1 材料的切削性能

1. 切屑與前刀面接觸面積小隅凡，刀尖應(yīng)力大茫失。與45鋼相比，鈦合金的切削力雖然只有其2/3～3/4绵捡，可是鈦合金切屑與前刀面的接觸面積卻更小真王，只有45鋼的1/2～2/3，所以刀具切削刃承受的應(yīng)力反而更大安揣，是45鋼的1.3～1.5倍街立，刀尖或切削刃容易磨損甚至損傷。
2. 熱傳導(dǎo)率低。鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)分別是鐵和鋁的1/4和1/16几晤，刀具與切屑的接觸長度短约炎，使得切削熱積聚于切削刃附近的小面積內(nèi)而不易散發(fā)，容易造成刀具磨損加快蟹瘾。
3. 化學(xué)活性高圾浅。鈦合金高溫時化學(xué)活性很高，能與空氣中的氫憾朴、氧和水蒸氣等成分起化學(xué)反應(yīng)狸捕，容易在鈦合金表面生成硬化層，其結(jié)果降低了工件塑性且使切屑與前刀面的接觸長度減少众雷，進(jìn)一步加速了刀具磨損灸拍。
4. 摩擦系數(shù)大。在相同條件下砾省，鈦合金材料與普通碳鋼相比其摩擦系數(shù)大鸡岗，切屑流經(jīng)前刀面時所作的摩擦功大，導(dǎo)致摩擦界面溫度更高编兄，刀具易于磨損咕烟。
5. 彈性模量小。鈦的彈性模量為1078MPa淀祟，約為鋼的1/2憎对。由于鈦合金彈性模量小、曲強比大酌铺，使得工件的已加工表面在切削過程中極易產(chǎn)生回彈散岩，容易造成刀具的后刀面磨損加劇和工件變形。

2 試驗條件及結(jié)果分析

1. 試驗條件
   1. 機床：瑞士MIKRON公司生產(chǎn)的UCP710五坐標(biāo)加工中心辕洗。
   2. 工件材料：鈦合金TC4萌圣。
   3. 刀具：M2AL高速鋼立銑刀，直徑12mm趋亡，3齒曾辙。
   4. 銑削方式：順銑，周銑傀铃。
   5. 銑削參數(shù)：ap=6mm，ae=1mm忠伊，fz=0.08mm/z茫经，v=30，40萎津，50卸伞，60m/min。
   6. 銑削介質(zhì)：空氣，氮氣荤傲。
   7. 刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：后刀面磨損值VB=0.2mm垮耳。
2. 結(jié)果分析

   圖1 干銑削條件下刀具后刀面的磨損曲線

   圖2 氮氣介質(zhì)下刀具后刀面的磨損曲線

   1. 鈦合金的干銑削
      首先在空氣中進(jìn)行鈦合金的干銑削試驗，從圖1可以看出遂黍，隨著切削速度的增加终佛，刀具的磨損速度也在加快。對于同一切削速度雾家，隨著銑削時間的增加铃彰，銑刀后刀面的磨損也在加大。不同切削速度下的銑刀后刀面的磨損曲線形狀也不相同芯咧，在切削速度50m/min和60m/min時牙捉，刀具磨損很快，磨損曲線陡直妆吱；而當(dāng)銑削速度分別為30m/min和40m/min時橘凿，刀具磨損較慢，磨損曲線較為平緩啃端，其中切削速度30m/min時的刀具壽命是60m/min的26.18 倍寡络。
   2. 在氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金
      在鈦合金的銑削過程中，對銑刀和銑削區(qū)噴射高壓氮氣书尚，以觀察銑刀的磨損性能衙乡。從圖2可以看出，在不同切削速度下刀具的磨損曲線形狀也存在著很大的差別沐刷。刀具在30m/min箱歪、40m/min、50m/min验柴、60m/min切削速度下的刀具壽命依次減少揽膏，其中切削速度30m/min下的刀具壽命是60m/min的25.48倍，因此姊宗，在氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金時歹朵，切削速度依然是影響刀具壽命的重要因素。
      

