钛合金材料的数控铣削加工技术研究

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 钛合金高速铳削加工切削参数及走刀路径优化时TC4鬲速聽耦加工的切刖力以矗表面用筋度诜行研究,其最终冃的都是为了在穂定切削条件卜.寞现髙速铳刖加工切刑擄数的优4匕耀小切削力，从而械小加丁喪略提高加T.表面质址「进而提高TC4tt合金薄壁摧架宰件的住产效率，本章基于高速铳削加工试躺■提出了1C4检合金鼎速铳削如L切削掺数的选择原则’采用粒了腊法对齊逵铁削加工TC4fc**的切削参数进荷了优化•对高速帙削抑工过程中知何选择走刀方式进行探讨.利用ANSYS软件预测鞠瓏框架的受力变形”4J TC4钛合金崙逮抚削加工切削参数的选择4JJ 切削逑度的选择理论上切削連度提高到一定程鷹会使切削溫席降低*但是实验证明，切削TC4钛合金时.过高的刖削速度会导致门卅过热r刀刃粘辭*同HL匾度持喷升高会导致钛告金工件衷画尺开裂或氧化”甚至会随切削层度的増加而一直槌贏到怫.邸删.阖此.对T<4 覆舍金进订高遼铳创加工时・切削連度不宜过高.很据高進切削H1工实验结果*用丈切削菖度不宜超过4Wm/m:n u4J2 径向切探的述择为避免刀尖在礎化展内切削*减小丿〕具带拟’可以遴用较大的切滦阿匚但由于钛合金宸含为好.较大的切课容畠在加工过程中产生粘JT烧刀、斯刀现彖.園此，对TC4钱合金进和高速立铳加工时.卷向切深不宜过大.根据高速切削加工实验结舉，ft 大径向切探不胃超过昇具直铉的1/J.4JJ进^swaff在ttftJJtllT的切削宴繁中迓给量对刀具的那」用厦夥响较小. 锻悄况下，利用立觇刀加工诙合金时，鮒托进绘联迎定在0丄心耐历殖序内n进绘董太大・导致切削駁大『影响刀具寿侖.每转进给童最好不要小r(W5inm仏进给量太小*则会使刀刃在锁化层内切削•［同捋减中刀具的便用寿命.尤其是在高遽切削时*懂就的钛含金炖屑容易在禹温洁况F燃烧熔化脂凝结在已加工表面.爭响加工质虽。

根据高速讷削恻匸妾验第果，每转进© KHd s T' 0,1mm/r»嚴大不宜翅过O.Smm/r.4」川其他鑒数的设置钛含金表哪谨就怎釣(Mmm,切別TC4越合金的桁加工余JR不能小干O.lmniP否则刀刃会在硬化层上进行切削，邀成刀具严取厮损。

TC4钛合金TC4钛合金●TC4 钛合金热处理：TC4钛合金mpa，TC4材料固溶强化处理后，强度增加不大，也就到1100MPa，退火状态下强度一般在900MPa●TC4 热膨胀系数：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。

●TC4钛合金力学性能：抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25●TC4钛合金密度:4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）●TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5[1][2][3][4]●TC4 热膨胀系数：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。

●TC4钛合金力学性能：抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25●TC4钛合金密度:4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）●TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5钛合金TC4高速铣削表面完整性的研究发表于: 2008-3-14 0:01:13来源:深圳宝玛作者:数控机床点击:载入中...次由于钛合金具有比强度高、热强度好、耐腐蚀、资源丰富等一系列优点，因此在航空、航天等工业部门中的应用越来越广泛，用于制作飞机和发动机中的主要构件。

TC4-DT钛合金切削加工参数研究
殷志碗;郝宇;陈伟伦;王东伟;苏楠
【期刊名称】《江苏建筑职业技术学院学报》
【年(卷),期】2024(24)1
【摘要】针对YG8和TiAlN涂层硬质合金两种刀具,通过单因素车削、低速铣削及正交高速铣削加工试验,探究刀具切削工艺参数对TC4-DT钛合金加工件表面粗糙度、表层硬度的影响规律。

