摘要：据悉，清华大学摩擦学国家重点实验室的科研人员报道了钛合金超声辅助加工的批判性评述。相关论文以“A Critical Review of Ultrasonic-Assisted Machining of Titanium Alloys”为题发表在《Machine
长三角G60激光联盟导读
据悉，清华大学摩擦学国家重点实验室的科研人员报道了钛合金超声辅助加工的批判性评述。相关论文以“A Critical Review of Ultrasonic-Assisted Machining of Titanium Alloys”为题发表在《Machines》上。
超声辅助加工（UAM）已成为提高精密制造中材料去除效率、改善表面质量和延长刀具寿命的变革性技术。本评述特别关注其在钛铝（TiAl）合金中的应用。这类合金因其低密度、高强度及差的切削加工性而广泛应用于航空航天和汽车领域。本评述涵盖了UAM的各个方面，包括超声振动辅助车削（UVAT）、铣削（UVAM）和磨削（UVAG），重点阐述了它们对切削加工性、刀具磨损行为和表面完整性的影响。文章还指出了单能量场UAM的局限性，例如能量传递不一致和刀具疲劳，这导致了对多场技术日益增长的需求。因此，讨论了先进加工策略，即超声等离子体氧化辅助磨削（UPOAG）、保护性涂层辅助切削以及双场超声集成（例如，超声-磁性或超声-激光加工），探讨了它们在进一步改善TiAl合金加工方面的潜力。此外，还强调了预测性力模型在优化UAM过程中的重要性，着重分析了解析法和人工智能驱动仿真在实现更好过程控制方面的作用。总体而言，本评述强调了UAM作为高效精密制造基石的持续演进，同时对其在加工TiAl合金方面的当前应用和未来潜力提供了全面的展望。
关键词：γ-钛铝化物；增材制造；超声辅助加工；多能量场；预测模型
图 1. 金属间化合物钛合金在航空航天、医疗和国防领域的应用。
图 2. 基于 (a) 文献筛选过程 (b) 加工方法和 (c) 年份的研究趋势分布。
图 3. 超声辅助加工技术。
图 4. 二元γ-TiAl的成分与机械强度。
图 5. (a) 析出物的形成和 (b) 元素分配的TEM研究。
图 6. γ-TiAl的复杂断裂行为，基于 (a) 表面和亚表面损伤, (b) 微观尺度下的断裂模式和 (c) γ-TiAl拉伸断裂下的EBSD观察。
图 7. 传统车削与UVAT机理的比较。
图 8. UVAT导致的温度降低 (a) 在深度0.05 mm、切削速度200 m/min时和 (b) 在进给率0.005 mm/r、切削速度200 m/min时，使用冷却液。
图 9. 传统车削在 (a) 干式 (c) 湿式 (e) MQL 和 (g) LCO2 条件下以及UVAT在 (b) 干式 (d) 湿式 (f) MQL 和 (h) LCO2条件下的月牙洼磨损比较。
图 10. 在进给率0.11 mm/rev、速度15 m/min、切削深度0.5 mm时，传统车削和椭圆UVAT导致的表面形貌。
图 11. 实时红外图像及切削温度Tc (°C) 变化（超声振幅5 μm，频率32.6 kHz，纵向方向）。
图 12. 基于以下因素的刀具磨损（VB）：(a) 传统（速度=60 m/min）和超声加工中后刀面磨损对平均切削力（Favg）的影响 (b) 切削长度5.6 m时的后刀面和前刀面磨损 (c) UVAM中的磨损形态。
图 13. UVAG下的磨削表面形貌、粗糙度Ra及表面轮廓。
图 14. UAM的新兴前沿。
图 15. 基于 (a) 表面活性介质（SAM）层和(b) 槽边缘保护涂层的HUMPC加工。
图 16. 混合加工系统 (a) 激光辅助超声加工, (b) 电火花加工和(c)磁场辅助加工。
图 17. 当前及未来的研究前景。
总之，超声辅助加工（UAM）已被证明是改善难加工材料钛铝（TiAl）合金切削加工性的有效方法。超声辅助车削（UVAT）、铣削（UVAM）和磨削（UVAG）等技术在材料去除效率、表面质量和刀具寿命方面均展现出显著改善。然而，本评述也指出了这些单能量场UAM技术的局限性，包括不一致性等问题，这推动了对多场和混合策略发展的需求。先进的方法，包括超声-等离子体氧化辅助磨削和双场集成技术，为进一步提升TiAl加工提供了有前景的途径。总体而言，本评述不仅评估了UAM用于TiAl合金的表征、加工效率和新兴趋势，还概述了面临的挑战和未来展望。旨在为高性能材料加工的未来研究和工业应用提供指导。
论文链接：
Machines 2025, 13(9), 844;
长三角G60激光联盟陈长军转载
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来源：江苏激光联盟
