1、 序言
钛合金因其特殊属性成为在航空航天领域应用普遍的零件质料， ，，， ，但硬度高、切削性能差， ，，， ，故属于难加工质料， ，，， ，加工中易爆发零件外貌硬化， ，，， ，给机械加工带来了很大挑战。。。。。。
通常用于加工钛合金的刀具质料对硬度和耐磨性要求较高， ，，， ，且需要具备极好的耐热性。。。。。。在高温下仍能坚持较高强度、韧性、一定的抗攻击性和抗破损性， ，，， ，知足以上要求的刀具有：陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石（PCD）刀具等。。。。。。其中涂层硬质合金刀具价钱低， ，，， ，且具有较好的导热性和较高的硬度， ，，， ，虽然其耐热性和化学稳固性较陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和类金刚石刀具差一些， ，，， ，但较强的抗攻击性和抗破损性使其成为加工钛合金的首选刀具。。。。。。选用刀具的几何角度时， ，，， ，要求具有较小前角、刃倾角负倒棱、主偏角和负偏角同时拥有较大后角。。。。。。
2、 钛合金质料切削参数优化与应用
图1所示零件质料为TC11钛合金， ，，， ，悬臂与讨论为一体结构， ，，， ，零件部位划分如图2所示， ，，， ，加工历程实体如图3所示。。。。。。
加工难点如下所述：
毛坯为重型自由锻件， ，，， ，外貌有较硬的硬化层， ，，， ，形状不规则， ，，， ，加工完成后质料去除率凌驾80%， ，，， ，加工余量大、难度高。。。。。。
中心槽腔较深， ，，， ，约400mm， ，，， ，且槽腔尺寸精度高， ，，， ，加工中切削参数不对理， ，，， ，无法包管尺寸精度。。。。。。
悬臂部分悬伸>600mm， ，，， ，加工中切削参数不对理， ，，， ，易爆发振动， ，，， ，影响零件外貌质量。。。。。。
由于是首次加工TC11钛合金质料， ，，， ，加工此类质料的刀具种类和数目有限， ，，， ，同时思量新进刀具会增添加工本钱， ，，， ，导致加工历程中不易设置精加工切削参数， ，，， ，粗加工初始阶段的刀具寿命与加工效率较低。。。。。。
TC11钛合金属于难加工质料， ，，， ，通过对钛合金质料加工性能的研究， ，，， ，团结零件的结构特征以及较大的去除率， ，，， ，从刀具选用、加工战略选择及加工参数探索3个方面举行切削优化[4]。。。。。。
3、刀具选用
团结钛合金机械加工特征， ，，， ，优先使用涂层硬质合金可转化立铣刀加工钛合金质料， ，，， ，去除大部分机械加工余量。。。。。。由于零件外貌有较硬的硬化层， ，，， ，严重影响刀具寿命， ，，， ，因此选择合适的涂层刀具尤为主要， ，，， ，对刀具本钱的影响也最大[5]。。。。。。
在刀具性能的提升战略中， ，，， ，涂层手艺无疑占有着至关主要的职位， ，，， ，刀具涂层犹如为刀具披上了一层结实而细密的“铠甲”， ，，， ，显著增强了在切削历程中的耐磨、耐热和抗侵蚀能力。。。。。。
现在， ，，， ，先进的涂层工艺层出不穷， ，，， ，常见的涂层质料包括类金刚石（DLC）涂层、氮化钛（TiN）涂层和碳化钛（TiC）涂层等。。。。。。DLC涂层具有极低的摩擦系数和精彩的耐磨性， ，，， ，能够有用镌汰刀具与工件之间的摩擦， ，，， ，降低切削力， ，，， ，镌汰热量爆发， ，，， ，从而延伸刀具的使用寿命。。。。。。TiN涂层以其优异的硬度和化学稳固性， ，，， ，为刀具提供了可靠防护， ，，， ，使其在高速切削中依然能坚持优异的性能[6]。。。。。。TiC涂层虽然硬度略低于DLC涂层， ，，， ，但高温稳固性优于TiN涂层， ，，， ，对高温稳固性要求高以及需要阻止切削液污染（如医疗零件加工）的干式切削场景来说， ，，， ，该涂层的应用至关主要。。。。。。