实验结果表明:钛合金的表面粗糙度随着切削三要素发生变化,切削速度越高,粗糙度越低;进给量越大,粗糙度越大;但随切削深度波动变化。

使用TiAlN涂层硬质合金立铣刀进行加工得到的平均表面粗糙度小于YG8硬质合金立铣刀,且加工表面硬度变化更小,更适合用于TC4-DT的铣削加工。

【总页数】6页(P59-63)
【作者】殷志碗;郝宇;陈伟伦;王东伟;苏楠
【作者单位】扬州工业职业技术学院智能制造学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG50
【相关文献】
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4.切削加工钛合金的切削参数优化研究
5.钛合金材料切削加工参数优化和实验研究
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浅谈TC4钛合金的铣削加工作者：蔡红军谢敏婵赵勃来源：《数字化用户》2013年第20期【摘要】根据TC4钛合金的难切削加工性，从铣削加工时铣刀、铣削用量、铣削方式、切削液等的选取方面，介绍基本的铣削加工工艺和注意事项。

【关键词】TC4钛合金铣刀铣削用量氧化层一、引言Ti6Al4V（以下简称TC4）是目前用量最大的钛合金材料，其因具有密度小、强度高、比强度大、综合力学性能和工艺性能（热变形性、焊接性、耐蚀性）良好等一系列优点，而在航空航天、船舶、石化、医药卫生等领域得到广泛和成功应用。

随着相关工业的飞速发展，TC4钛合金的使用量与日俱增，其在机械加工行业的切削加工也日渐成熟。

钛合金铣削作为切削加工量中占比最大的加工方式，加之加工时易出现铣刀崩刃，耐用度底等问题，使得TC4的铣削加工受到普遍关注。

二、TC4钛合金的切削加工性TC4钛合金属于（α+β）型钛合金，是典型的难加工材料之一，其切削加工性仅为45钢的1/5～2/5，介于不锈钢和高温合金之间。

主要是因为：（一）TC4的导热率为铁的1/4、铝的1/16，比不锈钢和高温合金的导热率还要低，使得加工过程中产生的大量切削热大部分残留在刀具内，造成切削温度高，刀具迅速磨损。

（二）与45钢相比，TC4的切削力是其2/3～3/4，但切屑与前刀面的接触面积却只有其1/2～2/3，所以切削刃承受的应力是钢的1.3～1.5倍，刀尖或切削刃更容易磨损或损伤。

（三）相同条件下，TC4材料与刀具材料的摩擦系数大于碳钢，切屑沿前刀面流出的摩擦速度高，导致摩擦功大，摩擦界面温度高，刀具易磨损。

（四）高温时，钛合金能与空气中的氢、氧、氮起化学反应，形成硬化层，造成工件塑性降低，切屑与前刀面接触面积减小，加速刀具磨损。

（五）TC4的弹性模量约为钢的1/2，小弹性模量和大屈强比使切削加工时工件已加工面产生较大回弹和变形，刀具后角磨损，与零件摩擦加剧。

三、TC4钛合金的铣削加工（一）铣刀的选择铣削TC4钛合金用铣刀常选高性能高速钢和硬质合金两种材质。

I ndustry development行业发展钛合金切削加工研究现状及发展趋势杨 涛摘要：钛合金广泛应用于各个领域，提高其切削性能和降低加工成本，开发出性能更好的新型钛合金是目前钛合金加工的主要研究方向。

