引言

钛合金资料是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，因其拥有强度高、耐蚀性好、耐热性高档 利益而被宽泛用于各个领域。。钛合金不仅是航天航空工业中不成短缺的重要结构资料，其在民用领域也得到 了宽泛的利用。。在船舶行业中，钛合金重要用于耐压客体、螺旋桨、浆轴、各类管接头、冷却器、冷凝器、 发起机部件、起落装置及发射装置等。。在医疗行业，钛合金被以为是很好的医用金属资料，常被用作植入人 体的金属植入物等[1]。。很多国度都意识到钛合金资料的重要性，并相继对其进行钻研开发，得到了很好的 现实利用。。固然钛合金拥有强度高、密度小、机械机能好、韧性和抗蚀机能很好等利益，但因其加工成本高 ，使得其在行业中的发展受到制约。。造成加工成本高的成分有两个方面:一方面钛合金切削时摩擦力大、温 度高、刀具磨损严重，需选取高机能刀具，因而大幅提高了其制作用度；另一方面切削钛合金的速度比切削 钢的速度低50％以上。。而典型钛合金的切除率仅为通常钢件的25％左右，故加工钛合金零件所破费的功夫大 约是钢件加工的4倍，极大地降低了出产效能，提高了出产成本[2－6]。。但钛合金难于切削加工不仅仅在于 其硬度，关键在于其自身化学、物理、力学机能综合作用对切削加工机能的影响。。

通常情况下，高精度的销轴加工步骤重要是先车削留0.1mm左右余量，再进行磨削。。由于钛合金自身的 个性，在磨削过程中，零件理论不只容易产生硬化，并且陪伴着温度的升高，零件理论还会出现裂纹，从而 影响理论质量。。为相识决这一问题，选取以车代磨的加工步骤，通过粗车、半精车、精车直接车至图纸尺寸 要求，且使用YG系列刀具资料。。此步骤固然能使加工质量相对满足零件要求所需，但也存在着诸多不及， 如:刀具使用寿命较短；刀具抗冲击力较差；加工效能较低等。。

笔者以TC4钛合金轴?20棒料为例，使用高钴高速钢(W2Mo9Cr4VCo8)刃磨刀具，经过屡次试验， 通过合理选择刀具参数、切削参数、切削液等一系列具体措施，解决了钛合金在车削中过程中的技术性难题 ，相比YG系列刀具资料而言，该刀具拥有肯定的优势，不仅保障了零件加工质量，还提高了出产效能，降 低了出产成本。。

1、资料分析

钛是一种新型罕见金属，其机能与杂质含量有关，重要杂质蕴含碳、氮、氢、氧等。。最纯的钛就是碘化 钛，其杂质含量不超过0.1％，当前工业所用纯钛，其纯度为99.5％，机能如表1所列。。纯钛的特点为重量轻 ，强度、硬度高，拥有金属光泽。。

TC4钛合金是一种银白色的双相合金，其成分如表2所列。。它综合机能和组织不变机能较好，并拥有优良 的韧性、塑性和抗高温变形能力。。通过热处置可进一步提升其综合机能，热处置后其强度可提高50％~100％ ，能在500℃左右持续维持优良的机械机能，也能在-196℃~-253℃低温下仍有较好的延长性和韧性。。

2、刀具资料及几何角度的选择及试验

2.1刀具资料的选择

钛合金散热性差，车削容易产生部门高温，高温对车刀刀尖拥有软化效应，从而加剧刀尖磨损，使主切 削力瞬时增长，产生抗力，进而导致刀尖崩碎。。因而，在刀具选择上要优先思考导热机能较好的资料，导热 性好的资料散热快，可预防车削过程中因部门温度迅速升高而造成刀具剧烈磨损，从而降低刀具切削机能并 缩短刀具使用寿命。。试验批注，在抗冲击方面，高速钢优于硬质合金，但高速钢红硬性、耐磨性不如硬质合 金。。钛合金在高温时化学活性大，易与空气中的氧和氮产生化学反映，产生硬脆化合物，使得部门硬度迅速 提高至ＨＲＣ60以上，加快刀具磨损。。因而选取高速钢车刀车削钛合金时必须在低温低速下进行。。钛与硬质 合金ＹＴ、ＹＷ中的元素易亲和，亲和景象会加快刀具磨损，使过渡理论迅速硬化，并最终导致崩刃，无法 持续切削。。金刚石、陶瓷、立方氮化硼的刀具固然也能够对钛合金进行加工，但其工艺机能相比高速钢较差 ，且加工成本较高。。综上试验分析，最终尝试选择了高速钢，该资猜中无钛元素，并拥有综合机能较好且成 本较低的特点。。

