高速切削加工钛合金的刀具材料_李友生
钛合金切削加工特点及刀具材料选用
难加工材料切削加工技术Cutting Technology for Dif fi cult-to-Machine Material2011 年第 14 期·航空制造技术55钛合金切削加工特点及刀具材料选用沈阳理工大学机械工程学院 杜 敏 姜增辉 冯吉路刀具材料的选择对于钛合金的加工有很大影响。
加工钛合金的理想刀具材料必须同时具备较高的热硬度，良好的韧性、耐磨性，高的导热系数和较低的化学活性，在铣削时，刀具还应具有良好的抗冲击性。
杜 敏沈阳理工大学机械制造及其自动化专业硕士研究生，主要从事高速切削技术的研究。
Characteristics of Machining Titanium Alloys and the Choice of Tool Material钛合金以优异的综合力学性能、低密度以及良好的耐腐蚀性，被誉为是一种使人类走向太空时代的战略性金属材料，不仅在航空航天及军工领域得到广泛的使用，而且开始逐渐渗透到经济生活的各个方面。
随着中国航空航天事业的发展，钛合金的加工技术受到更多的关注和研究。
钛合金的分类钛合金按照不同的方法有不同的分类，最常用的分类方法是按退火后组织特点分类，可分成α、α+β、β型钛合金[1-4]。
α型钛合金密度小，有很好的热强性和热稳定性，焊接性能好，室温、超低温和高温性能良好，但不能进行热处理强化。
例如TiAl 在600℃时，仍然有很高的强度，而且蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性等方面都有好的表现，常用于喷气发动机涡轮盘和叶片的制造。
α+β型钛合金双相合金，组织稳定，韧性、塑性和高温变形性能随着β相稳定元素的增加而提高；有较好的热压力加工性，能进行淬火时效使合金强化，热处理后的强度约比退火状态提高50％~100％；高温强度高，可在400~500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。
α+β型钛合金中Ti-6Al-4V(中国牌号TC4)是钛合金中使用量最大的钛合金，在美国，其产量占钛合金产量一半以上，以其优良的综合力学性能和切削加工性大量用于航空零件制造[5-9]。
钛合金切削中刀具材料选用及加工工艺介绍
.6mm。
c.切削加工情况：有YG8铣平面，刀具切削轻松，在进刀与工件接触时以及刀具将工件切透时有振动，中间切削过程平稳，使用磨削液。
留0.5mm 余量进行精铣，可获得R a1.6的表面粗糙度。
2.加工十字形状a.刀具选择：选用硬质合金立铣刀，刀具材料为Y330。
铣刀外径Ø40。
b.切削参数选择：主轴转速235r/min。
c.切削加工情况：用Y330加工十字形状，手动横向进给，刀具切削轻松，切削时加磨削液充分冷却。
精铣时铣刀底刃修磨R2，后角为10°～12°，并用碳化硅油石修磨使切削刃光滑，工件能得到R a1.6的表面粗糙度。
此时后角的选择，尤其是刀具圆弧面后角的选择至关重要，过大，会在铣削过程中产生振动，容易崩刃，使切削刃产生锯口，加剧磨损：过小，会造成排屑、断屑困难，切屑还会粘刀，后刀面与工件磨擦现象严重，刀具磨损加快。
因此正确地修磨后角，可以提高刀具的使用寿命。
3.车削工件内外圆弧表面刀具材料、几何参数及切削用量的选择如下：a.刀具材料为YG8，45°偏刀断续切削，使用磨削液让切削刃冷却。
用工装夹持工件，每组加工8件，粗车切削用量V=25～38m/min，f=0.3～0.5mm/r，ap=3～5mm.如加工中间内孔，在连续切削的条件下精车，切削用量V=50～75m/min，f=0.1～0.2mm/r，ap=0.25～0.8mm。
前角γ=8°～12°能保证刀具强度。
.磨出0.05～0.1mm的负倒棱，增强切削刃强度。
.后角a=15°～20°，以减少后刀面与工件的摩擦，提高刀具寿命。
.粗车时，刃倾角λ=-3°～-5°，精车时刃倾角λ=-3°～0°。
