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難加工鈦合金用不等齒距鎢鋼銑刀

鈦能在航空材料中廣泛應(yīng)用是由于它有適于飛機(jī)應(yīng)用的許多寶貴特點(diǎn)，鈦在地殼中含量較豐富，含量遠(yuǎn)高于銅、鋅、錫等常見金屬，鈦廣泛存在于許多巖石中，特別是砂石和粘土中。

因?yàn)殁伜辖鹁哂袕?qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于航空航天、醫(yī)療等多種領(lǐng)域；

◆鈦的特性

強(qiáng)度高：是鋁合金的1.3倍，鎂合金的1.6倍，不銹鋼的3.5倍，金屬材料中強(qiáng)度最高。

熱強(qiáng)度高：使用溫度比鋁合金高幾百度，可在450～500℃的溫度下長(zhǎng)期加工。

抗蝕性好：耐酸、耐堿、耐大氣腐蝕，對(duì)點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特好。

低溫性能好：間隙元素極低的鈦合金TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。

化學(xué)活性大：高溫時(shí)化學(xué)活性很高，輕易與空氣中的氫、氧等氣體雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硬化層。

導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量小：導(dǎo)熱系數(shù)約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2。

◆鈦合金的分類及用途

鈦合金按用途可分為：耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金(鈦-鉬，鈦-鈀合金等)、低溫合金以及特殊功能合金(鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金)等。

盡管鈦及其合金應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，因它那超眾的性能，廣泛使用于航空航天中，有“空間金屬”的美稱；它重量輕、強(qiáng)度大又耐高溫，特別適于制造飛機(jī)和各種航天器。目前世界上生產(chǎn)的鈦及鈦合金，大約有四分之三都用于航空航天工業(yè)。原來用鋁合金的相關(guān)部件改用了鈦合金。

◆鈦合金的航空應(yīng)用

鈦合金主要用于飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)的制造材料，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、排氣裝置等零件以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度，耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機(jī)也都使用鈦合金板材焊接件。

◆鈦合金在航空中被大量應(yīng)用的原因

現(xiàn)代飛機(jī)的航行最高時(shí)速已達(dá)到音速的2.7倍以上。這么快的超音速飛行，會(huì)使飛機(jī)與空氣摩擦而產(chǎn)生大量的熱。當(dāng)飛行速度達(dá)到音速的2.2倍時(shí)，鋁合金就經(jīng)受不住了。必須采用耐高溫的鈦合金。

當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200～300℃增加到500～600℃時(shí)，原來用鋁制造的低壓壓氣機(jī)盤和葉片就必須改用鈦合金。

近年來科學(xué)家們對(duì)鈦合金性能的研究工作，不斷取得新的進(jìn)展。原來由鈦、鋁、釩組成的鈦合金，最高工作溫度為550℃～600℃，而新研制的鈦化鋁（TiAl）合金，最高工作溫度已提高到1040℃。

用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤和葉片，可以減輕結(jié)構(gòu)重量。飛機(jī)每減輕重10%，可節(jié)省燃料4%。對(duì)火箭來說，每減輕1kg的重量，就可增加15km的射程。

◆鈦合金機(jī)加工特性分析

首先，鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低，僅是鋼的1/4，鋁的1/13，銅的1/25。因切削區(qū)散熱慢，不利于熱平衡，在切削加工過程中，散熱和冷卻效果很差，易于在切削區(qū)形成高溫，加工后零件變形回彈大，造成切削刀具扭矩增大、刃口磨損快，耐用度降低。

其次，鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)低，使切削熱積于切削刀附近的小面積區(qū)域內(nèi)不易散發(fā)，前刀面摩擦力加大，不易排屑，切削熱不易散發(fā)，加速刀具磨損。

最后，鈦合金化學(xué)活性高，在高溫下加工易與刀具材料起反應(yīng)，形成溶敷、擴(kuò)散，造成粘刀、燒刀、斷刀等現(xiàn)象。

◆SS/碩朔針對(duì)鈦合金難加工等要素生產(chǎn)、定制的專用于加工鈦合金的不等齒距整體硬質(zhì)合金銑刀具特點(diǎn)有：

①尖角保護(hù)設(shè)計(jì)，提升刀尖強(qiáng)度、具有很好的抗崩性能；

②高效不等分特殊幾何，專用材質(zhì)，耐磨性好，穩(wěn)定性高等；

③偏心圓弧后角設(shè)計(jì)，有利于穩(wěn)定切削加工。

④適合于不銹鋼、鈦合金、耐熱合金、鎳基合金、高溫合金等難切削加工材料；

⑤適用于槽銑、側(cè)銑、開腔銑、面銑、坡銑、螺旋銑等多種銑削加工方式；

⑥廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、零部件加工等多領(lǐng)域使用加工。

◆加工鈦合金的整體硬質(zhì)合金銑刀特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求

◆刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)

    除了刀具的選材，刀具的幾何參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)切削力、加工表面質(zhì)量、刀具壽命和加工效率都有很大的影響；針對(duì)不同材料和加工情況，選擇合適的前角、后角以及刀尖圓角半徑等刀具參數(shù)對(duì)減小切削力和提高刀具壽命有很大的影響。

    前角越大，刀具越鋒利，切削力越小，但刀刃強(qiáng)度也會(huì)越低，斷屑效果和加工表面質(zhì)量也會(huì)受影響。例如，加工超高強(qiáng)度鋼時(shí)，為了增加刀刃強(qiáng)度和利于斷屑，可以選擇前角為負(fù)值的硬質(zhì)合金刀具。

后角增大可以減少刀具與工件表面的摩擦，使刀具更加鋒利，精加工時(shí)常選取較大后角；粗加工時(shí)，為了提高刀具強(qiáng)度，則選用小后角。在前、后角的選用上，必須綜合考慮。

例如在加工鈦合金時(shí)，由于材料回彈較大、與刀具摩擦劇烈，應(yīng)采用大后角；但考慮到材料切削應(yīng)力大、刀具容易崩刃，所以前角應(yīng)選取較小值。

    對(duì)難加工材料的銑削，在粗加工時(shí)應(yīng)盡量選擇刀尖圓角半徑R不為0的銑刀。當(dāng)R=0時(shí)，銑刀齒參與切削的面積更多，銑削力更大，而且刀尖容易崩刃。在參數(shù)fz=0.05mm/齒，ap=3mm，ae=4mm，v=80m/min下，使用R=0mm和R=3mm的2種相同牌號(hào)銑刀銑削TC4 時(shí)的銑削力測(cè)量曲線。