鈦合金具有比重小、熱強度高、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性好等特性，廣泛用于航空艰吏、航天、原子能和化學工業(yè)中拱宗。但該材料切削加工困難涣累，一直以來解決鈦合金加工效率低、表面質(zhì)量差的技術(shù)難題在不斷地探索中菜盒，隨著先進制造技術(shù)愈來愈廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)蹦争，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±夷螅　　鈦合金具有比重小瑞捂、熱強度高、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性好等特性层锄，廣泛用于航空酷麦、航天、原子能和化學工業(yè)中喉恋。但該材料切削加工困難沃饶，一直以來解決鈦合金加工效率低、表面質(zhì)量差的技術(shù)難題在不斷地探索中轻黑，隨著先進制造技術(shù)愈來愈廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)糊肤，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。

　　1鈦合金的難切削加工性

　　1)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)點氓鄙。②硬度或高溫硬度高馆揉。③加工硬化大。④導熱性差抖拦，切削溫度高升酣。⑤材料強度大，特別是高溫強度大态罪。⑥易與刀具粘接噩茄。⑦化學活性大脚牍。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巢墅。

　　2)鈦合金切削加工性

　　a.鈦合金相對切削加工性

　　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。通常取T=60min隆文，則vT寫作v60美卒，若將硬質(zhì)合金車刀切削碳鋼時的v60作為基準，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韧践，鈦合金相對切削加工性見表1轿战。表1鈦合金相對切削加工性影響切削加工性的因素硬度高溫強度硬質(zhì)點加工硬化性與刀具粘性化學親和力導熱性切削加工性相對程度 2 1 1 2 1 4 4 注各項因素惡化切削加工性的相對程度按次序為1，2随象，3载蜓，4。

　　b.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親和力極大及導熱性極差：①化學親和力大鈦合金在300℃以上高溫下極易與刀具材料“親和”聪蔬，切削時刀具材料中的一些元素不是溶于鈦中肄绢，便是與鈦起化學作用。②導熱性差无价，鈦合金導熱性差详毡，熱擴散率很小，切削溫度很高琳柱。鈦合金的導熱系數(shù)平均為工業(yè)純鈦的一半耻陕，導熱系數(shù)為45鋼的1/5～1/7，因而在相同切削條件下刨沦，鈦合金的切削溫度比45鋼高1倍以上诗宣。③鈦合金切削力雖然不大，約為碳鋼的75%想诅，但切屑與刀具前刀面的接觸長度卻比碳鋼小的多召庞，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倍侧蘸。④鈦合金加工硬化現(xiàn)象并不很嚴重裁眯，約和低碳鋼情況相同。

　　實驗證明讳癌，鈦合金強度愈大穿稳，其切削加工性愈差；合金中的強化元素Al晌坤、Sn逢艘、Zr、Fe骤菠、Mo它改、Cr等含量愈多物轮，則合金強度愈高，其切削加工性愈差引苇；鈦中雜質(zhì)氧怖征、氮、碳牌鹊、氫等產(chǎn)生間隙固溶视以，使合金強化的能力更強，因而對切削加工性的影響也更大己倾。

　　2鈦合金的超高速切削加工

　　由于鈦合金化學親和力大购哺，導熱性差且強度高，使切削溫度大幅提高蔫迅、刀具磨損加劇人狞，用傳統(tǒng)的加工方法難以加工。長期以來具藐，改善鈦合金切削加工性的途徑一直在探索中欢礼，合理選擇刀具材料及刀具幾何參數(shù)、合理制定切削用量庞溜、采用適當?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黔攒。迄今已經(jīng)有了一些方法，常用的有采用專門熱處理强缘、加熱切削督惰、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旅掂、成本高且加工質(zhì)量難保證等弊端赏胚。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)量的先進制造工藝技術(shù)——超高速切削加工。