钛合金的三种基体组织分别为α合金、(α+β)合金和β合金，我国分别以TA、TC和TB表示，其中TC4钛合金最受青睐。

国内外学者对钛合金进行了大量研究工作，特别是对TC4钛合金进行了深入研究。

关键词：钛合金；切削加工；现状；发展趋势钛合金具有低密度、高韧性和强抗腐蚀性等优点，常被用于制造航空发动机关键零部件，如叶轮和叶片。

优异的物理特性提升了钛合金的服役性能，但同时也增加了加工难度，如刀具寿命短、加工表面质量不可控等问题，使得钛合金成为典型的难加工材料。

钛合金切削过程中产生锯齿形切屑，不仅导致切削力的周期性波动，而且影响加工零件的表面质量。

此外，由热塑性变形引起的表面残余应力对零件的疲劳寿命和服役性能也有显著影响。

因此，准确预测切屑形态和表面残余应力对刀具设计和工艺优化具有重要指导意义。

1 钛合金切削仿真技术研究现状通过建立高速切削三维有限元模型，对切屑的形成过程进行了仿真研究。

研究发现最大应力值出现在第Ⅰ变形区，最大切削温度出现在第Ⅱ变形区。

模型只考虑了模型底部的完全约束，并未考虑夹紧和夹具的定位对加工变形的影响。

另外，建立了变刚度三维仿真模型和热力耦合三维动态铣削模型，误差控制在0.0681mm和0.0255mm内，但为了减小计算量，两种模型均为简化模型。

还建立了高速铣削TC4钛合金的三维全热—力耦合有限元模型，对铣削温度进行了模拟分析结果表明，铣削热只影响被加工表面层的温度，刀具温度随铣削速度和径向切削深度的增加而升高且影响小于切削速度。

