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TC4鈦合金是一種具有良好的力學(xué)性能、耐高溫性、耐腐蝕行等優(yōu)異性能的金屬材料,也被稱為未來金屬,廣泛應(yīng)用于航空航天、國防科技、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。但鈦合金的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性高且導(dǎo)熱性差,因而可加工性能較差,屬于典型難加工材料。由此,TC4鈦合金加工過程中存在切削溫度高、切削力大、斷屑困難、切削速度難以提高和刀具快速磨損等問題,導(dǎo)致已加工表面產(chǎn)生微裂紋和加工硬化層,進(jìn)而導(dǎo)致表面粗糙度差、殘余應(yīng)力大,會形成大量毛刺、高溫?zé)齻蛠啽砻鎿p傷嚴(yán)重影響零件的表面完整性和使役性能。對此,人們常采用改善切削區(qū)域狀況的冷卻潤滑方法來保證鈦合金的高效率、高精度和高質(zhì)量加工。

近年來,微量潤滑(minimalquantitylubrication,MQL)作為一種新型潤滑方式常用于機(jī)械加工,是通過壓縮氣體將切削液霧化沖入刀工界面,起到加工潤滑的作用。

雖然微量潤滑能解決大量使用澆注式冷卻潤滑液的問題,但是由于切削液的量較少,還存在潤滑不足的瓶頸。為解決該問題,有研究者采用等離子清洗耦合微量潤滑作為冷卻條件,由于等離子體中富含大量活性粒子,并被證明能調(diào)控材料特性,可降低切削液在工件表面的接觸角,加快切削液在工件表面鋪展,不會損傷材料。

等離子清洗

等離子體中的主要成分包含未電離的氣體分子、帶電離子、電子以及各種自由基。等離子體清洗技術(shù)就是通過利用這些活性組分的性質(zhì)來處理樣品的表面,通過使用等離子體發(fā)生器的激發(fā),使反應(yīng)氣體發(fā)生電離,與待清洗樣件表面的污染物進(jìn)行一系列反應(yīng)將污染物去除,從而達(dá)到清洗效果

等離子清洗前后TC4鈦合金接觸角分析

接觸角體現(xiàn)了液體在工件表面的潤濕性,能表示液體在工件表面的鋪展?fàn)顟B(tài)。接觸角越小,則切削液在切削界面鋪展效果越好,切削潤滑效果越好。

圖1 鈦合金等離子清洗后的生物油接觸角

圖1是等離子清洗處理后的鈦合金表面生物油接觸角變化情況。可見,未經(jīng)等離子清洗處理前,TC4鈦合金表面的生物油接觸角為36.6°;經(jīng)過等離子體清洗5s后,TC4鈦合金表面的生物油接觸角降低到26.5°;經(jīng)過20s的等離子清洗后,該接觸角降低到11.4°。說明等離子清洗能有效降低TC4鈦合金表面的液體接觸角,增強(qiáng)其表面潤濕性,促進(jìn)生物油在切削界面的鋪展。