖4a可以看(kan)出，傳(chuan)(chuan)統切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刀(dao)(dao)(dao)具前刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)出現(xian)崩刃，刀(dao)(dao)(dao)刃處有片狀(zhuang)(zhuang)粘結物存(cun)在(zai)，在(zai)主(zhu)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刃靠近刀(dao)(dao)(dao)尖(jian)處有剝落凹坑，這是(shi)由月牙洼磨損所形成(cheng)，當刀(dao)(dao)(dao)尖(jian)強度低(di)于(yu)(yu)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)屑中硬質粒子的(de)(de)(de)(de)(de)反復沖擊(ji)、刮(gua)擦(ca)后，月牙洼迅速(su)(su)擴(kuo)展(zhan)。此外，刀(dao)(dao)(dao)具與(yu)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)屑接觸(chu)區機械載荷與(yu)熱應力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)反復作用(yong)(yong)導(dao)致了接觸(chu)疲(pi)勞(lao)與(yu)熱應力(li)疲(pi)勞(lao)，當超(chao)過(guo)刀(dao)(dao)(dao)具材料的(de)(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)極限(xian)時，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刃附近萌生(sheng)裂紋并(bing)(bing)迅速(su)(su)擴(kuo)展(zhan)，在(zai)沖擊(ji)載荷作用(yong)(yong)下導(dao)致剝落從而形成(cheng)凹坑[9]。同時在(zai)主(zhu)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刃上觀(guan)察到(dao)微裂紋，若(ruo)繼(ji)續切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)，微裂紋會(hui)沿切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刃不斷擴(kuo)展(zhan)，崩刃缺口(kou)繼(ji)續增大(da)。與(yu)傳(chuan)(chuan)統切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)不同的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，超(chao)聲(sheng)(sheng)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刀(dao)(dao)(dao)具表面(mian)(mian)未觀(guan)察到(dao)崩刃現(xian)象，前刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)形狀(zhuang)(zhuang)保持良好，說明(ming)(ming)了超(chao)聲(sheng)(sheng)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)在(zai)加(jia)工表面(mian)(mian)質量(liang)方面(mian)(mian)具有明(ming)(ming)顯優勢。應該(gai)說明(ming)(ming)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，超(chao)聲(sheng)(sheng)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)與(yu)傳(chuan)(chuan)統切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)在(zai)去(qu)除材料機理(li)方面(mian)(mian)存(cun)在(zai)本質不同，在(zai)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)過(guo)程中，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刀(dao)(dao)(dao)具在(zai)超(chao)聲(sheng)(sheng)變(bian)幅桿的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下，其(qi)運動軌跡(ji)為橢圓曲線(xian)，在(zai)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)試(shi)樣表面(mian)(mian)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)劃(hua)痕(hen)和溝槽起(qi)到(dao)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)光整(zheng)作用(yong)(yong)，并(bing)(bing)降低(di)了切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)加(jia)工中的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)和切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)振(zhen)動，提高了切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)穩定(ding)性[10]。相(xiang)關研究證明(ming)(ming)了超(chao)聲(sheng)(sheng)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)時間(jian)相(xiang)對于(yu)(yu)傳(chuan)(chuan)統切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)加(jia)工較短，刀(dao)(dao)(dao)具與(yu)工件、切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)屑完全分離的(de)(de)(de)(de)(de)時間(jian)占切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)總時問的(de)(de)(de)(de)(de)80％以上。同時依靠瞬間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)高速(su)(su)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)將材料切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)除，使得(de)刀(dao)(dao)(dao)具所受到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)摩擦(ca)變(bian)小，產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)大(da)大(da)降低(di)，刀(dao)(dao)(dao)具磨損程度顯著減少，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工質量(liang)得(de)到(dao)有效(xiao)改善(shan)[5,8,11]。

傳(chuan)統切(qie)削(xue)和超(chao)聲(sheng)切(qie)削(xue)的(de)(de)后刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損SEM如圖5所示。通(tong)常采用(yong)后刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)的(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損量作為評判刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損壽命(ming)，并(bing)在刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損形(xing)貌(mao)分析中(zhong)，首(shou)先觀察(cha)刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)后刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損特征(zheng)。由圖5a可知，刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)涂(tu)(tu)層(ceng)脫落嚴重，說明了傳(chuan)統切(qie)削(xue)刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)表(biao)(biao)面(mian)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損相對劇烈，后刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)分布著(zhu)顯(xian)著(zhu)的(de)(de)溝槽(cao)(cao)特征(zheng)，屬(shu)于典(dian)型(xing)的(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損特征(zheng)。而刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損程度(du)(du)取決(jue)于刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)硬度(du)(du)及耐磨(mo)(mo)(mo)(mo)性，出現磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損的(de)(de)的(de)(de)原因主要(yao)是(shi)切(qie)削(xue)過程中(zhong)的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)脫落參(can)與(yu)了刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)與(yu)試樣(yang)接觸界面(mian)的(de)(de)高溫磨(mo)(mo)(mo)(mo)損，形(xing)成高硬度(du)(du)的(de)(de)化合物并(bing)在切(qie)削(xue)中(zhong)充當磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)，刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)與(yu)試樣(yang)切(qie)削(xue)時(shi)在刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)表(biao)(biao)面(mian)不(bu)(bu)斷(duan)摩擦，導(dao)致刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)后刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)發生磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損并(bing)形(xing)成表(biao)(biao)面(mian)裂紋[12]。由圖5b～c可知，超(chao)聲(sheng)切(qie)削(xue)刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損表(biao)(biao)面(mian)未(wei)(wei)觀察(cha)到明顯(xian)的(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)劃痕溝槽(cao)(cao)，但存(cun)在不(bu)(bu)同程度(du)(du)的(de)(de)刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)涂(tu)(tu)層(ceng)脫落，同時(shi)伴(ban)隨著(zhu)輕(qing)微的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)粘結現象。值得注意(yi)的(de)(de)是(shi)超(chao)聲(sheng)振幅為10μm時(shi)(圖5d)，刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)后刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損較(jiao)輕(qing)，表(biao)(biao)面(mian)涂(tu)(tu)層(ceng)未(wei)(wei)出現大面(mian)積脫落。

