鈦合金具有比重小怕枣、熱強(qiáng)度高梧杠、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性好等特性，廣泛用于航空回东、航天喂搬、原子能和化學(xué)工業(yè)中。但該材料切削加工困難成吓，一直以來解決鈦合金加工效率低熙拐、表面質(zhì)量差的技術(shù)難題在不斷地探索中孙般，隨著先進(jìn)制造技術(shù)愈來愈廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)，超高速切削技術(shù)應(yīng)用于鈦合金的切削加工顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性搏翎。

　　1 鈦合金的難切削加工性

　　影響材料切削加工性的主要因素

　　一般引起難加工材料切削加工性差的原因主要有以下幾種可能因素：①材料中含有硬度很高的質(zhì)點(diǎn)谊蚣。②硬度或高溫硬度高。③加工硬化大沐恨。④導(dǎo)熱性差，切削溫度高婚被。⑤材料強(qiáng)度大狡忙，特別是高溫強(qiáng)度大。⑥易與刀具粘接址芯。⑦化學(xué)活性大灾茁。

　　被加工材料可能由于上述一種或幾種因素的影響，造成其切削加工性差谷炸。

　　材料切削加工性常采用一定刀具耐用度下切削某種材料所允許的切削速度來衡量北专。通常取T=60min，則vT寫作v60旬陡，若將硬質(zhì)合金車刀切削碳鋼時的v60作為基準(zhǔn)拓颓，切削其它材料時允許的切削速度為v60'則v60'同v60的比值稱為該材料相對切削加工性。

　　鈦合金切削加工性分析

　　造成鈦合金切削加工性差的主要原因是由于鈦合金的化學(xué)親和力極大及導(dǎo)熱性極差：①化學(xué)親和力大鈦合金在300℃以上高溫下極易與刀具材料“親和”描孟，切削時刀具材料中的一些元素不是溶于鈦中驶睦，便是與鈦起化學(xué)作用。②導(dǎo)熱性差匿醒，鈦合金導(dǎo)熱性差场航，熱擴(kuò)散率很小，切削溫度很高抢妈。鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)平均為工業(yè)純鈦的一半呼笨，導(dǎo)熱系數(shù)為45鋼的1/5～1/7，因而在相同切削條件下栖俐，鈦合金的切削溫度比45鋼高1倍以上肪吁。③鈦合金切削力雖然不大，約為碳鋼的75%肥寺，但切屑與刀具前刀面的接觸長度卻比碳鋼小的多届审，約為碳鋼的一半，從而切削鈦合金時刀尖所受的應(yīng)力約為切削碳鋼時的1.5倍癣偶。④鈦合金加工硬化現(xiàn)象并不很嚴(yán)重噪旭，約和低碳鋼情況相同。

　　實(shí)驗(yàn)證明恃楔，鈦合金強(qiáng)度愈大垢蔑，其切削加工性愈差培晓；合金中的強(qiáng)化元素Al、Sn菩擦、Zr廓握、Fe、Mo嘁酿、Cr等含量愈多隙券，則合金強(qiáng)度愈高，其切削加工性愈差闹司；鈦中雜質(zhì)氧娱仔、氮、碳游桩、氫等產(chǎn)生間隙固溶牲迫，使合金強(qiáng)化的能力更強(qiáng)，因而對切削加工性的影響也更大借卧。

　　2 鈦合金的超高速切削加工

　　由于鈦合金化學(xué)親和力大盹憎，導(dǎo)熱性差且強(qiáng)度高，使切削溫度大幅提高铐刘、刀具磨損加劇陪每，用傳統(tǒng)的加工方法難以加工。長期以來镰吵，改善鈦合金切削加工性的途徑一直在探索中奶稠，合理選擇刀具材料及刀具幾何參數(shù)、合理制定切削用量恃打、采用適當(dāng)?shù)?a target="_blank" class="mmstipl2" >切削液等均可在不同程度上提高難加工材料的切削加工性钟唯。迄今已經(jīng)有了一些方法，常用的有采用專門熱處理市缠、加熱切削焚痰、向切削區(qū)引入超聲波及振動等，但這些方法普遍存在著效率低羔辉、成本高且加工質(zhì)量難保證等弊端盯萄。這里介紹適宜于鈦合金加工的可大幅提高生產(chǎn)效率及加工質(zhì)量的先進(jìn)制造工藝技術(shù)——超高速切削加工。

　　超速切削特點(diǎn)及適用范圍

　　超高速切削加工在切削原理上是對傳統(tǒng)切削認(rèn)識的突破,在切削機(jī)理上與常規(guī)切削不一樣,超高速切削有其自身的特點(diǎn)及適用范圍睁衰。

 　　超高速切削中用牲，產(chǎn)生的熱量雖多，但由于切屑從工件上切離的速度快蝴趾，90%以上的切削熱被切屑帶走勋酿，傳給工件的熱量很小，工件積累熱量極少愿味，因而切削時博个，工件溫度的上升不會超過3℃怀樟。

　　切削力低

　　由于切削速度高，使剪切變形區(qū)變窄盆佣、剪切角增大往堡、變形系數(shù)減小和切屑流出速度快，從而可使切削變形減小共耍、切削力降低比常規(guī)切削力低30%～90%虑灰，刀具耐用度提高70%，特別適合于加工薄壁類剛性差的工件痹兜。

