航空发动机叶片质量的好坏决定了发动机的工作效率、寿命等使用性能。为满足叶片接近极限条件的使用要求,叶片材料通常选择钛合金、高温合金等高强度、耐热腐蚀、抗热疲劳的材料。固结磨料加工技术具有加工效率高、工艺可控性好等优点,广泛应用到脆性材料、塑性金属等的精密超精密加工中。本文提出球形固结磨料磨头研磨钛合金的加工方法,通过理论与实验相结合的方式,对关键工艺参数及研磨过程量进行分析,探究研磨过程中的材料去除机理。主要研究工作和成果如下:(1)建立固结磨料磨头研磨钛合金工件时的材料去除模型以及接触模型。通过数学建模分析不同工艺参数对研磨接触行为以及材料去除率的影响。采用有限元仿真的方法研究研磨过程中磨头半径、研磨压力及研磨夹角对研磨系统内各部件应力、应变的影响。(2)设计制造了球形固结磨料磨头及加工夹具,以平面TC4钛合金为研磨对象进行单点研磨实验。以材料去除率及加工后表面质量为指标对磨料的种类、粒径及研磨工艺进行优化,发现20-30μm碳化硅的研磨效果最佳,优化的工艺方案为磨头转速2000 rpm,研磨夹角30°,研磨时间为10 s;在此工艺参数下材料去除率为0.37 mg/s,工件表面粗糙度Ra值为700nm,在满足研磨加工阶段粗糙度要求的情况下,达到较高的材料去除率。(3)固结磨料磨头平面研磨工艺参数优化。通过正交实验研究了磨头的步距、径向速度、进给量、转速对材料去除率、工件表面粗糙度及平整度的影响。优化后的工艺方案为步距2 mm、径向速度600 mm/min、进给量0.15 mm、转速2000 rpm;在此工艺参数下,材料去除率为0.67mg/s,粗糙度值为148nm,平整度值为4.05μm。在获得较高材料去除率的同时兼顾了研磨后工件表面的粗糙度值及平整度值,达到较好的工件表面质量。(4)固结磨料磨头平面研磨路径优化。进行研磨次数重复实验,发现研磨后工件表面呈规律性的起伏,根据工件表面起伏的规律性优化研磨路径,路径优化后材料去除率达到1.19 mg/s,工件表面粗糙度Ra值达到201 nm,平整度值达到3.86μm。路径优化明显提升材料去除率,使研磨后工件表面平整性更好。