在基于TC4钛合金三维铣削有限元仿真模型的基础上，研究发现，切削参数对铣削力的影响程度为轴向切削深度＞刀具速度＞进给速度。

另外，通过建立斜切模型，对最小切削厚度进行了仿真计算，降低了由于切削厚度设置误差导致的最终仿真误差。

钛合金材料的铣削加工及优势在许多航空航天应用中，钛及其合金正在取代传统的铝合金。

如今，航空航天业消耗的钛材料约占全球生产总量的42%，并且从现在到2010年，预计对钛材料的需求将继续以两位数的速度增长。

新一代飞机需要充分利用钛合金提供的性能，无论是商用机还是军用机市场，都正在推动对钛合金的需求。

波音787、空客A380、F-22猛禽战斗机、F-35联合攻击战斗机（也称为闪电Ⅱ）等新机型都采用了大量钛合金材料。

钛合金材料的优势钛合金具有高强度、高断裂韧性以及良好的抗腐蚀性和可焊接性。

随着飞机机身越来越多地采用复合材料结构，钛基材料用于机身的比例也将日益增大，因为钛与复合材料的结合性能远远优于铝合金。

例如：与铝合金相比，钛合金可使机身结构的寿命提高60%。

钛合金极高的强度/密度比（达20∶1，即重量可减轻20%）为减轻大型构件的重量（这是对飞机设计师的主要挑战）提供了解决方案。

此外，钛合金固有的高耐蚀性（与钢材相比）可以节省飞机日常运行和维护保养的成本。

需要更大加工能力由于比普通合金钢的加工更为困难，因此通常认为钛合金属于难加工材料。

典型钛合金的金属去除率仅为大多数普通钢或不锈钢的25%左右，因此加工一个钛合金工件需要花费的时间约为加工钢件的4倍。

为了满足航空制造业对钛合金加工日益增长的需求，制造商需要增加生产能力，因此需要更好地理解钛合金加工策略的有效性。

典型的钛合金工件的加工是从锻造开始的，直到80%的材料被去除而获得最终的工件外形。

随着航空零部件市场的快速增长，制造商们已经感到力不从心，加上因钛合金工件加工效率较低而增加的加工需求，导致钛合金加工能力明显处于紧张状态。

一些航空制造业的领军企业甚至公开质疑现有的机械加工能力能否完成全部新型钛合金工件的加工任务。

由于这些工件通常是由新型合金制成，因此需要改变加工方式和刀具材料。

钛合金Ti-6Al-4V钛合金有三种不同的结构形式：α钛合金、α-β钛合金和β钛合金。

钛合金的加工工艺研究钛合金属于一种重要的高强度材料，具有轻量、高强、耐腐蚀、耐高温等优异性能，被广泛应用于航空、航天、汽车和生物医学等领域。

然而，由于钛合金的难加工性，使得其在加工过程中面临着很多技术难题。

因此，本文将探讨钛合金加工工艺的研究现状及存在的问题。

钛合金加工工艺研究现状钛合金的加工工艺主要包括切削、锻造、铸造和成形等多个方面。

在各种加工工艺中，切削是最常用的加工方式。

具体包括铣削、钻削、车削、线切割等。

钛合金加工的难点在于其高化学活性、低导热性、难切削等特性，不仅加工难度大，而且不良切屑的产生也会导致零件表面的质量和精度下降。

因此，削减切屑量和提高切削寿命是目前钛合金加工研究的热点方向。

此外，还包括表面处理、切削液和工艺参数等方面的研究，旨在提高钛合金加工的质量和效率。

一种新兴的钛合金加工工艺是激光加工。

相比传统切削技术，激光加工具有高精度、高效率、无接触等优点，成为研发实践和应用领域的热点方向。

但激光加工也存在一些问题，比如激光加工在局部加热的同时会产生较大的热影响区，易导致材料裂纹、变形等问题。

因此，如何减少热影响和缩小加热区成为激光加工研究的热点之一。

钛合金加工工艺存在的问题目前，钛合金加工仍然存在着诸多问题，主要包括以下几个方面：（1）加工难度大。

钛合金硬度高、韧性差、化学稳定性强，导致加工时易产生较大的卡刀量和热影响区，难以实现高效加工。

（2）表面质量难以保证。

加工过程中容易产生划痕、烧伤、去除层等问题，引起表面质量降低，影响使用寿命和性能。

（3）成本高。

钛合金的成本较高，加工难度大，加工成本也相应较高，限制了其应用范围和推广。

（4）切削液的选择问题。

在钛合金加工中，切削液的作用不仅仅是冷却和润滑，更重要的是其抗蚀性、稳定性等性能。

但目前切削液的选择仍存在不足和短缺。

结语钛合金是一种重要的先进材料，其应用范围广泛。

然而，在加工过程中，由于钛合金的难加工性，导致加工难度大、成本高等问题，需要在刀具材料、刀具结构、工艺技术等方面加强研究和实践。

钛合金TC4零件的加工工艺研究摘要】本文介绍了钛合金材料基本特性,并着重从零件加工方面介绍了钛合金TC4切削加工的特点、加工技巧以及加工过程中的注意事项。

【关键词】钛合金加工化学中图分类号：TH161文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2020）07-051-02前言近些年，随着军用装备的研发与制造不断向着轻便、灵活方向发展，为了满足战斗装备对战斗性能要求，除了采用先进的设计技术外，还必须采用性能优良的材料以及先进的工艺制造技术，其中提高钛合金零件的选用、提高先进钛合金应用水平也是措施之一。

钛合金TC4材料具有强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性能好、化学活性大、导热弹性小等优点，故近年来随着航空航天的飞速发展，钛合金TC4零件在航空航天领域的使用范围逐年增长，所占比例逐渐增大。

但TC4的切削性能较差，影响TC4零件的加工质量和效率。

一、钛合金TC4材料加工特性分析通过对8个批次（1000件）TC4材料的零件加工研究，掌握钛合金TC4的加工性较差的主要表现为：切削刀具寿命短；切削过程温度高；同等面积相对切削力大；易出现冷硬现象。

并针对其特点进行了原因分析：(1)切削刀具寿命短：由于钛合金TC4对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损,尤其在车削钛合金TC4时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重。

若TC4原材料毛坯经过模锻、自由锻、冲压等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金TC4加工中最困难的工序。

另外钛合金TC4材料的导热系数低。

切屑面与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内，加工时切削刃刃口处会产生极高的切削温度，也会大大缩短刀具寿命。

(2)切削过程温度高：由于钛合金TC4的导热系数很小，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。

钛合金切削加工技术研究进展摘要：钛合金具有比强度高、热强性好、耐腐蚀性高的特点，因此在航空领域得到广泛应用。

本文首先简要描述了钛合金相对其他金属材料的优势和其在航空领域的应用现状，然后从材料特性方面综述了其切削加工性的特点。

最后，根据钛合金加工过程中高温、高粘的特性优选刀具结构及材质，叙述了钛合金切削工艺研究现状。

关键词：钛合金；刀具；工艺钛及钛合金是国防、经济和技术发展的战略要素，它们被称为战略金属，21世纪的第三代金属，广泛应用在航空发动机和飞机制造业。

同其他金属结构材料比较，其具有三个显著优点：比强度高、热强性好、耐腐蚀性高。

金属钛及其合金作为结构材料具有许多吸引人的特性，但它们也有一个主要缺点，即初始成本较高。

其中，造成钛合金零件价格高的原因有很多，加工成本是主要原因之一。

因钛合金材料黏性大、温度高极易造成刀具磨损，为减小刀具损耗，往往加工速度比普通钢件低50%，如何优选加工刀具，提高钛合金材料的加工效率，成为钛合金切削加工领域的难题。

