鈦及鈦合金因密度小米者、比強度高数芝、耐腐蝕的席、耐高溫、無磁倘回、焊接性能好等優(yōu)異綜合性能了酌，在航空航天等領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用。但是音瓷，鈦合金的一些物理力學(xué)性能給切削加工帶來了許多困難对嚼。切削時鈦合金變形系數(shù)小、刀尖應(yīng)力大绳慎、切削溫度高纵竖、化學(xué)活性高、粘結(jié)磨損及擴(kuò)散磨損較突出偷线、彈性恢復(fù)大磨确、化學(xué)親合性高等特點沽甥，因此在切削加工過程中容易產(chǎn)生粘刀声邦、剝落 乏奥、咬合等現(xiàn)象，刀具溫度迅速升高亥曹，導(dǎo)致刀具磨損邓了，甚至完全破壞。

　　正因為鈦合金具有比強度高媳瞪、耐腐蝕性好骗炉、耐高溫等優(yōu)點，從20世紀(jì)50年代開始蛇受，鈦合金在航空航天領(lǐng)域中得到了迅速的發(fā)展榛覆。鈦合金是當(dāng)代飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料之一，可以減輕飛機(jī)的重量菱脯，提高結(jié)構(gòu)效率跃等。在飛機(jī)用材中鈦的比例，客機(jī)波音777為7%湘秀，運輸機(jī)C-74為10.3%喉投，戰(zhàn)斗機(jī)F-4為8%。但是由于鈦合金價格高军含，耐磨性差等原因种车，限制了其使用領(lǐng)域。

　　近幾十年以來孩砸，國內(nèi)外針對航天航空應(yīng)用所研究的鈦合金等均取得了很大進(jìn)步匿贝，許多合金也得到廣泛應(yīng)用。本文針對航天航空產(chǎn)品中鈦合金銑削加工技術(shù)進(jìn)行論述蓄揭，供同行們參考署弯。

　　1. 鈦合金簡介

　　鈦是同素異構(gòu)體，熔點為1  720℃儿捧，在低于882℃時呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)荚坞，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)菲盾，稱為β鈦颓影。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪乩良蛊湎嘧儨囟燃跋喾趾恐饾u改變而得到不同組織的鈦合金诡挂。室溫下，鈦合金有三種基體組織临谱，鈦合金也就分為以下三類：

　×住（1）α鈦合金  它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應(yīng)用溫度下，均是α相城豁，組織穩(wěn)定苟穆，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強唱星。在500～600℃的溫度下雳旅，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強化局硝，室溫強度不高忱痴。

　　（2）β鈦合金  它是β相固溶體組成的單相合金焙逝，未熱處理即具有較高的強度蚪应，淬火、 時效后合金得到進(jìn)一步強化年笋， 室溫強度可達(dá)1  372～1  666MPa免砖；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用黄骇。

　≈缴狻（3）α+β鈦合金  它是雙相合金，具有良好的綜合性能倒奋，組織穩(wěn)定性好醇电，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能翰鲸，能較好地進(jìn)行熱壓力加工复答，能進(jìn)行淬火、時效使合金強化碟渺。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高50%～100%鲜锚；高溫強度高，可在400～500℃的溫度下長期工作苫拍，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金芜繁。

　　三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好绒极，α+β鈦合金次之骏令，β鈦合金最差。α鈦合金代號為TA垄提，β鈦合金代號為TB榔袋，α+β鈦合金代號為TC。

　　2. 鈦合金銑削加工時切屑的形成

　　由于鈦合金工件材料有不同的種類铡俐，各種材料的切削加工性不同凰兑，切削條件不同妥粟，切削變形的程度也就不同，因而所產(chǎn)生的切屑形態(tài)也就多種多樣吏够。歸納起來索王，可分為以下四種類型：帶狀切屑、節(jié)狀切屑（鋸齒狀切屑）船白、粒狀切屑及崩碎切屑。鋸齒狀切屑可導(dǎo)致切削力高頻率地周期變化波動码署，而且會增加刀具磨損速率蒙敦，降低加工表面質(zhì)量，甚至?xí)档土慵募庸ぞ瘸疲虼饲行嫉男纬蓹C(jī)理研究是有助于加工中其他現(xiàn)象的研究和解釋的屏烂。