2.2刀具资料及几何角度的选择

由于钛合金对刀具资料的化学亲和性强，在切削温度高和单元面积上切削力大的前提下，刀具很容易产 生粘结磨损[6-8]。。因而在刀具刃磨实现后，可选取油石打磨，以便提高刀具理论光洁度，有效降低粘结现 象的产生；或选取高硬度砂轮刃磨刀具(如金刚石)，也可直接提高刀具刃磨质量。。刀具几何角度选择的正确 与否，直接影响零件加工质量和刀具的使用寿命。。通过屡次车削试验和数据分析，确定了最优刀具参数，经 过光学对刀仪(见图1)测得刀具参数如表3所列，其参数变动不得超过±1°。。以表3参数为凭据，随着刀具角 度逐步减小，主切削力会逐步增大，这容易引起工件变形；而当刀具角度逐步增大时，刀具强度会随角度增 大而减小，此时车削时容易产生震荡，且刀尖磨损速度也会加快。。

3、切削用量及切削液的选择及试验

3.1切削用量的选择

车削钛合金就是对钛合金进行粗精车，在去除大量加工余量的同时，还需保障其加工精度。。切削参数的 合理选择影响着零件的加工精度及出产效能，并直接决定着出产成本的凹凸。。因而，在粗精车时，首先思考 的是若何提高刀具使用寿命。。影响刀具使用寿命的成分，除刀具资料、工件资料、刀具参数外，最重要的因 素就是切削用量。。车削试验如图2所示。。

尝试批注，刀具的磨损重要取决于切削温度，而影响切削温度的重要成分是切削速度和背吃刀量，进给 量次之。。切削参数如表4所列。。尝试批注，一号刀具的车削机能优于二号刀具，因而在粗车时，建议使用一 号刀具参数。。其低速车削时，在大量浇注冷却液的情况下，通过增大背吃刀量或进给量，不仅提高了出产效 率，还不会影响刀具使用寿命。。文章以a_p＝4.5ｍｍ、V_c＝19.02r/min、ｆ＝0.18mm/r进行了整体零件的 粗加工，了局发现一号刀具无任何磨损景象产生，显著优于二号刀具。。但二号刀具在车削速度较高时，尤其 是背吃刀量较大时优势显著。。

一样的情况下，二号刀具的理论加工质量显著优于一号刀具。。综合了局分析得出，一号刀具适合TC4钛 合金的粗加工，二号刀具合用于精车，其切削参数a_ｐ＝0.5mm、V_c＝50.24m/min、ｆ＝0.1mm/r。。

3.2切削液的选择

尝试批注，相比干式和冷风切削，油雾冷却前提下的切屑毛边高度和间距显著减小，毛边频率提高。。

这批注，随着冷却光滑前提的改善，刀具与工件挤压水平逐步降低，切屑的侧向塑性流动减小，毛边现 象趋于减弱[9]。。选取干式切削时，若切削温度在200~500℃之间，固然资料化学机能相对比力不变，但对作 为高速钢资料的刀具会产生肯定的磨损。。因而，该切削模式选取该刀具资料切削时，温度节制在200℃以下 ，可作为精加工的一个选择。。但当切削温度超过500℃时，刀具资料很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆 的外皮，加快刀具磨损，甚至使刀具失落切削能力；若选取水基切削液进行车削，可有效降低切削温度，但 此方式加工的理论质量较差，铁销容易粘附在机床导轨上，对机床精度造成粉碎；选取风冷作为切削冷却虽 然可有效节制切削温度的升高，但其不足光滑，因而在车削过程中，容易产生毛边，导致铁销流速变慢，直 接影响零件理论质量。。综上所述，这次试验选择了油冷却，油冷却可解决以上存在的共性问题，提高了理论 质量，有效提高刀具使用寿命。。值妥贴心的是切削速度、进给速度不能过高，不然也会产生因零件理论温度 过高而形成的理论烧伤景象。。