一、钛合金在航空领域的应用在航空制造领域的选材方面，通常从这几个方面入手：1、能够减轻飞机的重量。

钛合金具有较高的比强度(强度密度比)，使其拥有较低的密度(比钢低50%)和机械性能。

例如，在起落架结构中，由于钛合金具有更好的强度密度比，用钛合金替代高抗拉强度钢材可显著减轻重量。

2、具有抗腐蚀性。

与钢不同，钛合金不存在腐蚀问题，从而降低了定期维护成本，提高了资产利用率。

3、能够承受飞机在高速飞行中产生的热载荷。

钛合金的热膨胀系数不到铝合金的一半，比钢低约75%。

即使在较小的温度范围内，钢或铝合金的热膨胀系数也可能导致部件变形甚至断裂，钛合金则不会出现这种情况。

目前最为典型的钛合金材料Ti-6Al-4V合金，它是1954年美国研制成功的，由于它的耐热性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，成为钛合金工业中使用量高达75%~85%的钛合金，现在仍是航空应用的主体，其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V的改型。

钛合金高效铣削技术钛合金零件的铣削同其它难加工材料的相同之处是，会由于切削速度很小的提高而导致刀具切削刃的较快磨损。

不同之处在于，由于钛合金的强度高、粘性大,切削中更容易在切削区产生和积聚热量，加之导热性差，在大切除量的铣削时，有引起燃烧的危险。

这就是铣削钛合金零件，一定不能选择高切削速度的原因。

但是，钛合金零件加工的速度还是可以提高的。

即切削速度保持不变时，通过提高金属去除率的方法提高零件加工速度。

实现这一目标不包括使用更大功率或高档机床，而是配备能够充分发挥现有机床切削功能的刀具，它同时还能够对机床的某些不足，如刚性差等进行补偿。

Kennametal公司便是一家专注于钛合金铣削工艺试验研究的著名刀具制造商。

公司里有一位曾经接待过许多咨询钛合金铣削技术用户的技术顾问、铣削产品经理Brian Hoefler先生。

本文重点介绍了他在钛合金铣削方面的丰富经验。

为什么钛合金的铣削会引起人们的特别关注呢？至少有两个原因，第一，钛合金主要用于高档零件，不仅用于制造飞机机身和发动机零件，而且用于制造医疗器械中的许多零件。

特别对于某些壮大中的美国制造企业，必须向高档产品转移，会经常遇到钛合金零件铣削的技术难题。

另一个原因是，不是每一个车间都可以实现高进给速度加工，所以钛合金铣削中在材料难以加工，或加工过程中切削速度不高时，通过什么途径才能达到高效率加工成了急待解决的问题，引起制造商的高度重视。

在切削速度受到限制时，选用插铣进行零件粗加工是一个能显著提高金属去除率的最有效方法。

用插铣法粗加工，铣刀沿Z 轴方向进刀。

显示在左图中的刀具都可使用这种方法。

这种方法不只是能保证更多的切削刃同时切削，而且同时能极好地发挥高刚性机床高效率加工的优点。

用插铣法粗加工CAM的实例，是Mastercam/CNC软件的一大优势使用高韧性刀具切削刀具材料的正确选择将是实现钛合金高效铣削加工的第一个重要问题，Hoefler先生说。