　　（1）切削速度對切屑形成的影響  有研究表明龟栗，對于低導(dǎo)熱性和高加工特性的鈦合金可以在1.5～4  800m/min很寬的切削速度范圍內(nèi)形成鋸齒狀切屑巾割，隨著速度的增加，鋸齒化程度加重焰醇，直至成分離的單元切屑昧甲。

　　在銑削加工中君哮，切削參數(shù)中切削速度對于切屑形態(tài)具有最重要的影響凰锡。切削速度對形成鋸齒狀切屑的作用，一方面是隨著切削速度的提高蝠咆，應(yīng)變速度加大康聂，導(dǎo)致脆性增加贰健，易于形成鋸齒狀切屑；另一方面恬汁，切削速度的提高伶椿，引起切屑溫度的增加，致使脆性減少氓侧。因此脊另，提高切削速度對于鋸齒狀切屑的形成是綜合作用的結(jié)果。對于鋸齒狀切屑的形成機(jī)理约巷，現(xiàn)有絕熱剪切理論（Adiabatic  shear theory）和周期性脆性斷裂理論（Periodic  bri t t le fracture）兩大理論體系尝蠕。

　　（2）剪切角對切屑變形的影響  剪切角φ和切削變形有十分密切的關(guān)系载庭。φ若減小看彼，切屑便變厚變短，變形系數(shù)便增大囚聚；相反φ若增大靖榕，切屑便變薄變長痴坦，變形系數(shù)就會減小。切削開始時翎襟，隨著切削速度的增加遏谭，摩擦系數(shù)β增加，剪切角φ減小寿针，切屑增加思樟；但是在高速切削范圍，隨著切削速度的提高径卜，摩擦系數(shù)β減小晦哺，剪切角φ增大，切削力降低芽茄。

　》钒ぁ（3）鈦合金切屑的變形系數(shù)  切屑變形系數(shù)是切削層長度與切屑長度的比值，反映切削過程的塑性變形程度章神。一般來說變形系數(shù)越大塑性變形越大尤桃，鈦合金的變形系數(shù)近似為1，甚至小于1爷耀，其原因就是鈦合金切削過程中變形不均勻甘桑，集中剪切變形生成節(jié)狀切屑，切屑成鋸齒狀造成的歹叮∩茸。　　

　　變形系數(shù)對于鈦合金切屑來說不能真實反映切削過程中塑性變形的情況，主要是由于鈦合金切削過程中變形不均勻盗胀，集中剪切變形生成鋸齒狀切屑造成的艘蹋。　　

　　3. 銑削中銑刀的磨損原因和機(jī)理

　　在鈦合金的機(jī)械加工過程中票灰，鈦合金的銑削比較困難女阀，主要問題是切削區(qū)域容易與鈦發(fā)生粘結(jié)，刀齒易崩刃屑迂，刀具壽命低浸策。在加工時，銑刀是進(jìn)行間斷加工惹盼，銑刀的每個刀齒在銑削一轉(zhuǎn)中只有一段作銑削工作庸汗，而其余的過程中切屑都粘附在刀齒上。另外诅鹰， 切削鈦合金時也隧，銑削工作區(qū)的溫度高達(dá)1 200℃以上，   切削力又大笋骡，而且切屑和刀具前面接觸面積較小絮商，高溫集中在一個很小的面積上邢窜，這樣就容易使刀具磨損。

　　切削鈦合金時铆韭，刀具磨損主要都是在高溫?zé)嵝?yīng)作用下而產(chǎn)生的磨損丘隙。銑床大多使用高速鋼刀具，由于其切削溫度比高速鋼和鈦合金的粘結(jié)溫度要低菜涯，因而采用高速鋼刀具進(jìn)行切削伶离，粘附磨損不是刀具的主要磨損原因，主要磨損原因是高溫?zé)嵝?yīng)作用下拣末，高速鋼刀具材料迅速軟化诺教，失去硬度和強度而引起，當(dāng)切削速度較低時杠滓，切削溫度不高就可以解決高速鋼軟化問題。而對硬質(zhì)合金來講冒萄，磨損主要是粘結(jié)溫度所引起的粘附磨損臊岸。