進(jin)一步利用(yong)EDS析(xi)(xi)對比了(le)傳統(tong)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)超(chao)(chao)聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)加工后(hou)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)能譜(pu)分(fen)成分(fen)，如表2所示。可以(yi)看到，傳統(tong)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)區(qu)(qu)域(yu)A的(de)(de)(de)(de)能譜(pu)中檢測(ce)到其表面覆蓋了(le)大量(liang)的(de)(de)(de)(de)Ti元素同時檢測(ce)到O元素比例為(wei)9.56％，說明了(le)傳統(tong)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)在(zai)加工TB9鈦合金過程中伴(ban)隨著氧(yang)(yang)化(hua)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)。由(you)圖5a刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)形貌可以(yi)推測(ce)出(chu)傳統(tong)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)形式主要以(yi)磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、粘(zhan)結(jie)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)和(he)氧(yang)(yang)化(hua)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)為(wei)主。在(zai)超(chao)(chao)聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)能譜(pu)分(fen)析(xi)(xi)結(jie)果中，區(qu)(qu)域(yu)B的(de)(de)(de)(de)EDS分(fen)析(xi)(xi)結(jie)果表明了(le)超(chao)(chao)聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)粘(zhan)結(jie)區(qu)(qu)域(yu)中B元素含量(liang)降低至2.59％，這是由(you)于超(chao)(chao)聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)將連續的(de)(de)(de)(de)加工方式轉化(hua)為(wei)斷續切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)加工[8,10,13]，使(shi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)在(zai)切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)中的(de)(de)(de)(de)溫度大幅度降低，有效地提(ti)高了(le)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽命和(he)試樣(yang)的(de)(de)(de)(de)加工質量(liang)。結(jie)合圖5b～d超(chao)(chao)聲刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)形貌最(zui)終(zhong)確定超(chao)(chao)聲切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)形式轉變為(wei)輕微的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、粘(zhan)結(jie)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)和(he)氧(yang)(yang)化(hua)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)為(wei)主。

3、結語

研(yan)究(jiu)以(yi)TB9鈦合金為研(yan)究(jiu)對象，分別考察了(le)傳統切削和不同超(chao)聲振幅的(de)超(chao)聲切削對切削力、表(biao)面加工形貌以(yi)及刀具磨損特征等(deng)方(fang)面的(de)影響，得(de)到的(de)主(zhu)要研(yan)究(jiu)結論如(ru)下：

(1)超(chao)聲切(qie)削加(jia)(jia)工有效(xiao)減小了(le)TB9鈦合(he)金試(shi)樣的主切(qie)削力，且切(qie)削波動(dong)相對較小。與傳統切(qie)削加(jia)(jia)工相對，超(chao)聲振(zhen)幅為10um試(shi)樣的主切(qie)削力最(zui)大減小了(le)41.13％。

(2)與傳統切(qie)削加工相對(dui)，超聲(sheng)切(qie)削加工TB9鈦(tai)合金試(shi)樣的表面質量(liang)顯著提(ti)高，加工中的機(ji)械劃痕深(shen)度最大(da)減(jian)小了61.34％。

(3)超聲切(qie)削(xue)(xue)能夠降低切(qie)削(xue)(xue)中(zhong)磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)，有效降低切(qie)削(xue)(xue)刀具中(zhong)粘結區域的(de)含氧量，刀具磨(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)形式主要表(biao)現為(wei)輕微的(de)磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、粘結磨(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)和氧化磨(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)損(sun)(sun)(sun)為(wei)主。

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第一作者：劉樂，男，1988年生，碩士，工(gong)程師，研究方向(xiang)為(wei)航(hang)空航(hang)天緊固件研發及工(gong)藝。E-mail：liule20210629@163．com

通信作者(zhe)：張亞龍，男，1990年生，博士，講師(shi)，研(yan)究(jiu)方(fang)向為航空基礎件(jian)疲勞延壽技術(shu)。E-mail：zhangyalong@zua．edu．cn