.粗车时，刀尖圆弧半径r0=0.5mm，精车时r0=1～2mm，以增强刀尖强度。
.切削加工情况：通过以上参数选择，工件可获得R a1.6的表面粗糙度，并能有效地提高刀具寿命，主切削刃在刃磨后用碳化硅油石研磨出倒棱，可消除刃磨产生的锯口，提高抗磨损能力，并增强主切削刃强度。
不同刀具材料高速车削钛合金的性能研究_李友生
第31卷 第15期2009年8月武 汉 理 工 大 学 学 报J OURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l .31 N o .15 A ug .2009DOI :10.3963/j .issn .1671-4431.2009.15.009不同刀具材料高速车削钛合金的性能研究李友生,邓建新,李甜甜,李剑锋(山东大学机械工程学院,济南250061)摘 要: 使用硬质合金刀具、硬质合金涂层刀具和CBN 刀具在相同切削参数下进行钛合金(T i -6A l -4V )的高速车削实验。
实验表明:CBN 刀具使用寿命最长,其次是硬质合金涂层刀具;切削加工过程中,CBN 刀具的切削力比较稳定,硬质合金刀具和涂层刀具的切削力随着不断切削而迅速增大,切削过程中,涂层刀具的切削力比硬质合金刀具的切削力小;3种刀具的前刀面磨损形式均不同于常规月牙洼磨损,而是切削刃处磨损最大的斜面磨损,3种刀具材料的磨损机理都有磨粒磨损、粘结磨损和扩散磨损,其中在硬质合金刀具和涂层刀具的磨损边缘区还发生氧化磨损。
关键词: 刀具材料; 钛合金; 刀具寿命; 磨损机理中图分类号: T G 501文献标识码: A 文章编号:1671-4431(2009)15-0029-04Performance of Different Cutting Tool Materials in High -speedTurning Titanium AlloysLI You -sheng ,DENG Jian -x in ,LI Tian -tian ,LI J ian -feng(School of M echanical Engineering ,Shandong U niversity ,Ji 'nan 250061,China )Abstract : Straig ht cemented carbide tool ,coated carbide too l and CBN cutting tool were used to high -speed turn titanium alloys (T i -6Al -4V )in the same cutting parameters .T he results of trial were analyzed ,and it is found that the cutting life of CBN too l is lo ngest ,and the second one is coa ted carbide tool .During the process of machining ,the cutting forces of CBN tool are very stable ,as to straight cemented carbide tool and coated carbide tool ,their cutting forces increase rapidly ,and the cutting forces of coated carbide tool are smaller than that of cemented carbide too l during machining process .T he wear forms o f rake face of all cutting tool materials is not crater wear ,but slope plane wear with the maximum w ear at the cutting edge ,and the wear