　　1)超速切削特點及適用范圍

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

　　a.工件溫升小減小工件熱變形

　　超高速切削中觉阅，產(chǎn)生的熱量雖多，但由于切屑從工件上切離的速度快秘车，90%以上的切削熱被切屑帶走典勇，傳給工件的熱量很小，工件積累熱量極少叮趴，因而切削時割笙，工件溫度的上升不會超過3℃。

　　b.切削力低

　　由于切削速度高丰躺，使剪切變形區(qū)變窄勉惋、剪切角增大、變形系數(shù)減小和切屑流出速度快肄琉，從而可使切削變形減小丧爸、切削力降低比常規(guī)切削力低30%～90%窟礼，刀具耐用度提高70%，特別適合于加工薄壁類剛性差的工件带超。

　　c.材料切除率高加工表面質(zhì)量高

　　超高速切削時其進給速度可隨切削速度的提高相應(yīng)提高5～10倍绰尖，這樣，單位時間內(nèi)材料的切除率可提高3～5倍昨宋。另外庆葱，隨著切削速度的提高，切屑可以被很快切離工件喧丛，故殘留在表面上的應(yīng)力很小，由于切削點溫度的升高辰车，工件表面鱗刺的高度會顯著降低缔直，甚至完全消失。

　　2)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)的作用下博其，改善其加工性能套才，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范圍慕淡。

　　超高速切削鈦合金的關(guān)鍵技術(shù)除了切削速度外背伴，還有刀具主軸單元及進給單元制造技術(shù)、機床支承及輔助單元制造技術(shù)峰髓、加工測試技術(shù)等諸多因素傻寂。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闡述携兵，以尋求刀具與鈦合金的最佳匹配疾掰。

　　a.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，切削溫度很高徐紧，因此超高速切削對刀具材料提出了更高的要求主要要求静檬。刀具材料應(yīng)具備高的耐熱性、抗熱沖擊性并级、良好的高溫力學性能及高的可靠性拂檩。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)合金迈窗、陶瓷刀具夭蒜、聚晶金剛石PCD和立方氮化硼等。

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

　　聚晶金剛石刀具天然金剛石刀具因性質(zhì)較脆沟赏，容易沿晶體的理體面破裂浆酝，導致大塊崩刃，很多場合下已被聚晶金剛石(PCD)代替提钟。PCD是以石墨為原料加入催化劑和爽，經(jīng)高溫高壓燒結(jié)而成，具有很好的導熱性和耐磨性及高的硬度锻转。

　　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)在一起的多晶材料儡簿，PCBN刀具既具有CBN的優(yōu)點，也較CBN易制造稽羔，所以PCBN得到了很快發(fā)展侍瑟。PCBN具有很高的熱穩(wěn)定性，可承受1200℃以上的切削溫度丙猬，且具有很高的硬度和很高的耐磨性涨颜。

　　b.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)具有抗變強度高茧球、硬度高庭瑰、韌性好、熱硬性好抢埋、耐磨性好及散熱性好等性能弹灭。

　　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揪垄，所以決不能用合鈦的刀具材料穷吮。

　　c.超高速切削鈦合金與刀具材料的匹配

　　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饥努，見表2酒来。

　　表2超高速切削常用的刀具材料與鈦合金的匹配

　　刀具材料 PCD涂層 硬質(zhì)合金 PCBN TiC(N)基硬質(zhì)合金 陶瓷刀具

　　匹配性能 優(yōu) 優(yōu) 良 不合適 不合適

　　PCD刀具的性能很適宜于加工鈦合金：①很好的導熱性，由于導熱系數(shù)及熱擴散率高肪凛，切削熱容易散出详鲜，故切削溫度低，金剛石的導熱系數(shù)為硬質(zhì)合金的1.5～9倍邦霸。②較低的熱膨脹系數(shù)丹蛀，金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍，約為高速鋼的1/10幕封。③極高的硬度和耐磨性春陆，金剛石刀具在加工高硬度材料時，耐用度為硬質(zhì)合金刀具的10～100倍铁磕，甚至高達幾百倍怠写。

　　3結(jié)論

　　采用超高速切削難加工材料鈦合金，解決了常規(guī)切削鈦合金的難題，既保證了加工質(zhì)量又大幅度提高了生產(chǎn)率竟恩，具有良好發(fā)展前景恶恨。超高速切削技術(shù)用于難加工材料的加工正在逐漸成熟，如何進一步完善超高速切削鈦合金的加工技術(shù)伸坑，是有待進一步研究的課題痴猖。

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