      (a)	(b)
      (c)	(d)
      圖3 氮氣介質(zhì)下銑削和干銑削鈦合金時刀具磨損情況的對比

   3. 干銑削和氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金時刀具后刀面磨損情況的比較
      從圖3a可以看出撼泛，切削速度為30m/min時挠说，干銑削的刀具壽命為92.71min，而氮氣介質(zhì)下銑削時的刀具壽命為258.85min愿题，氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金的刀具壽命大約是干銑削時的2.79倍损俭。
      圖3b表明，切削速度為40m/min時潘酗，干銑削的刀具壽命為51.41min杆兵，而在氮氣介質(zhì)下的刀具壽命為123.92min雁仲，氮氣介質(zhì)下的刀具壽命大約是干銑削的2.41倍。
      圖3c表明琐脏，切削速度為50m/min時攒砖，干銑削的刀具壽命為13.30min，而在氮氣介質(zhì)下銑削時的刀具壽命為33.33min日裙，氮氣介質(zhì)下的刀具壽命大約是干銑削的2.51倍吹艇。
      圖3d表明，切削速度為60m/min時阅签，干銑削時的刀具壽命為3.54min掐暮，而在氮氣介質(zhì)下銑削時的刀具壽命為10.16min，氮氣介質(zhì)下的刀具壽命大約是干銑削的2.87倍列序。
      總之碧爬，在氮氣介質(zhì)下利用M2AL高速鋼銑削鈦合金TC4時，刀具的磨損狀況比干銑削時得到顯著改善睹肝，刀具壽命提高一倍以上旺胳，因此，就刀具壽命而言画柜，鈦合金在氮氣介質(zhì)下進(jìn)行銑削比干銑削具有明顯的優(yōu)勢捞蹈。
      

      圖4 刀具壽命與切削速度的關(guān)系

   4. 刀具的壽命公式
      根據(jù)試驗中所測得的氮氣介質(zhì)下銑削和干銑削鈦合金時的不同切削速度對應(yīng)的刀具壽命值，繪制了切削速度與刀具壽命關(guān)系的雙對數(shù)曲線(圖4)围杉，且推導(dǎo)出了刀具壽命的泰勒公式钧鸳，即 氮氣介質(zhì)：vT^0.204=99.6 R=0.98；
      干銑削： vT^0.198=80.2 R=0.96式中：v為切削速度(m/min)乖粘；T為刀具壽命(min)搓睦；R為公式精度。
   5. 氮氣介質(zhì)下刀具磨損的表面形貌
      在氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金時砌熬，不同的切削速度傍念、不同的切削時間所造成的刀具磨損原因和磨損強度也不相同「鹈疲總的來說氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金時以機械磨損憋槐、粘結(jié)磨損、氧化磨損和擴散磨損所占比重較大淑趾。為觀察和研究刀具的磨損形態(tài)和特征阳仔，進(jìn)行了電鏡掃描(SEM)，得到了刀具表面磨損形貌的照片(圖5)扣泊。其中驳概，圖 5a為刀具后刀面的磨損形貌。鈦合金中的硬質(zhì)點擦傷了刀具表面旷赖，機械磨損的痕跡清晰可見顺又。圖5b為刀具后刀面與底刃相接處的表面磨損形貌。銑削鈦合合金時等孵，在高壓和高溫下刀具表面與工件發(fā)生了粘結(jié)磨損稚照，刀刃的局部區(qū)域留有鈦合金的粘附物以及粘附物被切屑帶走后形成的凹坑。圖5c為刀具后刀面接近刀尖處的磨損形貌俯萌。刀具發(fā)生了劇烈磨損果录，局部刃區(qū)的顏色也已發(fā)生變化。圖5d為刀具燒傷時的形貌轩苔。由于速度較高和長時間的使用咖雀，切削刃變得非常模糊，刀刃因燒傷而喪失了切削能力旅榨。圖5e為刀具表面剝落區(qū)的微觀形貌亮购。產(chǎn)生剝落的主要原因是因為銑削過程為斷續(xù)切削，刀刃在交變接觸應(yīng)力和交變熱應(yīng)力的作用下秃值，表層組織中的缺陷或潛在裂紋不斷擴大岔爹，最終使刀具表層發(fā)生剝落。圖5f為刀具表面的微觀裂紋哑逾。刀具在承受交變的機械載荷和熱負(fù)荷時旧伺，切削表面因反復(fù)熱脹冷縮，不可避免地會產(chǎn)生交變應(yīng)力吹复，從而使刀具表面出現(xiàn)疲勞裂紋君祸。

3 結(jié)論

1. 無論是干銑削還是氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金，切削速度都是影響刀具壽命的重要因素轧愧，隨著切削速度的增加刀具的壽命大幅度降低含滴。
2. 在氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金時，刀具的磨損狀況比干銑削時得到明顯改善顷窒，刀具壽命平均提高一倍以上蛙吏。
3. 分別得出了高速鋼刀具在氮氣介質(zhì)下銑削和干銑削鈦合金時的刀具壽命的泰勒公式。
4. 氮氣介質(zhì)下銑削鈦合金時的刀具磨損形式主要為：機械磨損鞋吉，粘結(jié)磨損鸦做、氧化磨損和擴散磨損，刀具在銑削過程中有劃傷谓着、粘刀泼诱、剝落和微觀裂紋等現(xiàn)象，在高速和長時間銑削時可能會出現(xiàn)燒刀現(xiàn)象赊锚。