mechanism o f three kinds of too l materials includes abrasive w ear ,adhesio n wear and diffusion ,meanwhile o xidation wear is found at the wear edge of cemented carbide tool and coated carbide tool .Key words : tool ma terial ; titanium alloys ; cutting life ; wear mechanism收稿日期:2009-03-22.基金项目:国家自然科学基金(50675120)和教育部博士点基金(20070422012).作者简介:李友生(1981-),男,博士生.E -mail :lys @mail .sdu .edu .cn钛合金具有比强度高、热强度高、抗腐蚀性好等优良特性[1-2],在航天、航空等领域越来越受到青睐,它已经被广泛应用于军事和民用领域。
高速切削加工钛合金的刀具材料
钛 合金材 料 除 了具有 上 述 优 良的特 性 外 ， 有 高 还 温 化学 活性 大 、 导热 系数 小 、 性模 量 低 、 弹 与其 它 金属 摩 擦 系数大 等特性 ， 使 得钛 合 金 成 为一 种 非 常 难加 这
工材料 。
单位 接触 面积 上 的切 削 力 大 大增 大 ， 易 造 成刀 具 的 容
内寻 求一种 或几 种高速 切 削加工 钛合 金刀具 材料 的 紧迫性 和必要 性 。
关键 词 ： 钛合 金 刀具材 料 切 削 Ｓｐ ｅ ａ ｈ ｎｎ ｔ ｎｕ Ａｌ ｙ ｏ ｌ Ｍ ｔ ｒ ｓ ｏ ｇ ｅ ｄ Ｍ ｃ ｉｉｇ Ｔｉ ｉｍ ｌ ｓ ａ ａ ｏ
屑 与前 刀 面 的接 触长 度 极短 （ 为钢 材 的 １ ３ ， 以 约 ／ ）所
性最好 ， 钛合金次之 ， ＋ 卢钛合金最差 。 整体来讲 ， 钛合金具有 比强度高、 热强度高、 抗腐 蚀 性好 等优 良特性 ， 它在航 天 、 空等领 域越来 越受 使 航
到青 睐 ， 已经被广泛 应用 于军 事和 民用领 域 。
维普资讯
高 速 加Ｚ 与 装备 Ｈ ｅｅｎｇｎｑｍｌ ｉｓ ｄｃ０ｙｄ ｕ ｅ ｇｐ ｈ１ ｉ ｎ ｈｅＴ Ｉ ａＥｐ ０
高速 切 削 加 工 钛 合 金 的刀 具 材 料
李 友 生 邓 建 新 石 磊
（ 山东 大学机械 工程 学 院 ， 山东 济 南 ２ ０ ６ ） ５ ０ １ 摘 要： 概括 介绍 了钛 合金 的性 能特 点 ， 析 了钛合 金切 削 加工 困难 的 主要 原 因 ， 点 对 国 内外 切 削加 工钛 分 重 合金 的现状 作 了详细介 绍 ， 由此 明确 了 目前 国 内和 国外切 削 加工 钛 合金 水 平 的差 距 ， 最后 指 出在 国
高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究
高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究随着科技的不断发展，钛合金作为一种优良的结构材料，已被广泛应用于航空航天等重要领域。
然而，由于其高硬度、高强度等特性，对于钛合金的高速车削加工要求刀具具有更高的耐磨性和切削寿命。
因此，针对钛合金的高速车削加工，研究硬质合金刀具的磨损机理，具有重要的现实意义和科学价值。
针对高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究，本文进行了详细的探讨和分析。
首先，介绍了钛合金的特性及其在航空航天领域的应用。
随后，引入了硬质合金刀具的相关知识，包括其材料组成、制备工艺和性能特点等。
然后，结合高速车削的原理，对硬质合金刀具在高速车削钛合金时的磨损机理进行了深入的分析。
主要涉及以下几方面：1.机械磨损：由于钛合金的高硬度和强韧性，使得硬质合金刀具在切削时会遭受较大的冲击和摩擦力，导致刃口和刀柄表面出现划痕、磨损和细微裂纹等，降低了刀具的整体性能。
