1、、、 序言

钛合金因其特殊属性成为在航空航天领域利用宽泛的零件资料，，但硬度高、、、切削机能差，，故属于难加工资料，，加工中易产生零件理论硬化，，给机械加工带来了很大挑战。

通常用于加工钛合金的刀具资料对硬度和耐磨性要求较高，，且必要具备极好的耐热性。在高温下仍能维持较高强度、、、韧性、、、肯定的抗冲击性和抗粉碎性，，满足以上要求的刀拥有：：：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值低，，且拥有较好的导热性和较高的硬度，，固然其耐热性和化学不变性较陶瓷刀具、、、立方氮化硼刀具和类金刚石刀具差一些，，但较强的抗冲击性和抗粉碎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，，要求拥有较小前角、、、刃倾角负倒棱、、、主偏角和负偏角同时占有较大后角。

2、、、 钛合金资料切削参数优化与利用

图1所示零件资料为TC11钛合金，，悬臂与接头为一体结构，，零件部位划分如图2所示，，加工过程实体如图3所示。

加工难点如下所述：：：

毛坯为重型自由锻件，，理论有较硬的硬化层，，状态不规定，，加工实现后资料去除率超过80%，，加工余量大、、、难度高。

中央槽腔较深，，约400mm，，且槽腔尺寸精度高，，加工中切削参数不合理，，无法保障尺寸精度。

悬臂部门悬伸>600mm，，加工中切削参数不合理，，易产生振动，，影响零件理论质量。

由因而初次加工TC11钛合金资料，，加工此类资料的刀具种类和数量有限，，同时思考新进刀具会增长加工成本，，导致加工过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能较低。

TC11钛合金属于难加工资料，，通过对钛合金资料加工机能的钻研，，结合零件的结构特点以及较大的去除率，，从刀具选用、、、加工战术选择及加工参数摸索3个方面进行切削优化[4]。

3、、、刀具选用

结合钛合金机械加工个性，，优先使用涂层硬质合金可转化立铣刀加工钛合金资料，，去除大部门机械加工余量。由于零件理论有较硬的硬化层，，严重影响刀具寿命，，因而选择相宜的涂层刀具尤为重要，，对刀具成本的影响也最大[5]。

在刀具机能的提升战术中，，涂层技术无疑占据着至关重要的职位，，刀具涂层犹如为刀具披上了一层牢固而精密的“铠甲”，，显著加强了在切削过程中的耐磨、、、耐热和抗侵蚀能力。

目前，，先进的涂层工艺层出不穷，，常见的涂层资料蕴含类金刚石（DLC）涂层、、、氮化钛（TiN）涂层和碳化钛（TiC）涂层等。DLC涂层拥有极低的摩擦系数和杰出的耐磨性，，可能有效削减刀具与工件之间的摩擦，，降低切削力，，削减热量产生，，从而耽搁刀具的使用寿命。TiN涂层以其优良的硬度和化学不变性，，为刀具提供了靠得住防护，，使其在高速切削中依然能维持优异的机能[6]。TiC涂层固然硬度略低于DLC涂层，，但高温不变性优于TiN涂层，，对高温不变性要求高以及必要预防切削液传染（如医疗零件加工）的干式切削场景来说，，该涂层的利用至关重要。

涂层的制备步骤也多种多样，，如物理气相沉积（PVD）技术和化学气相沉积（CVD）法。PVD技术可能在低温下实现涂层的沉积，，有效预防刀具基体高温变形的同时能够精确节制涂层的厚度和成分；；CVD法令合用于制备较厚的涂层，，拥有较高的沉积率和优良的结合强度。

通过相识分歧涂层技术，，结合刀具成本分析，，最终选取物理气相沉积（PVD）技术制备的氮化钛铝（TiAlN）涂层刀具进行零件的粗、、、精加工。

现有能用于钛合金加工的四边形刀片，，经尝试发现寿命均较短。通过查阅大量的有关刀具资料，，联系有关刀具企业，，在粗加工过程当选定了较为适合钛合金加工的圆形刀片（外径12mm）进行尝试，，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，，且此状态刀片每旋转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。精加工过程中，，选用高铣类合金钻头，，此类钻头与钛合金亲和力小，，导热机能优良，，强度较高。较孔时辰两部门进行，，粗铰选用通常铰刀（留余量0.1mm），，精铰选用合金铰刀。铣外形选用Φ12mm整体硬质合金立铣刀分层加工，，该铣刀相比通常立铣刀，，具备导热性好、、、硬度高、、、不易变形且切削机能不变等利益，，适合加工钛合金资料。

