摘 要： 本課題針對(duì)鈦合金的難加工性，在闡述影響材料切削加工性因素的基礎(chǔ)上，著重就超高速切削鈦合金的可行性、切削速度范圍，從及刀具的匹配等進(jìn)行了探索研究。
　　關(guān)鍵詞： 鈦合金 超高速切削加工 切削加工性
　　
　　隨著先進(jìn)制造技術(shù)愈來愈廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)，超高速切削技術(shù)應(yīng)用于鈦合金的切削加工顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。本文主要就超高速切削鈦合金過程中對(duì)刀具耐用度、加工效率和加工質(zhì)量等影響極大的刀具材料重點(diǎn)闡述，以尋求刀具與鈦合金的最佳匹配。
　　鈦合金化學(xué)親和力大，導(dǎo)熱性差且強(qiáng)度高，使切削溫度大幅提高、刀具磨損加劇，用傳統(tǒng)的加工方法難以加工。長(zhǎng)期以來，改善鈦合金切削加工性的途徑一直在探索中，合理選擇刀具材料及刀具幾何參數(shù)、合理制定切削用量、采用適當(dāng)?shù)那邢饕旱染稍诓煌潭壬咸岣唠y加工材料的切削加工性。迄今已經(jīng)有了一些方法，常用的有專門熱處理、加熱切削、向切削區(qū)引入超聲波及振動(dòng)等。但這些方法普遍存在著效率低、成本高且加工質(zhì)量難保證等弊端。而超高速切削加工可大幅提高鈦合金加工的生產(chǎn)效率及加工質(zhì)量。
　　1.超速切削的特點(diǎn)及刀具材料
　?。?）高速切削技術(shù)
　　高速切削是一個(gè)相對(duì)概念，如何定義，目前尚無共識(shí)。通常把切削速度比常規(guī)高出5—10倍的切削加工叫做高速切削或超高速切削。按不同加工工藝規(guī)定的高速切削范圍，車削700—7000m/min，銑削300—6000m/min，鉆削200—1100m/min，磨削150—360m/s，這種劃分比常規(guī)切速幾乎提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且有繼續(xù)提高的趨勢(shì)。
　　高速切削技術(shù)是在機(jī)床結(jié)構(gòu)及材料、機(jī)床設(shè)計(jì)制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設(shè)計(jì)制造技術(shù)、高效高精度測(cè)量測(cè)試技術(shù)、高速切削機(jī)理、高速切削工藝等諸多相關(guān)硬件與軟件技術(shù)均得到充分發(fā)展的基礎(chǔ)之上綜合而成的。因此，高速切削加工是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及機(jī)床、刀具、工件、加工工藝過程參數(shù)及切削機(jī)理等諸多方面。
　　該技術(shù)為“輕切削”方式，每一刀切削排屑量小，切削深度小，即ap與ae很小。其有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
　　加工時(shí)間短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常規(guī)的3—5倍。
　　刀具切削狀況好，切削力小，主軸軸承、刀具和工件受力均小。由于切削速度高，吃刀量很小，剪切變形區(qū)窄，變形系數(shù)ξ減小，切削力降低30%—90%。同時(shí)，由于切削力小，讓刀也小，提高了加工質(zhì)量。
　　刀具和工件受熱影響小。切削產(chǎn)生的熱量大部分被高速流出的切屑所帶走，故工件和刀具熱變形小，有效地提高了加工精度。
　　材料切除率高，工件表面質(zhì)量好。首先，ap與ae小，工件粗糙度好。其次，切削線速度高，機(jī)床激振頻率遠(yuǎn)高于工藝系統(tǒng)的固有頻率，因而工藝系統(tǒng)振動(dòng)很小，十分容易獲得好的表面質(zhì)量，工件表面鱗刺的高度會(huì)顯著降低，甚至完全消失。超高速切削時(shí)其進(jìn)給速度可隨切削速度的提高相應(yīng)提高5—10倍。這樣，單位時(shí)間內(nèi)材料的切除率可提高3—5倍。
　　高速切削刀具熱硬性好，且切削熱量大部分被高速流動(dòng)的切屑所帶走，可進(jìn)行高速干切削，不用冷卻液，減少了對(duì)環(huán)境的污染，能實(shí)現(xiàn)綠色加工。
　　可完成高硬度材料和硬度高達(dá)HRC40—62淬硬鋼的加工。如采用帶有特殊涂層（TiAlN）的硬質(zhì)合金刀具，在高速、大進(jìn)給和小切削量的條件下，完成高硬度材料和淬硬鋼的加工，不僅效率高出電加工（EDM）的3—6倍，而且表面質(zhì)量很高（Ra0.4），基本上不用鉗工拋光。
　?。?）超高速切削的刀具材料
　　由于超高速切削的速度比常規(guī)切削速度高幾倍甚至十幾倍，切削溫度很高，因此超高速切削對(duì)刀具材料提出了更高的要求。刀具材料應(yīng)具備高的耐熱性、抗熱沖擊性，良好的高溫力學(xué)性能，以及較高的可靠性。目前國(guó)內(nèi)外用于超高速切削的刀具材料主要有涂層硬質(zhì)合金、TiC（N）基硬質(zhì)合金、陶瓷刀具、聚晶金剛石PCD和立方氮化硼等。
　　2.超高速切削鈦合金
　　超高速切削鈦合金是在高應(yīng)變率響應(yīng)的作用下，改善其加工性能，從而得到高的加工質(zhì)量。超高速切削鈦合金的速度一般控制在150—1000m/min范圍。
　　超高速切削鈦合金的關(guān)鍵技術(shù)除了切削速度外，還有刀具主軸單元及進(jìn)給單元制造技術(shù)、機(jī)床支承及輔助單元制造技術(shù)、加工測(cè)試技術(shù)等諸多因素。
　　根據(jù)鈦合金自身對(duì)刀具材料的要求，以及超高速切削對(duì)刀具材料提出的特殊要求，研究發(fā)現(xiàn)適宜于超高速切削的幾種常用的刀具材料與鈦合金的匹配性存在很大差異。
　　PCD刀具的性能很適宜于加工鈦合金，原因有：①很好的導(dǎo)熱性。由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高，切削熱容易散出，故切削溫度低。金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)為硬質(zhì)合金的1.5—9倍。②較低的熱膨脹系數(shù)。金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小得多，約為高速鋼的1/10。③極高的硬度和耐磨性，金剛石刀具在加工高硬度材料時(shí)，耐用度為硬質(zhì)合金刀具的10—100倍，甚至高達(dá)幾百倍。
　　3.結(jié)語
　　采用超高速切削難鈦合金這一加工材料，解決了常規(guī)切削鈦合金的難題，既保證了加工質(zhì)量，又大幅度提高了生產(chǎn)率，具有良好的發(fā)展前景。超高速切削技術(shù)用于難加工材料的加工正在逐漸成熟，如何進(jìn)一步完善超高速切削鈦合金的加工技術(shù)，是有待進(jìn)一步研究的課題。
　　
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