2.热磨损：高速车削钛合金时，由于刀具接触表面温度过高，导致刀具的表面产生热态变化，发生氧化脱碳、软化变色等现象，并在刀具切削区附近形成高温流动区，使得切削液不能有效冷却，导致刀具热变形和损伤，严重影响了刀具寿命和效率。
3.化学磨损：钛合金具有一定的化学反应性，容易与气氛中的氧化物和水分发生反应，导致表面出现粘附、脱落、转化等化学磨损现象，严重降低了刀具的稳定性和耐磨性能。
最后，本文提出了几点切实可行的改进措施，以增强硬质合金刀具在高速车削钛合金时的耐磨性和切削寿命。
如大幅降低刀具表面温度、采用气体润滑冷却技术、优化刀具几何形状和涂层材料等，这些改进措施对提高刀具的生产效率、降低成本和实现可持续发展具有积极意义和深远意义。
综上所述，高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究是一个复杂而又实用的问题，需要深入研究和不断探索，以满足工业生产的不断需求和社会发展的要求。
本文在研究高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理的基础上，还对现有的一些研究成果进行了总结和分析，旨在为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
钛合金车削加工刀具和切削用量的研究
钛合金车削加工刀具和切削用量的研究【摘要】刀具材料、刀具的几何角度以及切削用量的选择对于钛合金的车削加工有很大影响。
加工钛合金的刀具必须具备较高的热硬度、耐磨性、良好的韧性、较低的化学活性和较高的导热系数。
【关键词】钛合金；刀具材料；强度；耐磨性1.前言钛合金是继铁、铝之后的第三金属材料，由于钛合金具有无磁性、抗腐蚀性好、热强度高、质量轻等优点，最初它在美国的航空航天领域的应用中占有很重要的地位。
随后世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，并相继对其进行了研究开发，广泛应用于工业生产、人民的日常生活中。
钛合金在生物医学方面有应用，钛合金在民用领域方面有应用：钛合金在自行车行业、汽车行业及体育行业都有广泛的应用。
钛合金制品应用势头发展迅猛的另一行业是汽车业。
研发直现今，汽车发动机气门、曲轴、连杆、悬簧、消音器和车体等，都用上了钛或钛合金。
2.钛合金的组织和性能根据退火处理后钛合金的金相组织分，钛合金可分为α、（α+β）、β钛合金三类（PCBN高速切削钛合金实验研究）。
（1）α钛合金退火组织为单一α相固溶体的钛合金称为a钛合金。
a钛合金主要以添加含有a稳定元素Al和中性元素，基本上不含或仅含少量的β稳定元素。
广义上的a钛合金包括平衡状态下含有很少β相的近a钛合金。
a钛合金的特点是组织稳定，高温性能好，热稳定性好，是耐热钛合会的基础。
但由于其不能承受热处理强化，因此室温下强度不是很高。
（2）β钛合金从β区淬火后能将高温的β-Ti稳定至室温即得到β钛合金或介β钛合金。
广义上的β钛合金包含平衡状态下不含α相的全β钛合金、具有较少α相的介稳定β钛合金以及具有较多α相的近β钛合金。
由于β钛合金体的心立方晶格结构，滑移系多，易产生塑性变形，高温组织稳定性差。
（3）α+β钛合金α+β钛合金是以α相为基体，添加适当的β稳定元素，一般也称为双相钛合金。
两相钛合金具有较好的综合力学性能，强度高于α钛合金，同时又保留了α钛合金的耐热性，可进行热处理强化，热加工性好。
高速铣削钛合金涂层刀具优选
高速铣削钛合金涂层刀具优选作者：翟万振鲍明志来源：《科学与财富》2017年第03期摘要：Ti6Al4V自身的切削加工特性致使刀具材料的选择对加工有着很大影响。
刀具涂层技术的发展与进步对提高刀具的切削性能和实现不同材料的高速切削起到了关键的作用。
在材料的切削加工过程中，每个工件材料都会对应一种或几种特别适合其加工的高效刀具材料。
本文主要分析适合钛合金切削的刀具涂层材料并对适合其加工的涂层刀具进行优选。
