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钛合金的铣削加工技术钛及钛合金因密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁、焊接性能好等优异综合性能，在航空航天等领域得到越来越广泛应用。
但是，钛合金的一些物理力学性能给切削加工带来了许多困难。
切削时钛合金变形系数小、刀尖应力大、切削温度高、化学活性高、粘结磨损及扩散磨损较突出、弹性恢复大、化学亲合性高等特点，因此在切削加工过程中容易产生粘刀、剥落、咬合等现象，刀具温度迅速升高，导致刀具磨损，甚至完全破坏。
正因为钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点，从20世纪50年代开始，钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。
钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一，可以减轻飞机的重量，提高结构效率。
在飞机用材中钛的比例，客机波音777为7%，运输机C-74为10.3%，战斗机F-4为8%。
但是由于钛合金价格高，耐磨性差等原因，限制了其使用领域。
近几十年以来，国内外针对航天航空应用所研究的钛合金等均取得了很大进步，许多合金也得到广泛应用。
本文针对航天航空产品中钛合金铣削加工技术进行论述，供同行们参考。
1. 钛合金简介钛是同素异构体，熔点为1 720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。
利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。
室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：（1）α钛合金它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。
在500～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。
（2）β钛合金它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1 372～1 666MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
（3）α +β钛合金它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。
钛合金TC4铣削试验研究【摘要】：本文通过对TC4钛合金锻件进行单因素铣削实验，得出其切屑形态随着铣削深度a的增大将由紧密螺旋状逐渐变为松散状的结论。
通过铣削率模型，找到了在特定铣削速度和进给速度下，铣削钛合金的最佳深度范围，对于钛合金铣削加工具有生产指导意义。
【关键词】：钛合金；切屑形态；铣削深度；铣削体积；铣削时间；铣削率引言钛合金具有质量轻、强度高、高温性能好、耐腐蚀等许多优点.在航空航天、船舶和化工等工业部门得到广泛的应用[1]。
但由于钛合金导热系数低、摩擦因数大、弹性模量小、化学活性大、切屑与前刀面的接触面积小，使得钛合金切削加工性较差[2]。
目前TC4应用比较广泛，是以α相为主的双相合金，β相一般少于30%，其综合性能好，组织稳定，有良好的韧性、塑性和高温变形性能。
但是，在高速条件的切削力、切削温度以及刀具磨损机理等方面还有很多现象解释不清，对工件的表面质量的影响方面等问题，针对这些问题国内外学者做过很多研究。
Narutaki对钛合金TC4的切削力和切削温度进行研究得到：切削钛合金时刀具磨损并非切削力所致，而切削温度是致使钛合金难以继续切削的主要原因。
F. Klocke，N等人在分析和实验的基础上，对涂层硬质合金刀具铣削TC4的效率进行了评价，用有限元的方法对切削时的应力-应变曲线进行分析。
1试验材料及过程1.1.试验材料试验材料为TC4钛合金锻件，尺寸为290mm×192 mm×65mm，其化学成分见表1。
表1 TC4钛合金的化学成分%合金牌号成分抗拉强度σb/MPa伸长率δ/% 冲击韧性ak/104J·m-2 硬度HB 弹性模量E/106MPa 导热系/W·（m·K）-1TC4 TC4 903 10 39.24 320-360 0.111 5.441.2.试验条件与过程为研究铣削时钛合金的切屑形态与铣削深度的关系，并确定在特定铣削速度和进给速度条件下的最佳铣削深度范围，应用单因素试验方法，设计了采用25HSS的莫氏锥柄立铣刀在X5032立式升降台铣床上对试件连续铣出台阶面的实验。