4、存在的问题和解决措施

4.1重要存在问题

车削钛合金重要存在以下问题:①钛合金化学机能较活跃，容易在车削过程中产生理论硬化；②车削钛合金时，刀具容易磨损；③车削过程中容易产生塑性变形，从而影响加工精度；④加工效能相比钢件而言较低。。

4.2解决措施

经过屡次车削试验批注，车削钛合金时，刀具磨损重要集中在后刀面，但有时在前刀面也容易形成磨损 。。产生这种景象的原因有两种:一是切削参数铺排不合理；二是刀具参数选择不合理。。由于钛合金资料自身 具备的个性，因而在不影响工艺系统刚性的情况下，尽可能选择较小的主偏角、副偏角、后角、前角、刃倾 角。。

综合试验了局总结的重点如下。。(1)减小刀具参数，有利于提高加工效能，提高刀具使用寿命，合用粗 加工。。(2)削减刀具在车削过程中与零件理论的接触，有利于降低切削温度，提高散热能力。。(3)随着刀具参 数的增大，车刀刀刃、刀尖变得越发敏感，使得主切削力减小，工件变形降低，同时提高了理论加工质量， 合用精加工。。(4)刃磨刀具时，适当增大断削槽，能够扭转铁销流速及状态，有助于提高理论加工质量。。(5) 相比ＹＧ系列刀具资料而言，高速钢在车削TC4钛合金时。。更具优势。。(6)选取油冷却时，不只能有效降低车 削温度，并且提高了铁销流速，有助于提高理论加工质量并削减工件变形。。

5、结语

文章以TC4钛合金轴φ20棒料为例发展钻研，使用高钴高速钢(W2Mo9Cr4VCo8)刃磨刀具，通过 刀具参数、切削参数、切削液的合理选择对TC4钛合金进行了屡次车削尝试，并选取数据分析等步骤得到了 TC4钛合金资料零件选取高速钢为资料刀具车削的有关凭据，为钛合金的钻研利用提供了肯定参考。。

参考文件:

[1]张喜燕，赵永庆，白晨曦.钛合金及利用[Ｍ].北京:化学工业出版社，2005.

[2]陈五一，袁跃峰.钛合金切削加工技术钻研进展[Ｊ].航空制作技术，2010(15):26－30.

[3]韩荣第，于启勋.难加工资料切削加工[Ｍ].北京:机械工业出版社，1996.

[4]张桂木，杨玉海，赵树国，等.钛合金薄壁件车削加工的钻研[Ｊ].机械设计与制作，2006(1):140 －141.

[5]ＴａｍｉｎＭＮ，ＳｕｄｉｎＩ，ＭｏｎＴＴ.Ｔｈｅｒｍａｌ-ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｅｓｐ ｏｎｓｅｓｏｆＴｉ-6ＡＩ-4Ｖｄｕｒｉｎｇｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ]. ＤｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄＤｅｆｅｃｔＤａｔａＡ，2008(2７3):6７3-6７8.

[6]ＭｏｌｉｎａｒｉＡ，ＭｕｓｑｕａｒＣ，ＳｕｔｔｅｒＧ.Ａｄｉａｂａｔｉｃｓｈｅａｒｂａ ｎｄｉｎｇｉｎｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍａｃｈｉｎｉｎｇｏｆＴｉ－6Ａｌ－4Ｖ[Ｊ].Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ ｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｓｔｉｃｉ￣ｔｙ，2002(18):443－459.

[７]杜国臣.硬质合金刀具车削Ti6Al4V钛合金试验钻研[Ｊ].组合机床与自动化加工技术， 2013(5):36－38.

[8]苏文瑛，刘玲玲，夏升旺.钛合金芯轴车削加工工艺的改进[Ｊ].组合机床与自动化加工技术， 2018(1):135－136.

[9]易湘斌，芮执元，贺瑗，等.分歧冷却光滑前提下ＴＢ6钛合金高速铣削切屑状态钻研[Ｊ].制作 技术与机床，2019(７):85－88.

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