硬质合金刀具可以是一种正确的选择，而且机加车间经常习惯于把硬质合金当作最好的切削刀具材料，尤其在几乎所有的困难加工中，通常都选择硬质合金。

数控加工钛合金TC18的铣削参数优化研究在现代制造业中，钛合金由于其优异的性能，如高强度、高耐腐蚀性和良好的高温性能，被广泛应用于航空航天、医疗和汽车等领域。

其中，钛合金 TC18 是一种常见的钛合金材料。

然而，钛合金的加工难度较大，尤其是在数控铣削过程中，选择合适的铣削参数对于提高加工效率、保证加工质量至关重要。

钛合金 TC18 的材料特性给数控铣削带来了诸多挑战。

它的导热性差，导致在加工过程中热量容易积聚，从而加速刀具磨损。

其化学活性高，容易与刀具材料发生化学反应，进一步影响刀具寿命。

此外，钛合金的强度高，加工时切削力大，对机床和刀具的刚性要求较高。

铣削参数主要包括切削速度、进给速度、切削深度和切削宽度等。

这些参数的选择直接影响到加工效率、加工质量和刀具寿命。

切削速度过低会导致加工效率低下，过高则会使刀具迅速磨损。

进给速度过小会延长加工时间，过大则可能影响加工表面质量。

切削深度和切削宽度的选择需要综合考虑工件的形状、尺寸和机床的性能。

为了优化数控加工钛合金 TC18 的铣削参数，首先需要进行大量的实验研究。

实验设计是关键的一步，可以采用正交实验法、单因素实验法等。

正交实验法能够在较少的实验次数内获得较为全面的参数组合效果，单因素实验法则可以更深入地研究某个特定参数的影响规律。

在实验过程中，需要对加工后的工件进行详细的测量和分析。

测量的指标包括表面粗糙度、加工精度、残余应力等。

表面粗糙度是衡量加工表面质量的重要指标之一，通常使用粗糙度仪进行测量。

加工精度可以通过三坐标测量机等设备进行检测。

残余应力的测量则需要借助专门的应力测量仪器。

通过对实验数据的分析，可以建立铣削参数与加工质量、刀具寿命之间的数学模型。

常见的建模方法有回归分析、人工神经网络等。

回归分析能够建立较为简单直观的数学表达式，便于工程应用。

人工神经网络则具有更强的非线性拟合能力，但计算较为复杂。

在实际加工中，还需要考虑机床的性能和刀具的特点。

钛合金高速铣削技术的基础分析摘要：自旋转圆刀片和圆弧底刃铣刀是目前解决钛合金高速粗加工铣削的两种铣削方式。

自旋转圆刀片在刀具寿命和轴向铣削厚度上具有较好的适应性；圆弧底刃大进给铣刀可以适应更高的每齿进给量和铣削速度。

随着制造业对钛合金零件需求量的增加，大进给铣削钛合金有望获得进一步的发展和应用。

关键词：钛合金；高速铣削；技术；基础引言自旋转圆刀片和圆弧底刃铣刀是目前解决钛合金高速粗加工铣削的两种铣削方式。

自旋转圆刀片在刀具寿命和轴向铣削厚度上具有较好的适应性；圆弧底刃大进给铣刀可以适应更高的每齿进给量和铣削速度。

随着制造业对钛合金零件需求量的增加，大进给铣削钛合金有望获得进一步的发展和应用。

1.钛合金高速铣削简述铣削主要是为提高金属切除率,以提高生产率和缩短加工时间而开发的一种粗加工方法。

大进给铣削的原理是：采用较小的轴向切削深度，通常不超过2mm，产生较薄的切屑，这些切屑能从切削刃上带走大量切削热。

大进给铣削的每齿进给量通常可高达常规铣削的5倍以上。

这种铣削方式可减少产生的切削热,从而延长刀具寿命，并提供更高的金属切除率,比传统铣削方式快约1至3倍。

能取得这个效果的关键在于把浅的轴向切削深度和高的每齿进给量成对使用,在降低切削温度延缓刀具磨损的同时，还获得了更高的金属加工去除率。

而在实际操作中，是一种有望在大径向铣削宽度的情况下，在较高材料去除率的同时，并跨越lOOm/min的钛合金高速铣削速度门槛的钛合金铣削方式。

2.钛合金铣刀的设计2.1结构设计槽型的开发，切削钛合金时,在第三变形区内，刀具和工件界面磨损比较严重，同时，由于钛合金比强度高，切削过程中的切屑和切削力也需要重点控制。

针对上述状况，采用成型磨削技术,优化槽型设计,兼顾大的容屑、排屑空间、刀具刚性和锋利的刀具前角。

切削钛合金时，切屑变形系数小于1，对于铣削而言，造成切屑较宽或卷曲不够充分，排屑阻力较大；前刀面磨损。

在刀具芯厚不变（即刚性不变的情况下，刀具的槽底加宽很多，容屑空间增大,排屑阻力减小，刀具磨损变缓。

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。