【摘 要】根據(jù)TC4鈦合金的難切削加工性，從銑削加工時(shí)銑刀、銑削用量、銑削方式、切削液等的選取方面，介紹基本的銑削加工工藝和注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】TC4鈦合金 銑刀 銑削用量 氧化層

一、引言

Ti6Al4V（以下簡(jiǎn)稱TC4）是目前用量最大的鈦合金材料，其因具有密度小、強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大、綜合力學(xué)性能和工藝性能（熱變形性、焊接性、耐蝕性）良好等一系列優(yōu)點(diǎn)，而在航空航天、船舶、石化、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域得到廣泛和成功應(yīng)用。

隨著相關(guān)工業(yè)的飛速發(fā)展，TC4鈦合金的使用量與日俱增，其在機(jī)械加工行業(yè)的切削加工也日漸成熟。鈦合金銑削作為切削加工量中占比最大的加工方式，加之加工時(shí)易出現(xiàn)銑刀崩刃，耐用度底等問(wèn)題，使得TC4的銑削加工受到普遍關(guān)注。

二、TC4鈦合金的切削加工性

TC4鈦合金屬于（α+β）型鈦合金，是典型的難加工材料之一，其切削加工性僅為45鋼的1/5～2/5，介于不銹鋼和高溫合金之間。主要是因?yàn)椋?/p>

（一）TC4的導(dǎo)熱率為鐵的1/4、鋁的1/16，比不銹鋼和高溫合金的導(dǎo)熱率還要低，使得加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量切削熱大部分殘留在刀具內(nèi)，造成切削溫度高，刀具迅速磨損。

（二）與45鋼相比，TC4的切削力是其2/3～3/4，但切屑與前刀面的接觸面積卻只有其1/2～2/3，所以切削刃承受的應(yīng)力是鋼的1.3～1.5倍，刀尖或切削刃更容易磨損或損傷。

（三）相同條件下，TC4材料與刀具材料的摩擦系數(shù)大于碳鋼，切屑沿前刀面流出的摩擦速度高，導(dǎo)致摩擦功大，摩擦界面溫度高，刀具易磨損。

（四）高溫時(shí)，鈦合金能與空氣中的氫、氧、氮起化學(xué)反應(yīng)，形成硬化層，造成工件塑性降低，切屑與前刀面接觸面積減小，加速刀具磨損。

（五）TC4的彈性模量約為鋼的1/2，小彈性模量和大屈強(qiáng)比使切削加工時(shí)工件已加工面產(chǎn)生較大回彈和變形，刀具后角磨損，與零件摩擦加劇。

三、TC4鈦合金的銑削加工

（一）銑刀的選擇

銑削TC4鈦合金用銑刀常選高性能高速鋼和硬質(zhì)合金兩種材質(zhì)。高速鋼銑刀可選鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2Al和鈷高速鋼W2Mo9Cr4Co8兩種牌號(hào)。硬質(zhì)合金銑刀可選YG10H和YG8兩種牌號(hào)。鈷高速鋼因含鈷而切削性能更好，當(dāng)切削用量大時(shí)考慮使用。YG10H是亞細(xì)顆粒合金，硬度及抗彎強(qiáng)度均優(yōu)于YG8，且耐磨性能、抗沖擊和抗振性能好，適宜銑削加工TC4材料。

銑削TC4用的銑刀，前角應(yīng)比通用標(biāo)準(zhǔn)銑刀小、后角比它大，盡量采用鋒利的尖齒銑刀。同時(shí)，考慮過(guò)渡刃和刀尖圓弧對(duì)銑刀耐用度的影響、考慮銑刀直徑、銑削刃長(zhǎng)度對(duì)本身剛性的影響，盡量采用銑刀工作部分短、具有過(guò)渡刃的大直徑銑刀。

（二）銑削用量

為提高生產(chǎn)效率，銑削TC4鈦合金時(shí)，也應(yīng)盡量增大銑削深度、銑削寬度、銑刀齒數(shù)，適當(dāng)降低銑削速度。立銑TC4時(shí)，可按下表（表1）選定銑削用量，再根據(jù)表面粗糙度要求、切深等條件加以修正，也可查資料按公式計(jì)算銑削速度。

（三）其他

1.銑削方式

銑削TC4鈦合金時(shí)，銑刀因斷續(xù)切削、切屑與刀齒粘接而產(chǎn)生崩刃，刀具耐用度較低。銑削時(shí)選用順銑的方式，可以減輕切屑粘刀，避免加工硬化，改善銑刀磨損，同時(shí)降低銑削功率，方便切屑清理。

銑刀直徑D

/mm銑刀轉(zhuǎn)速n

/rpm每齒進(jìn)給量af /mm

3

6

10

12

20

25

50611～1222

306～611

203～407

153～306

102～203

76～153

38～760.005～0.013

0.005～0.03

0.013～0.05

0.013～0.08

0.03～0.10

0.05～0.15

0.08以上

表1 TC4鈦合金立銑時(shí)常用速度和進(jìn)給量

2.切削液的使用

銑削TC4鈦合金時(shí)，可通過(guò)使用切削液提高銑刀耐用度，尤其是使用高速鋼刀具時(shí)。用硬質(zhì)合金銑刀銑削時(shí)，也可不用切削液，進(jìn)行干切削。

3.鍛造氧化層的銑削

TC4鈦合金鍛件的氧化層本身硬度大，且表面凹凸不平，銑削困難。氧化層雖可通過(guò)酸洗去掉，但會(huì)造成脆氫，需真空退火除氫，還是建議用切削的辦法去除。

銑削TC4氧化皮時(shí)，切削深度，切削深度應(yīng)大于氧化層厚度，每齒進(jìn)給量af一般在0.1mm左右，銑削速度應(yīng)降至無(wú)氧化層時(shí)的50%左右。也可參按下表（表2）推薦的切削用量選取。

4.銑刀損傷對(duì)策

銑刀的損傷是指嚴(yán)重磨損、崩刃、斷齒等。銑刀出現(xiàn)損傷時(shí)，可以通過(guò)改變銑刀幾何參數(shù)（前角、后角）、切削用量、刀具材料、刀尖圓弧、刀具齒數(shù)、銑削方式，及切削液等對(duì)策解決。

刀具材料硬質(zhì)合金高速鋼

銑削速度v

m/min15～204～8

每齒進(jìn)給量af /mm0.06～0.10.1～0.13

軸向切深ap

/mm大于氧化層厚度

徑向切深ae

/mm≤0.6D大于氧化層厚度

表2 TC4鈦合金鍛造氧化層的銑削用量

四、結(jié)語(yǔ)

TC4鈦合金的不良切削加工性給其銑削加工帶來(lái)一系列刀具和精度問(wèn)題。但參照技術(shù)資料或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累，通過(guò)選擇合適的銑刀材質(zhì)和幾何參數(shù)，調(diào)整銑削用量和銑削方式，改善切削條件，并針對(duì)性分析和處理銑刀損傷，TC4鈦合金的銑削難題便可迎刃而解。

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