涂层的制备要领也多种多样， ，，， ，如物理气相沉积（PVD）手艺和化学气相沉积（CVD）法。。。。。。PVD手艺能够在低温下实现涂层的沉积， ，，， ，有用阻止刀具基体高温变形的同时可以准确控制涂层的厚度和因素 ；；； ；；； ；CVD规则适用于制备较厚的涂层， ，，， ，具有较高的沉积率和优异的团结强度。。。。。。
通过相识差别涂层手艺， ，，， ，团结刀具整天职析， ，，， ，最终接纳物理气相沉积（PVD）手艺制备的氮化钛铝（TiAlN）涂层刀具举行零件的粗、精加工。。。。。。
现有能用于钛合金加工的四边形刀片， ，，， ，经实验发明寿命均较短。。。。。。通过查阅大宗的相关刀具资料， ，，， ，联系相关刀具企业， ，，， ，在粗加工历程中选定了较为适合钛合金加工的圆形刀片（外径12mm）举行实验， ，，， ，粗加工实体如图4所示， ，，， ，圆形刀片相较之前所选刀片， ，，， ，同样的背吃刀量， ，，， ，切削刃与工件的接触面积更大， ，，， ，相对散热性更好， ，，， ，且此形状刀片每旋转120°使用1次， ，，， ，1个刀片可旋转3次， ，，， ，即可使用3次， ，，， ，刀具寿命相对提高。。。。。。
精加工实体如图5所示， ，，， ，图中着色区域代表工序加工内容。。。。。。精加工历程中， ，，， ，选用高铣类合金钻头， ，，， ，此类钻头与钛合金亲和力小， ，，， ，导热性能优异， ，，， ，强度较高。。。。。。较孔时分两部分举行， ，，， ，粗铰选用通俗铰刀（留余量0.1mm）， ，，， ，精铰选用合金铰刀。。。。。。铣形状选用Φ12mm整体硬质合金立铣刀分层加工， ，，， ，该铣刀相比通俗立铣刀， ，，， ，具备导热性好、硬度高、不易变形且切削性能稳固等优点， ，，， ，适合加工钛合金质料。。。。。。
4、加工战略选择
无论是粗加工照旧精加工， ，，， ，在加工悬臂部分（见图4a和图5b红色区域）时， ，，， ，由于刀具悬伸长， ，，， ，刚性下降， ，，， ，故刀具与零件之间极易爆发振动， ，，， ，严重时甚至会导致刀具崩刃或损坏， ，，， ，影响零件外貌质量， ，，， ，若合理选择加工刀路， ，，， ，就可以阻止振动。。。。。。粗加工阶段接纳大直径刀具分层加工， ，，， ，凭证一定深度分多个条理、逐层举行铣削， ，，， ，能够有用降低单次铣削的切削力， ，，， ，镌汰刀具负载， ，，， ，从而延伸刀具寿命。。。。。。对精加工而言， ，，， ，由于悬臂保存多个倾斜平面（见图5b、图5c深蓝色区域）， ，，， ，故需接纳五轴定平面加工， ，，， ，刀具轴笔直于加工平面， ，，， ，使切削力漫衍越发匀称， ，，， ，刀具与工件间的接触越发平滑， ，，， ，镌汰切削热爆发和阻止刀具局部太过磨损的同时， ，，， ，降低刀具的热疲劳损伤。。。。。。五轴加工还能使用更短的刀具， ，，， ，增添刀具的刚性， ，，， ，进一步镌汰刀具的振动和变形， ，，， ，有助于延伸刀具的使用寿命。。。。。。
中心部位意会关闭槽腔（见图4c）， ，，， ，容易泛起刀具因挤屑而损坏的情形， ，，， ，需接纳卧式加工要领， ，，， ，切屑在重力作用下能更顺畅地倾轧， ，，， ，镌汰切屑群集对加工的影响， ，，， ，使排屑更为高效， ，，， ，同时也降低了刀具与切屑之间的摩擦和热量， ，，， ，有助于延伸刀具寿命。。。。。。由于槽的深度抵达350mm， ，，， ，因此需先选择悬伸短、再选择悬伸长的刀具举行加工， ，，， ，同时要避免悬伸长的刀具爆发振动。。。。。。粗加工主要思量加工刀路对外貌质量的影响， ，，， ，同样接纳分层铣削的方法提高加工外貌质量。。。。。。由于切削力镌汰， ，，， ，加工历程中的振动和变形也响应镌汰， ，，， ，因此加工外貌会越发平滑。。。。。。
5、加工参数设置
5.1 粗加工切削参数