TC4钛合金高速铣削表面粗糙度研究摘要：TC4 钛合金被广泛地用于航空航天等众多领域，为了提高钛合金零件的表面加工质量和加工效率，对 TC4 钛合金高速铣削表面粗糙度进行研究具有十分重要的意义。
关键词：TC4 钛合金；正交试验；切削参数；表面粗糙度；1 引言TC4 钛合金具有优良的耐腐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等优点，在航空航天等许多行业都得到广泛的应用。
从现在的行业和产品上来看，所有钛合金产品中有大约60％的产品原料为 Ti-6Al-4V，α+β 钛合金是工业上应用最多的一类钛合金。
在实际应用中，对钛合金产品的表面粗糙度要求很高，因为表面粗糙度与零件接触刚性、耐磨性以及产品的疲劳强度和振动等许多方面都存在着密切的联系，这些方面会严重影响到机械产品的使用寿命，表面粗糙度已经成为衡量表面质量的一项重要指标。
因此，研究钛合金零件的表面质量，降低表面粗糙度有着十分重要的意义。
目前，对不同型号钛合金的研究十分普遍，主要研究方法有支持向量机法、响应曲面法和正交试验法等。
在已有的采用正交试验法的钛合金表面粗糙度研究中多选择三个试验因素，而在切削加工中能够对产品表面质量产生影响的因素有很多，其中切削参数、不同零件的结构特点、刀具类型和材料、加工中随机因素等方面，特别是切削参数对产品粗糙度的会产生巨大的影响。
2 正交试验方案设计2.1 确定试验因素和水平正交试验法是一种科学地安排与分析多因素试验的方法，主要作用是能够用较少的试验次数找出不同因素及水平间的最优搭配。
进行正交试验的第一步工作就是明确试验目的，在此基础上确定试验指标，根据经验和手册选择影响因素，将同一因素设置出不同的因素水平，再将因素和水平进行合理的搭配形成正交表。
在铣削加工中最主要的切削参数有每齿进给量 fz、加工中刀具的切削深度 ap、机床的主轴转速 n 和切削宽度 ae，所以选取以上 4 个切削参数作为试验因素，根据钛合金 TC4 高速加工的生产经验和加工手册选取 4 个水平，建立正交试验表 L16（45）。
钛合金大直径孔螺旋铣削工艺优化研究随着航空航天业的发展，对制孔精度和表面质量的要求越来越高，钛合金的应用也越来越广泛，目前钛合金不仅是航空航天业必不可少的金属材料，还在医疗器械和工具、冶金、造船业等行业有着广泛的应用。
但钛合金强度高，硬度大，热导率低，切削热不易散出，造成刀具磨损严重，严重影响刀具使用寿命，加工表面质量较差且效率低下。
螺旋铣孔时的刀具运动由刀具的自转、公转、轴向进给三方面构成，刀具中心呈螺旋线轨迹，是一个以铣带钻的过程，有利于切屑排出和散热(见图1)。
该技术可大幅减少轴向力，改善制孔质量，提高制孔效率，还可通过调节偏心量方便地实现“一刀多径”，得到航空制造业的青睐。
局部放大Please upgrade to full version of Magic Zoom图1 螺旋铣孔原理图(鼠标悬浮窗口放大，单击查看放大全图)飞机装配中直径1/2″以下的孔数量最多，因此螺旋铣孔技术的研究多集中于此。
但在关键承力部位还有一定数量的大直径孔，加工十分困难。
目前，大直径孔加工通常采用钻、扩、铰等多个工序，工艺复杂，需数十把刀具，加工成本昂贵，加工效率极低，一直是飞机装配中难点之一。
以12mm 直径螺旋铣刀为例，采用正交试验和极值分析等方法进行钛合金19.05mm(3/4″)大直径的螺旋铣孔工艺研究，分析了不同参数对加工质量的影响，优化了最佳加工参数。
研究有利于推动螺旋铣孔在大直径孔加工中的应用，同时对提高飞机装配效率、降低加工成本也具有重要意义。
1 试验设备与试验设计 1.1 试验设备与材料试验所用刀具为无涂层硬质合金螺旋铣孔刀具，直径12mm ，加工孔径19.05mm ，螺旋角35°，前角8°，后角15°，刀具刃数4，采用干切削方式。
试验工件材料为钛合金板，厚度5mm ，大小为120×250mm，钛合金的物理性能和力学性能见表1。
加工中心为DMC75Vlinear 五轴数控机床，采用三向Kistler 9257A 测力仪检测切削力，检测到的信号经Kistler 5007A 电荷放大器传输、数据采集卡进行采集，由Dynoware 测力仪软件进行实时显示；采用Wenzel LH65三坐标测量仪进行孔径检测，每个孔进行四点采样获取孔径数据；粗糙度测量采用三丰粗糙度检测仪，并用超景深显微镜观察刀具磨损情况。
钛合金的切削加工工艺研究摘要：钛合金具有密度小、强度高、耐高温等优良特性，在航空航天以及其他方面得到广泛的应用，但由于其加工难度大、切削效率低、刀具寿命短而影响了它的应用。