4、、、加工战术选择

无论是粗加工还是精加工，，在加工悬臂部门（见图4a和图5b红色区域）时，，由于刀具悬伸长，，刚性降落，，故刀具与零件之间极易产生振动，，严重时甚至会导致刀具崩刃或败坏，，影响零件理论质量，，若合理选择加工刀路，，就能够预防振动。粗加工阶段采取大直径刀具分层加工，，依照肯定深度分多个档次、、、逐层进行铣削，，可能有效降低单次铣削的切削力，，削减刀具负载，，从而耽搁刀具寿命。对精加工而言，，由于悬臂存在多个倾斜平面（见图5b、、、图5c深蓝色区域），，故需选取五轴定平面加工，，刀具轴垂直于加工平面，，使切削力散布越发均匀，，刀具与工件间的接触越发滑润，，削减切削热产生和预防刀具部门过度磨损的同时，，降低刀具的热委顿危险。五轴加工还能使用更短的刀具，，增长刀具的刚性，，进一步削减刀具的振动和变形，，有助于耽搁刀具的使用寿命。

中央部位贯通关闭槽腔（见图4c），，容易出现刀具因挤屑而败坏的情况，，需采取卧式加工步骤，，切屑在重力作用下能更顺畅地排出，，削减切屑堆积对加工的影响，，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，，有助于耽搁刀具寿命。由于槽的深度达到350mm，，因而需先选择悬伸短、、、再选择悬伸长的刀具进行加工，，同时要预防悬伸长的刀具产生振动。粗加工重要思考加工刀路对理论质量的影响，，同样选取分层铣削的方式提高加工理论质量。由于切削力削减，，加工过程中的振动和变形也相应削减，，因而加工理论会越发光滑。

5、、、加工参数设置

5.1 粗加工切削参数

试切初期由刀具前提供初始切削参数，，刀具寿命不是很梦想，，技术人员和操作人员通过有关数据分析和搜索，，得到加工零件用的合理切削参数，，设备选用VMC1700立式加工中心（见图6）。

选用山特维克可乐满刀具，，别离为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。

粗加工过程中，，由于零件大部门为毛坯理论，，导致刀具磨损进一步加强，，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，，理论光滑，，仅2h后，，切屑变为长条状，，理论褶皱似挤压状，，加工磨损呈此刻一瞬间，，前一分钟还正常加工，，后一分钟刀具已经不能再使用，，必要更换刀片。为节约成本，，提高效能，，将转速、、、进给速度和背吃刀量进行测试调节，，出产效能得到了肯定提高，，加工寿命由原来的最长2h（同时思考不成意料的刀具磨损），，变为较不变的3h，，加工后换刀的按时损耗比出产不至于滞碍。持续调整参数，，最终测试出较美满的参数，，优化后的刀具切削参数见表2，，更换刀片的功夫能够耽搁至6~7h，，大大降低了刀具成本。

表1 现场测试时刀具切削参数

表2 优化后的刀具切削参数

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削减，，一样直径的刀具，，其转速、、、进给速度和背吃刀量均有所提高，，但不能与粗加工一样维持恒定数值，，存在肯定变动幅度，，在加工时需不休调整。精加工阶段还需思考钻孔、、、铰孔时刀具的选用，，由于切削参数不合理，，因而相比铰刀更容易产生硬化景象，，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，，还需思考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，，加工外形、、、型腔等。φ50mm飞刀部门切削参数见表3，，精加工部门刀具切削参数见表4。

在加工过程中，，克服加工经验少以及现有刀具的不及，，通过对粗、、、精加工刀具参数（转速、、、进给速度和背吃刀量）的不休尝试和优化，，确定出合理的切削参数。

表3 φ50mm飞刀部门切削参数

表4 精加工部门刀具切削参数

6、、、实现语

通过介绍钛合金资料机械加工机能，，结合关键零件在机械加工过程中的难点问题，，不休尝试和优化切削参数，，有效提高了数控加工效能，，提高了刀具寿命并削减了刀具成本。为公司今后加工此类钛合金资料零件堆集了贵重的机械加工经验，，也使公司先进制作技术水平有所提高。

参考文件：：：

[1] 陈日曜. 金属切削道理[M]. 2版. 北京：：：机械工业出版社, 2013.

[2] 刘鸿文. 资料力学[M]. 6版. 北京：：：高档教育出版社, 2017.

[3] 黄旭, 朱知寿, 王红红. 先进航空钛合金资料与利用[M]. 北京：：：国防工业出版社, 2012.

[4] 赵永庆. 中国有色金属丛书：：：钛和钛合金相图谱[M]. 长沙：：：中南大学出版社, 2011.

[5] 陈宏钧. 实用机械加工工艺手册[M]. 3版. 北京：：：机械工业出版社, 2009.

[6] 尹成滢. 机械加工工艺手册[M]. 北京：：：化学工业出版社, 2023.

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