试切初期由刀具条件供初始切削参数， ，，， ，刀具寿命不是很理想， ，，， ，手艺职员和操作职员通过相关数据剖析和搜索， ，，， ，获得加工零件用的合理切削参数， ，，， ，装备选用VMC1700立式加工中心（见图6）。。。。。。
选用山特维克可乐满刀具， ，，， ，划分为Φ50mm可转位立铣刀片， ，，， ，型号：490R-08T308M-MM/S30T ；；； ；；； ；Φ52mm可转位立铣刀片， ，，， ，型号：R300-1240E-PMS30T ；；； ；；； ；Φ80mm可转位立铣刀片， ，，， ，型号：R300-1240E-PMS30T。。。。。。
粗加工历程中， ，，， ，由于零件大部分为毛坯外貌， ，，， ，导致刀具磨损进一步增强， ，，， ，现场测试时刀具切削参数见表1。。。。。。初始加工时， ，，， ，刀具加工出来的切屑为卷状， ，，， ，外貌平滑， ，，， ，仅2h后， ，，， ，切屑变为长条状， ，，， ，外貌褶皱似挤压状， ，，， ，加工磨损泛起在一瞬间， ，，， ，前一分钟还正常加工， ，，， ，后一分钟刀具已经不可再使用， ，，， ，需要替换刀片。。。。。。为节约本钱， ，，， ，提高效率， ，，， ，将转速、进给速率和背吃刀量举行测试调理， ，，， ，生产效率获得了一定提高， ，，， ，加工寿命由原来的最长2h（同时思量不可预料的刀具磨损）， ，，， ，变为较稳固的3h， ，，， ，加工后换刀的准时消耗比生产不至于障碍。。。。。。继续调解参数， ，，， ，最终测试出较完善的参数， ，，， ，优化后的刀具切削参数见表2， ，，， ，替换刀片的时间可以延伸至6~7h， ，，， ，大大降低了刀具本钱。。。。。。
表1 现场测试时刀具切削参数
| 刀具直径/mm | 刀片类型 | 加工位置 | 转速(r/min) | 进给速率(mm/min) | 背吃刀量/mm |
| 80 | 圆弧 | 圆弧 | 180 | 105 | 2 |
| 52 | 圆弧 | 圆弧 | 200 | 120 | 2 |
| 50 | 方角 | 方角 | 300 | 150 | 2 |
表2 优化后的刀具切削参数
| 刀具直径/mm | 刀片类型 | 加工位置 | 转速(r/min) | 进给速率(mm/min) | 背吃刀量/mm |
| 80 | 圆弧 | 圆弧 | 110 | 110 | 2 |
| 52 | 圆弧 | 圆弧 | 150 | 150 | 2 |
| 50 | 方角 | 方角 | 150 | 150 | 2 |
5.2 精加工切削参数
相比粗加工阶段， ，，， ，精加工阶段由于加工余量镌汰， ，，， ，相同直径的刀具， ，，， ，其转速、进给速率和背吃刀量均有所提高， ，，， ，但不可与粗加工一样维持恒定命值， ，，， ，保存一定转变幅度， ，，， ，在加工时需一直调解。。。。。。精加工阶段还需思量钻孔、铰孔时刀具的选用， ，，， ，由于切削参数不对理， ，，， ，因此相比铰刀更容易爆发硬化征象， ，，， ，导致加工孔径变形， ，，， ，造成零件报废。。。。。。精加工的槽腔宽度尺寸精度高， ，，， ，还需思量切削参数尺寸精度的影响。。。。。。
DMU100P五轴加工中心如图7所示。。。。。。以φ50mm可转位立铣刀为例， ，，， ，选用瓦尔特刀具， ，，， ，型号WALTER 116166， ，，， ，刀片类型：ADMT120430R-F56 WSM35， ，，， ，加工形状、型腔等。。。。。。φ50mm飞刀部分切削参数见表3， ，，， ，精加工部分刀具切削参数见表4。。。。。。
在加工历程中， ，，， ，战胜加工履历少以及现有刀具的缺乏， ，，， ，通过对粗、精加工刀具参数（转速、进给速率和背吃刀量）的一直实验和优化， ，，， ，确定出合理的切削参数。。。。。。
表3 φ50mm飞刀部分切削参数