　　材料切除率高加工表面質(zhì)量高

　　超高速切削時其進(jìn)給速度可隨切削速度的提高相應(yīng)提高5～10倍穆咐，這樣，單位時間內(nèi)材料的切除率可提高3～5倍佃蚜。另外庸娱，隨著切削速度的提高着绊，切屑可以被很快切離工件谐算，故殘留在表面上的應(yīng)力很小，由于切削點(diǎn)溫度的升高归露，工件表面鱗刺的高度會顯著降低佳抗，甚至完全消失。

　　超高速切削鈦合金

　　超高速切削鈦合金是在高應(yīng)變率響應(yīng)的作用下种烫，改善其加工性能灵科，從而得到高的加工質(zhì)量。超高速切削鈦合金的速度一般控制在150～1000m/min范圍鼻御。

　　超高速切削鈦合金的關(guān)鍵技術(shù)除了切削速度外揭轰，還有刀具主軸單元及進(jìn)給單元制造技術(shù)、機(jī)床支承及輔助單元制造技術(shù)贰筹、加工測試技術(shù)等諸多因素少炎。本文主要就超高速切削鈦合金過程中對刀具耐用度、加工效率和加工質(zhì)量等影響極大的刀具材料重點(diǎn)闡述前挡，以尋求刀具與鈦合金的最佳匹配峡审。

　　超高速切削的刀具材料

　　由于超高速切削的速度比常規(guī)切削速度高幾倍甚至十幾倍，切削溫度很高屎谆，因此超高速切削對刀具材料提出了更高的要求主要要求拨聚。刀具材料應(yīng)具備高的耐熱性、抗熱沖擊性琐览、良好的高溫力學(xué)性能及高的可靠性丑瞧。目前國內(nèi)外用于超高速切削的刀具材料主要有：涂層硬質(zhì)合金、TiC(N)基硬質(zhì)合金蜀肘、陶瓷刀具嗦篱、聚晶金剛石PCD和立方氮化硼等冰单。

　　涂層硬質(zhì)合金刀具 涂層刀具是在韌性較好的刀體上，涂履一層或多層耐磨性好的難熔化合物灸促，使刀具既有高的韌性又有很高的硬度和耐磨性诫欠，涂層刀具的壽命比未涂層刀具要高2～5倍。

　　聚晶金剛石刀具 天然金剛石刀具因性質(zhì)較脆浴栽，容易沿晶體的理體面破裂荒叼，導(dǎo)致大塊崩刃，很多場合下已被聚晶金剛石(PCD)代替典鸡。PCD是以石墨為原料加入催化劑被廓，經(jīng)高溫高壓燒結(jié)而成，具有很好的導(dǎo)熱性和耐磨性及高的硬度萝玷。

　　聚晶立方氮化硼刀具 聚晶立方氮化硼(PCBN)是在高溫高壓下將微細(xì)的立方氮化硼(CBN)材料通過結(jié)合相燒結(jié)在一起的多晶材料嫁乘，PCBN刀具既具有CBN的優(yōu)點(diǎn)，也較CBN易制造立骄，所以PCBN得到了很快發(fā)展永努。PCBN具有很高的熱穩(wěn)定性，可承受1200℃以上的切削溫度辨埃，且具有很高的硬度和很高的耐磨性散苦。

　　鈦合金對刀具材料的要求

　　按照鈦合金材料自身的加工特性，要求刀具材料應(yīng)具有抗變強(qiáng)度高下风、硬度高奇嗽、韌性好、熱硬性好鹤肥、耐磨性好及散熱性好等性能永音。

　　除上述外，由于含鈦的刀具材料在高溫下很容易與鈦合金親合冠樱，所以決不能用合鈦的刀具材料炭箭。

　　根據(jù)鈦合金自身對刀具材料的要求及超高速切削對刀具材料提出的特殊要求；研究發(fā)現(xiàn)適宜于超高速切削的幾種常用的刀具材料與鈦合金的匹配性存在很大差異省喝。

　　PCD刀具的性能很適宜于加工鈦合金：①很好的導(dǎo)熱性胆誊，由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高，切削熱容易散出肛度，故切削溫度低傻唾，金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)為硬質(zhì)合金的1.5～9 倍。②較低的熱膨脹系數(shù)承耿，金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍冠骄，約為高速鋼的1/10。③極高的硬度和耐磨性加袋，金剛石刀具在加工高硬度材料時凛辣，耐用度為硬質(zhì)合金刀具的10～100倍抱既，甚至高達(dá)幾百倍。

　　3 結(jié)論

　　采用超高速切削難加工材料鈦合金扁誓，解決了常規(guī)切削鈦合金的難題防泵，既保證了加工質(zhì)量又大幅度提高了生產(chǎn)率，具有良好發(fā)展前景蝗敢。超高速切削技術(shù)用于難加工材料的加工正在逐漸成熟捷泞，如何進(jìn)一步完善超高速切削鈦合金的加工技術(shù)，是有待進(jìn)一步研究的課題寿谴。

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