硬质合金刀具高速铣削钛合金技术

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1、论坛_●～—_一Il_一一⋯刁lI鸭卜簟S—I··精、re81Ii-．_一蓉一一围．I蠢重＼～之》世●●●●·--滋目圈巳已d篮上葛切削加工要求的日益提高对未来刀具的发展提出了更高的目标——高精度、高效率、低成本和绿色环保。研制高韧性高强度基体和高硬度高耐磨性刃部、考虑刀具材料与工件材料性能的匹配性是未来刀具发展的趋势。栏目策划依然良辰函。譬拿乡论坛FORUM硬质合金刀具高速铣削钛合金技术High—SpeedMillingofTitaniumAlloyWithCarbideAlloyTool徐九华南京航空航天大学长江学者特聘教授．机电学院教授、博士生导师．副院长。在难加工材料高效精密切削与

2、磨削理论及应用．超精密加工技术等方面的研究中均有突出贡献。发表学术论文150余篇。其中被S01．El收录90篇。钛合金具有比强度高、耐热性和耐蚀性好等优良性能，不仅是现代航空航天工业中不可缺少的结构材料，而且在造船、化工等领域也获得了广泛的应用II-3l。同时，钛合金的热导率低、弹性模量小、化学活性高，易导致刀具的严重磨损，是一种典型的难加工材料。38航窄制造技术·2010年第儿期南京航空航天大学机电学院徐九华南京农业大学工学院耿国盛与结构钢、不锈钢和高温合金相比。钛合金对表面损伤和缺陷具有更大的敏感性。钛合金在使用过程中，曾出现过许多断裂事故，其中绝大多数都与疲劳断裂有关，而钛合金零件的

3、疲劳抗力对零部件的表面完整性特别敏感。因此，加工表面完整性及其对零部件使用性能的影响是目前钛合金零部件的制造者和使用者最关心的课题之一。在航空T业中，钛合金零件成品重量与毛坯重量之比一般都低于20％，多数情况下，毛坯材料的绝大部分要被当作切削余量去除掉。钛合金的切削加工量大，加上钛合金固有的难加工特性，使钛合金零件的加工时间长，加工成本高，已经远远超过了原材料本身的成本。另外，与结构钢、不锈钢和高温合金相比，钛合金对表面损伤和缺陷具有更大的敏感性。钛合金在使用过程中，曾出现过许多断裂事故，其中绝大多数都与疲劳断裂有关H1，而钛合金零件的疲劳抗力对零部件的表面完整性特别敏感。因此，加丁表面完

4、整性及其对零部件使用性能的影响是目前钛合金零部件的制造者和使用者最关心的课题之一。由于上述问题的存在，传统的切削加工方式已经越来越显示出力不从心的迹象。具体表现为：加下效率低下；刀具磨损严重；加T精度和表面质量不高，从而需要大量费时费力的后续加工工序进行处理等。为解决这些矛盾，国内外学者进行了大量研究，高速切削被认为是提高钛合金加工效率、改善加工质量和降低生产成本的有效手段。M．Nouaril51和R．Komanduri【61等对高速切削钛合金的刀具磨损机理和切屑形成机理进行了研究。日本的NarutakiFl对Ti一6AI一4V合金的切削力和切削温度进行了比较全面的研究，认为高速切削时切削

5、力几乎不随速度的提高而发生变化，而切削热大部分被切屑带走，来不及传人工件，所以工件的温Ful。cun．吗酬未来刀具升较低。在国内，南京航空航天大学、山东大学等单位也对钛合金高速切削进行了较多的研究，验证了高速切削是提高钛合金加工效率和质量的有效途径。本课题对钛合金高速铣削的切削力、切削温度、刀具磨损和加工表面完整性等方面进行了研究。以促进钛合金高速切削的推广和应用，满足现代航空制造业生产的需要。高速铣削钛合金的切削力和切削温度切削力和切削温度试验在MikronUCP710五坐标高速加丁中心上进行，采用Kistler9265B动态测力仪及Kistler5019电荷放大器对铣削力进行测量，采用

6、夹丝半人工热电偶方法对铣削温度进行测量。试验用刀具为WalterWMG40硬质合金机夹刀片。T件材料为钛合金TAl5，热处理状态为退火。采用单因素试验，考察不同铣削速度下切削力和切削温度的变化规律。其他切削条件为：轴向切深日。=6mm，径向切深8e=lmm，每齿进给量t=0．1mm／z。图l为典型的铣削力信号图以及后刀面磨损VB=0．15mm时的切削力与铣削速度关系曲线。铣削力的方向定义为：进给方向为X，铣刀径向切深方向为】，。刀具轴向为乙可以看到在此范围内，f和C变化不大，而，。随切削速度的提高略有下降。试验和理论表明：一方面随着切削速度的上升。两个因素会导致切削力的增加。首先是南断续切

7、削造成的切削力冲击和动态切削力的数值会增加；其次，材料的应变硬化程度严重，导致剪切区变形抗力增加。另外一方面，切削速度上升导致的切削温度上升也会使被加工材料软化，使切削力减小。所以，切削速度对切削力的影响，要看这两方面综合作用的结果。当刀具后刀面磨损达到一定程度时，随着切削速度的增加，由温度图1典型的铣削力信号及铣削力与切削速度关系图升高所导致的材料软化影响占主导地位，其作用超过动态切削力增加和应变硬化增加两方面的影响，