| 刀柄型号 | 加工位置 | 转速/(r/min) | 进给速率/(mm/min) | 背吃刀量/mm | 切削宽度/mm | 刀片寿命/min |
| HSKA100 |
| 150~250 | 130~170 | 1~3 | 25~35 | 450~500 |
| SK40 | 图5红色区域 | 150~250 | 130~170 | 1~3 | 25~35 | 400~450 |
| HSKA63 |
| 150~250 | 130~170 | 1~3 | 25~35 | 400~450 |
表4 精加工部分刀具切削参数
| 刀具 | 加工位置 | 转速/(r/min) | 进给速率/(mm/min) | 背吃刀量/mm |
| φ25mm飞刀 | 图5b~图5c深蓝色区域 | 300~500 | 100~200 | 1~3 |
| φ12mm立铣刀 | 图5b~图5c黄色区域 | 200~500 | 80~150 | 3~7 |
| φ12mm倒角刀 | 图5所有孔口倒角 | 500~800 | 80~150 | 1~3 |
| φ48mm镗刀 | 图5b绿色区域 | 100~250 | 10~40 | 1 |
| φ52mm飞刀 | 图5b~图5c深蓝色区域 | 200~300 | 150~300 | 1~3 |
| φ25mm合金立铣刀 | 图5b绿色区域 | 200~500 | 100~200 | 2 |
| φ20mm合金立铣刀 | 图5a红色区域 | 200~500 | 100~200 | 10 |
| φ10mm立铣刀 | 图5a绿色区域 | 200~500 | 30~70 | 5 |
| φ80mm飞刀 | 图5a红色区域 | 100~300 | 100~300 | 1~3 |
| φ50mm飞刀 | 图5a红色区域 | 105~300 | 100~300 | 1~3 |
| φ19.8mm钻头 | 图5a紫色区域 | 200~500 | 10~50 | — |
| φ20mm铰刀 | 图5a绿色区域 | 50~100 | 10~30 | 0.2 |
| φ3.3mm钻头 | 图5a绿色区域 | 500~800 | 10~50 | — |
| φ5mm合金钻头 | 图5b浅蓝色区域 | 200~500 | 10~50 | — |
| φ7.2mm合金钻头 | 图5b浅蓝色区域 | 200~500 | 10~50 | — |
| φ8mm合金钻头 | 图5b绿色区域 | 200~500 | 10~50 | — |
| φ10mm合金钻头 | 图5b绿色区域 | 200~500 | 10~50 | — |
| φ6.8mm钻头 | 图5b绿色区域 | 200~500 | 10~50 | — |
| φ27mm U形钻头 | 图5b绿色区域 | 100~300 | 10~30 | — |
6、竣事语
通过先容钛合金质料机械加工性能， ，，， ，团结要害零件在机械加工历程中的难点问题， ，，， ，一直实验和优化切削参数， ，，， ，有用提高了数控加工效率， ，，， ，提高了刀具寿命并镌汰了刀具本钱。。。。。。为公司以后加工此类钛合金质料零件积累了名贵的机械加工履历， ，，， ，也使公司先进制造手艺水平有所提高。。。。。。
参考文献：
[1] 陈日曜. 金属切削原理[M]. 2版. 北京：机械工业出书社, 2013.
[2] 刘鸿文. 质料力学[M]. 6版. 北京：高等教育出书社, 2017.
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[5] 陈宏钧. 适用机械加工工艺手册[M]. 3版. 北京：机械工业出书社, 2009.
[6] 尹成滢. 机械加工工艺手册[M]. 北京：化学工业出书社, 2023.
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