本文通过对钛合金材料的特性及切削性能的分析，通过生产中的实例，对其车削和铣削工艺方法进行了工艺研究，同时对不同批次的材料加工的零件，出现色差的问题进行了分析。
关键词：钛合金实例色差分析1、引言钛合金是一种典型的难加工材料，其加工特性主要表现在以下几个方面：（1）钛合金强度高，硬度大，所以要求加工设备功率大，刀具应有较高的强度和硬度。
（2）切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。
（3）钛合金摩擦因素大，导热系数低。
刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发。
这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加快，并影响加工质量。
（4）由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形。
（5）钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，进一步加剧了刀具的磨损。
（6）钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面黏结，加上很高的切削温度，所以刀具容易产生扩散磨损和黏结磨损。
2、生产中管类零件切削加工工艺分析2.1 管类零件的加工工艺图1是某管类零件的结构图，该零件的材料选用的是TA2 M的钛合金钢管。
材料规格是φ63×3.5×130，每根坯料可做一件。
在加工过程中，根据该零件的要求，用车削和铣削的方法即可完成。
其加工的工艺规程如图2所示。
零件最后成型属于薄壁零件，在进行加工时，为了保证零件的几何尺寸满足使用要求，加工时不变形。
所以，车削和铣削时都要用芯棒装夹。
而铣削时是第二次装夹，为了减小铣削后的接刀痕，在进行芯棒装夹时，其间隙应尽量的小。
铣削完成后，用锉刀和砂皮将接刀痕打掉。
2.2 刀具材料的选择加工钛合金的刀具材料应具备如下性能：高温状态下的化学稳定性；足够的强度和韧性；良好的热传导性。
钛合金切削加工研究摘要：通过此次研制对材料的加工性能从理论知识和实际两个方面有了更深的了解，拓宽了解决实际问题的思路，对钛合金铸件有了一定的了解，掌握了一些加工技术，对车削、铣削、热处理、化学镀镍等工种有了进一步的认识，积累了一定的经验，对加工中出现的问题，提出了具体的有效的解决方法。
在此基础上确定了合理的工艺路线，不断探索，持续发展。
关键词：研制；性能；工艺路线；改进一绪论钛合金分为三类，即α钛合金、β钛合金和（α+β）钛合金。
α钛合金是α相固溶体组成的单相合金，主要加入了α稳定元素，如Al、Ca、Ce为稳定α相的置换性元素，O、C为稳定α相的间隙性元素。
α钛合金的耐热性高于纯钛，抗氧化能力强，组织稳定；在500～600°C温度下，强度及抗蠕变能力高，但不能进行热处理强化，其典型牌号有TA7、TA8等，较易进行切削加工。
β钛合金是β相固溶体组成的单相合金，主要加入了β稳定元素，如V、Mo、Nb、Ta等元素溶入β相中。
这类合金在加热到β相区淬火后，能保持β相同溶体组织。
未经热处理即具有较高的强度。
淬火、时效后使合金得到进一步强化。
但其热稳定较差，切削加工性差，其典型牌号有TB1、TB2。
（α+β）钛合金由α和β双相组成，既添加有α稳定元素，也添加有β稳定元素，如Cr、Co、Fe、Ni、Mn等β共析性元素，可稳定β相。
Sn、Zr两种元素在α和β相中都具有相当大的固溶性，是有效的强化剂。
这类合金组织稳定，高温变形性能好，韧性、塑性好，能进行淬火、时效使合金强化，热处理后的强度比退火状态提高50%～100%，高温强度也高，可在400～500°C温度下长期工作，热稳定性仅次于α钛合金，切削加工性能优于β钛合金，其典型牌号有TC1、TC4、TC9等。
二钛合金性能特点钛合金性能特点如下：1、钛合金密度小，强度高，其比强度大于超高强度钢2、钛合金热稳定性好，高温强度高。
在300～500°C温度下，其强度约比铝合金高10倍3、钛合金在潮湿大气和海水介质中工作，其抗腐蚀性远优于不锈钢，对点湿、酸湿、应力腐蚀的抵抗力很强。
钛合金铣削加工的技术要点 newmaker
与其他大多数金属材料加工相比，钛加工不仅要求更高，而且限制更多。
这是因为钛合金所具有的冶金特性和材料属性可能会对切削作用和材料本身产生严重影响。
但是，如果选择适当的刀具并正确加以使用，并且按照钛加工要求将机床和配置优化到最佳状态，那么就完全可以满足这些要求，并获得令人满意的高性能和完美结果。
