新的里程碑

　　新型飛機越來越多地采用鈦金屬，因為這種材料結(jié)合了很高的剛性和極好的防腐蝕特性徐扯。但是在這種材料的推廣運用方面，較低的單位時間切削量仍是目前的一個瓶頸苫馏。在漢諾威的ifw上，通過對刀具幾何形狀進行針對性的設計高职，單位時間切削量可以提高300%以上辞州。

　　鈦金屬在下一代飛機（如波音787或空客a350xwb）的結(jié)構(gòu)重量中的比重將超過15%寥粹，大約是目前飛機上的比重的兩倍。這種發(fā)展的主要原因在于人們越來越多地對碳素纖維加強型塑料（cfk）的應用涝涤。例如，cfk在結(jié)合使用鋁合金時阔拳，會因電化學電位差而導致腐蝕。結(jié)合使用cfk和鈦金屬則會使得這種電位差降低到只剩下原來的1/5糊肠。鑒于鈦金屬的這種特性（如很強的剛性和較低的導熱性），它非常適合于航空制造業(yè)的應用熟央。

　　鈦金屬大型結(jié)構(gòu)件的應用目前還處于規(guī)劃之中唾囚，對于切削作業(yè)來說是一個挑戰(zhàn)。例如波音787dreamliner飛機上翼弦的切削率為大約95%君哮。除了較高的原材料費用之外遮英，鈦金屬的較低的切削量會導致較長的加工時間和較高的部件成本。如果說隨著科技的進步厅瘩，鋁的單位時間切削量可以在1996至2006年期間翻了兩倍多(從大約2000cm3/min提高到了7000cm3/min)的話，而鈦金屬的單位時間切削量則只有大約50cm3/min紊尺，仍然停留在一個比較低的水平上。由于這種金屬材料越來越多地被使用在飛機工業(yè)上达吞，因此需要大幅度地提高這種材料的單位時間切削量张弛。

　　對鈦金屬進行粗銑削作業(yè)時，經(jīng)常使用hss（高速鋼）材質(zhì)的銑刀酪劫。這種刀具由于具有很大的彈性，因此可以達到較大的進給量刻剥。但是這種材質(zhì)的耐熱性很低遮咖，因此只能適用于較低的切削速度造虏。硬金屬刀具雖然可以達到較高的切削速度，但時至今日所設計的刀具外形仍然只是適合加工鋁質(zhì)產(chǎn)品酗电。迄今為止尚未有適合于高速銑削鈦金屬的專門刀具∧焓酰總的來說背率，針對這種切削工藝，大多采用自由角度大的鋒利刀片邪盼。

　　在此背景下蛇筷，通過對刀具外形的最佳化設計梗擅，可以實現(xiàn)單位切削量的提高。對此意苞，ifw目前正在實施“通過刀具研發(fā)提高鈦金屬銑削單位時間切削量”的課題，該項目由工業(yè)研究基金會資助美域，并得到航空和刀具行業(yè)的眾多企業(yè)的支持。該項目的目標是要通過研發(fā)鈦金屬專用的宏觀和微觀銑刀外形茧纵，使得帶有全硬金屬刀具的刀柄銑刀的單位時間切削量至少提高100%。針對銑刀的宏觀幾何外形隶丁，在切削角度呕童、自由角度、螺旋角度和刀尖圓弧半徑以及刀片在銑刀圓周上的不均勻分布等方面灿椅，進行了研究钞支。針對銑刀的微觀幾何外形，則對刀刃鈍化和支撐倒角進行觀察。

　　在提高鈦金屬銑削的單位時間切削量上骨坑，一個制約性的因素便是很高的刀具磨損程度柬采。因此，這里首先要對幾何外形相關的切削角度和自由角度對刀具的使用壽命產(chǎn)生影響的系統(tǒng)研究作一個介紹粉捻。

　　小切削角度會導致大磨損

　　對切削角度和自由角度對刀具磨損的影響的研究，是在一個銑刀頭的未鍍層可轉(zhuǎn)位刀片上進行的杖荤。在傳統(tǒng)的切削參數(shù)(vc=45m/min，fz=0.03mm)上嚣僚，切削楔的幾何外形對刀具磨損的影響可以被忽略不計。所有的刀具都顯示出極小的自由面磨損哗搏。最大的磨損量為在一個切削量vw=470cm3之后的vb=30μm。切削角度g變量在vc=75m/min的較高速度下似靖，顯示出較大的切削角度可延長刀具的使用壽命刃撮。

　　在采用較小的切削角度時，由于機械載荷較大畸裳，因此在刀片邊緣容易產(chǎn)生噴濺怖糊。這種噴濺會造成刀具的早期失靈。如果切削角度較大伍伤，達到g=14°和g=20°時遣钳，則刀具的磨損就會變緩。g=20的刀具同樣會出現(xiàn)刀片邊緣噴濺劝评，這是因為楔角b=58°較小。

　　正向的切削角度一方面可以帶來較小的工作力蒋畜，刀片只會受到較小的載荷；另一方面卻會生成較小的楔角度姻成，造成不穩(wěn)定的機械切割淤点。此外，在切削速度較高時揉远，所產(chǎn)生的工藝熱量不能充分地從刀刃上被排走接寥，刀具從而會受到很大的熱載荷。采取g=14°切削角度的刀具可以達到最好的折衷程度碍逐，即切削力小亥戒，刀具邊緣穩(wěn)定，其磨損狀態(tài)達到最佳率偏。

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