　　銑削加工是不連續(xù)的切削過程，斷續(xù)切削時除了沖擊負(fù)荷的作用影響刀具的壽命外尊流，還有粘附剝脫磨損帅戒，嚴(yán)重影響刀具的壽命。

　　以逆銑為例崖技，切削過程中產(chǎn)生的切屑粘在刀齒前面上逻住，在高的切削熱作用下，粘在刀齒上的切屑變軟迎献，其硬度也不大瞎访。但是當(dāng)銑刀齒切出工件表面后刀齒不工作，一經(jīng)冷卻吁恍，粘在刀齒上受熱軟化了的切屑也就冷卻下來扒秸，于是又恢復(fù)原來的強度。當(dāng)下一次（第二轉(zhuǎn)）這個刀齒在切入工件時冀瓦，這個強度很高的粘在刀齒上的切屑就被硬磁碰掉伴奥。在它被碰掉時，就會因與刀齒粘附得很緊而奪取刀具工作面上的金屬分子質(zhì)點（特別是硬質(zhì)合金刀具）秘舅，引起刀具工作表面的“剝脫磨損”颂睛，甚至引起“崩刀”，使刀具迅速破壞猩烘。如果沒有崩刀车咕，刀刃還有，但是刀具前角面由于被切屑粘掉一部分内会，造成粗糙不平靡庵，當(dāng)這帶有粗糙不平的表面第二次切入工件時尼削，就會使切屑在工作面上流動困難，產(chǎn)生“停滯”燕汗、“集屑”現(xiàn)象静瞄，長成刀瘤。無法進(jìn)行下一次切削枣惨。所以在斷續(xù)切削時容易產(chǎn)生“刀瘤”蓄惫，而在連續(xù)切削時則不容易出現(xiàn)刀瘤，在銑削鈦合金時為了減少刀具這種剝脫磨損及崩刀邮敛、集瘤等現(xiàn)象可以采用順銑的方法加以改善萨驶。 

　　當(dāng)采用順銑時，切削的深度由大變小艇肴，切屑由厚變薄腔呜，且總是薄的一邊最后離開刀齒，切屑容易折斷再悼，而且慣性力往往使切屑在冷卻之前就和刀齒脫離核畴，因而切屑由于粘附而奪取刀齒工作面的分子就少，刀具壽命自然就會提高了冲九，根據(jù)我們的加工經(jīng)驗谤草，順銑比逆銑刀具壽命要提高1倍多。另外可以采用不對稱的立銑方法加工鈦合金莺奸，刀具壽命可提高2～3倍丑孩。 

　　4. 鈦合金銑削加工刀具材料選用及切削用量的選取

　　切削加工鈦合 金 的 刀 具 材料，要求抗變強度高灭贷、 硬度高温学、韌性好、熱硬性好甚疟、耐磨性好枫浙，還要散熱好，決不能用含鈦的刀具材料三钦，因為含鈦的刀具材料在高溫下很容易與鈦合金親和尼缨，加劇刀具磨損。切削刀具要求刀面表面光潔做堂，刃口鋒利综货。對多刃刀具，應(yīng)控制切削刃的跳動量虽趋。

　　切削鈦合金時螃势，切削溫度高、刀具壽命低俱猪，切削用量中切削速度對切削溫度的影響最大距档，因此應(yīng)力求使所選擇的切削速度下產(chǎn)生的切削溫度接近最佳范圍氧液。高速鋼刀具切削鈦合金時的最佳切削溫度約為480～540℃，硬質(zhì)合金刀具約為650～750℃囱悴。切削鈦合金一般采用較低的切削速度沧仿、較大的切削深度和進(jìn)給量。

　「μ狻（1）切削速度vc  切削速度對刀具壽命影響最大馁筐，最好能使刀具在相對磨損最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌號的鈦合金坠非，由于強度差別較大敏沉，切削速度應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。切削深度對切削速度也有一定影響炎码，應(yīng)根據(jù)不同的切削深度來確定切削速度的大小盟迟。

　　（2）進(jìn)給量f   進(jìn)給量對刀具的耐用度影響較小潦闲，在保證加工表面粗糙度的條件下攒菠，可選較大的進(jìn)給量，一般取f=0.1～0.3mm/r矫钓。進(jìn)給量太小要尔，使刀具在硬化層內(nèi)切削舍杜，增加刀具磨損新娜，同時極薄的切屑在高的切削溫度下容易自燃，因此不允許f<0.05 mm/r既绩。

　∪⑼！（3）切削深度ap  切削深度對刀具壽命的影響最小，一般選用較大的切削深度殿腺，這樣不僅可以避免刀尖在硬化層內(nèi)切削肄慨，減小刀具磨損，還可增加刀刃工作長度瓮窑，有利于散熱寨铸，一般取ap=1～5mm。

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