传统钛金属加工过程中碰到的许多问题并非不可避免，只要克服钛属性对加工过程的影响，就能取得成功。
钛的各种属性使之成为具有强大吸引力的零件材料，但其中许多属性同时也影响着它的可加工性。
钛具备优良的强度-重量比，其密度通常仅为钢的60%。
钛的弹性系数比钢低，因此质地更坚硬，挠曲度更好。
钛的耐侵蚀性也优于不锈钢，而且导热性低。
这些属性意味着钛金属在加工过程中会产生较高和较集中的切削力。
它容易产生振动而导致切削时出现震颤；并且，它在切削时还容易与切削刀具材料发生反应，从而加剧月牙洼磨损。
此外，它的导热性差，由于热主要集中在切削区，因此加工钛金属的刀具必须具备高热硬度。
稳定性是成功的关键所在
某些机加工车间发现钛金属难以有效加工，但这种观点并不代表现代加工方法和刀具的发展趋势。
之所以困难，部分是因为钛金属加工是新兴工艺，缺少可借鉴的经验。
此外，困难通常与期望值及操作者的经验相关，特别是有些人已经习惯了铸铁或低合金钢等材料的加工方式，这些材料的加工要求一般很低。
相比之下，加工钛金属似乎更困难些，因为加工时不能采用同样的刀具和相同的速率，并且刀具的寿命也不同。
即便与某些不锈钢相比，钛金属加工的难度也仍然要高。
我们固然可以说，加工钛金属必须采取不同的切削速度和进给量以及一定的预防措施。
其实与大多数材料相比，钛金属也是一种完全可直接加工的材料。
只要钛工件稳定，装夹牢固，机床的选择正确，动力合适，工况良好，并且配备具有较短刀具悬伸的ISO 50主轴，则所有问题都会迎刃而解——只要切削刀具正确的话。
但在实际铣削加工中，钛金属加工所需的条件不容易全部满足，因为理想的稳定条件并不总是具备。
此外，许多钛零件的形状复杂，可能包含许多细密或深长的型腔、薄壁、斜面和薄托座。
要想成功加工这样的零件，就需要使用大悬伸、小直径刀具，这都会影响刀具稳定性。
在加工钛金属时，往往更容易出现潜在的稳定性问题。
必须考虑振动和热
非理想环境还包含其它因素，其中之一就是大多数机床目前装配的是IS0 40主轴，如果高强度地使用机床，就无法长时间保持新刀状态。
此外，如果零件结构较复杂的话，通常就不易有效夹紧。
当然挑战还不止于此，切削工序有时必须用于全槽铣、侧削或轮廓铣削，所有这
些都有可能(但并非必定)产生振动及形成较差的切削条件。
重要的是，在设定机床时，必须始终注意提高稳定性以避免振动趋势。
振动会造成刀刃崩碎、刀片损坏并产生不可预见和不一致的结果。
一种改进措施便是采用多级夹紧，使零件更靠近主轴以有助于抵消振动。
由于钛金属在高温下仍能保持其硬度和强度，因而切削刃会遭遇高作用力和应力，再加上切削区中产生的高热，就意味着很可能出现加工硬化，这会导致某些问题产生，特别是不利于后续切削工序。
因此，选择最佳的可转位刀片牌号和槽形是加工能否取得成功的关键。
过去的历史证明，细晶粒非涂层刀片牌号非常适用于钛金属加工；如今，具有PVD钛涂层的刀片牌号更可大大改进性能。
精度、条件和正确的切削参数
刀具轴向和径向上的跳动精度也很重要。
例如，如果未将刀片正确地安装到铣刀中，则铣刀周围的切削刃会迅速损坏。
在切削钛金属时，其它一些因素，例如刀具制造公差不良、磨损和刀具受损、刀柄有缺陷或质量差、机床主轴磨损等等，都会在很大程度上影响到刀具寿命。
观察结果表明，在所有加工表现不佳的案例中，80%都是由这些因素所造成。
尽管大多数人喜欢选用正前角槽形刀具，但事实上稍带负前角槽形的刀具能以更高的进给去除材料，并且每齿进给量可达0.5mm。
但是这同时也意味着必须保持最佳稳定状态，即机床应非常坚固，且装夹应极其稳定。
除进行插铣(最好使用圆刀片)之外，应尽量避免使用90主偏角，这样做通常有助于提高稳定性和获得总体性能，当在浅切深下使用时尤应如此，在进行深腔铣时，一种值得推荐的做法是通过刀具接柄而使用长度可变的刀具，而不是在整个工序中使用单一长度的长刀具。
调整切削参数以克服因降低每齿进给量而引起的振动是传统的解决方法，但这种方法并不恰当，因为它会对刀具寿命和切削性能产生灾难性影响。
可转位刀片需要一定量的切削刃倒圆，以增加切削刃强度和获得更好的涂层粘附力。
在铣削钛金属时，要求刀具至少以最小的进给量工作——通常为每齿0.1mm。
如果仍有振动趋势，则刀片损坏或刀具寿命缩短问题将不可避免。
可能的解决方法包括精确计算每齿进给量，并确保它至少为0.1mm。
另外也可降低主轴转速，以达到最初的进给率。
如果使用最小的每齿进给量，而
主轴转速却不正确，则对刀具寿命的影响可高达95%。
降低主轴转速通常可提高刀具寿命。
一旦确立了稳定工况，就可相应地提高主轴转速和进给量来获得最佳性能。
另一种做法是从铣刀中取出一些刀片或选择含刀片较少的铣刀。
(end)。
