加工难加工钛合金的不等齿距整体硬质合金铣刀具

钛能在航空材料中广泛应用是由于它有适于飞机应用的许多宝贵特点，钛在地壳中含量较丰富，含量远高于铜、锌、锡等常见金属，钛广泛存在于许多岩石中，特别是砂石和粘土中。

因为钛合金具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空航天、医疗等多种领域；

◆钛的特性

强度高：是铝合金的1.3倍，镁合金的1.6倍，不锈钢的3.5倍，金属材料中强度最高。

热强度高：使用温度比铝合金高几百度，可在450～500℃的温度下长期加工。

抗蚀性好：耐酸、耐碱、耐大气腐蚀，对点蚀、应力腐蚀的抵抗力特好。

低温性能好：间隙元素极低的钛合金TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。

化学活性大：高温时化学活性很高，轻易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层。

导热系数小、弹性模量小：导热系数约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。钛合金的弹性模量约为钢的1/2。

◆钛合金的分类及用途

钛合金按用途可分为：耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼，钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。

尽管钛及其合金应用时间不长，因它那超众的性能，广泛使用于航空航天中，有“空间金属”的美称；它重量轻、强度大又耐高温，特别适于制造飞机和各种航天器。目前世界上生产的钛及钛合金，大约有四分之三都用于航空航天工业。原来用铝合金的相关部件改用了钛合金。

◆钛合金的航空应用

钛合金主要用于飞机及发动机的制造材料，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件。航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。

◆钛合金在航空中被大量应用的原因

现代飞机的航行最高时速已达到音速的2.7倍以上。这么快的超音速飞行，会使飞机与空气摩擦而产生大量的热。当飞行速度达到音速的2.2倍时，铝合金就经受不住了。必须采用耐高温的钛合金。

当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300℃增加到500～600℃时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金。

近年来科学家们对钛合金性能的研究工作，不断取得新的进展。原来由钛、铝、钒组成的钛合金，最高工作温度为550℃～600℃，而新研制的钛化铝（TiAl）合金，最高工作温度已提高到1040℃。

用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，可以减轻结构重量。飞机每减轻重10%，可节省燃料4%。对火箭来说，每减轻1kg的重量，就可增加15km的射程。

◆钛合金机加工特性分析

首先，钛合金导热系数低，仅是钢的1/4，铝的1/13，铜的1/25。因切削区散热慢，不利于热平衡，在切削加工过程中，散热和冷却效果很差，易于在切削区形成高温，加工后零件变形回弹大，造成切削刀具扭矩增大、刃口磨损快，耐用度降低。

其次，钛合金的导热系数低，使切削热积于切削刀附近的小面积区域内不易散发，前刀面摩擦力加大，不易排屑，切削热不易散发，加速刀具磨损。

最后，钛合金化学活性高，在高温下加工易与刀具材料起反应，形成溶敷、扩散，造成粘刀、烧刀、断刀等现象。

◆SS/硕朔针对钛合金难加工等要素生产、定制的专用于加工钛合金的不等齿距整体硬质合金铣刀具特点有：

①尖角保护设计，提升刀尖强度、具有很好的抗崩性能；

②高效不等分特殊几何，专用材质，耐磨性好，稳定性高等；

③偏心圆弧后角设计，有利于稳定切削加工。

④适合于不锈钢、钛合金、耐热合金、镍基合金、高温合金等难切削加工材料；

⑤适用于槽铣、侧铣、开腔铣、面铣、坡铣、螺旋铣等多种铣削加工方式；

⑥广泛应用于航空航天、医疗器械、零部件加工等多领域使用加工。

◆加工钛合金的整体硬质合金铣刀特点及设计要求

◆刀具的几何参数和结构

    除了刀具的选材，刀具的几何参数及结构设计对切削力、加工表面质量、刀具寿命和加工效率都有很大的影响；针对不同材料和加工情况，选择合适的前角、后角以及刀尖圆角半径等刀具参数对减小切削力和提高刀具寿命有很大的影响。

    前角越大，刀具越锋利，切削力越小，但刀刃强度也会越低，断屑效果和加工表面质量也会受影响。例如，加工超高强度钢时，为了增加刀刃强度和利于断屑，可以选择前角为负值的硬质合金刀具。

后角增大可以减少刀具与工件表面的摩擦，使刀具更加锋利，精加工时常选取较大后角；粗加工时，为了提高刀具强度，则选用小后角。在前、后角的选用上，必须综合考虑。

例如在加工钛合金时，由于材料回弹较大、与刀具摩擦剧烈，应采用大后角；但考虑到材料切削应力大、刀具容易崩刃，所以前角应选取较小值。

    对难加工材料的铣削，在粗加工时应尽量选择刀尖圆角半径R不为0的铣刀。当R=0时，铣刀齿参与切削的面积更多，铣削力更大，而且刀尖容易崩刃。在参数fz=0.05mm/齿，ap=3mm，ae=4mm，v=80m/min下，使用R=0mm和R=3mm的2种相同牌号铣刀铣削TC4 时的铣削力测量曲线。

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