关键词：刀具；涂层；钛合金；切削1.刀具涂层制备工艺方法及涂层材料优选原则1.1刀具涂层的工艺方法涂层制备工艺的方法主要有物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD），其它方法还有如溶胶-凝胶法、等离子化学气相沉淀法（PCVD）、电镀、溶盐电解等，但都还存在较大的应用局限性。
对于金属切削刀具其表面涂层的制备通常选用PVD和CVD法。
1.2刀具涂层的优选原则（1）刀具涂层材料的物理力学性能比较钛合金高速切削过程中由于切削温度高，加工刀具材料必须具备高的硬度、耐磨性、高的导热系数、低的摩擦系数和低的化学活性。
PCD涂层硬度大，抗磨损能力强，耐热温度可达1000℃，并且摩擦系数很小0.02-0.15之间，此外TiAlN、AlTiN和AlCrN等涂层也具有较好的物理力学性能，耐热温度达到800℃以上。
（2）刀具涂层材料的化学性能比较Ti6Al4V加工刀具磨损主要有粘结磨损和元素的氧化扩散磨损，因此刀具材料必须选取抗粘结性高和化学活性低的涂层材料。
表中可以看出PCD的抗粘结、抗氧化和元素扩散强度都比较好。
2.常用硬质合金涂层刀具性能针对Ti6Al4V加工特性，刀具涂层技术可有效的解决刀具材料的力学、物理和化学性能之间的矛盾，对刀具寿命的延长起到重要作用。
（1）高的硬度及耐磨性一般而言，硬质合金涂层刀具有比硬质合金更高的硬度和抗磨损能力，如TiN、TiC、TiCN、TiAlN、AlTiN和金刚石等硬质合金涂层刀具有的可达到HV3000～4000，甚至高达HV9000。
钛合金加工技术,刀具材料
奥地利的硬质合金制造企业Ceratizit与世界领先的航空、航天企业共同开发了一种适合钛合金切削特殊要求的Maximill211-20铣刀(见图2)。经严酷条件下的切削试验表明，该铣刀加工钛的切削速度大约60m/min，同时寿命提高20%～100%，部分可达到200%。大而稳固的刀片在切深至19mm时还能稳定地铣削，可转位刀片是专门为加工钛、超级合金和耐热钢等难加工材料而设计的，刀片镀以CTC5240超级镀层，确保其抗高热的能力，光滑的表面使切屑很容易滑落，并保护基体免受磨损和腐蚀。由于缩短了加工时间，提高了加工过程的可靠性，Maximill21-20铣刀可节省加工成本，其突出的效率特性不仅使航空工业受益，在能源、涡轮机制造、油气输送和化学工业等部门在加工超级合金、钛合金、耐热钢等难加工材料时，Maximill2-20铣刀也能得到卓有成效的应用。
图2适合钛加工的Maximill211-20铣刀
德国瓦尔特(Walter)公司首次按PVD法在刀具材料上沉积氧化铝硬镀层，即所谓PVD-Tiger刀具(虎牌刀具)，期间还产生了用于完全铣削和车削的可转位刀片。这种刀片韧性极好，同时氧化铝镀层硬度高，耐热性好且耐磨性，特别适合加工钛合金、铟康镍基合金、钴基合金等耐高温的材料。瓦尔特的标牌为Ti40的VHM铣刀是加工钛合金的基本刀具。一种新硬质合金基体，新的AIGrN镀层和优化的微几何结构，使铣刀的切削率可以接近极限值。德国瓦尔特公司的各种加工钛合金的螺纹铣刀也是其中一部分。
机床具有大功率切削功能，德国Heller公司有针对性地设计、不知机床结构和坐
标轴结构，并配用了刚度极好的强力切削摆动单元安装刀具主轴，使机床在垂直、水平和空间任意角度都能产生同样的切削功率。
一句话，加工钛金属的机床要求大功率、高刚度、配有大流量高压冷却装置，并且还要接近性好。
钛合金高速铣削刀具刃口设计与优化研究
钛合金高速铣削刀具刃口设计与优化研究钛合金作为一种重要的结构材料，具有良好的机械性能和耐高温性，因此在航空航天工业、汽车制造、医疗器械等领域得到广泛应用。
然而，钛合金的高硬度、高强度和低导热性导致其难以加工，特别是在高速铣削过程中容易导致刃口磨损和断裂。
因此，对钛合金高速铣削刀具刃口的设计和优化研究具有重大意义。
一、刃口设计的要求在钛合金高速铣削过程中，刃口设计的要求主要包括以下几个方面：1. 刃口材料选择：钛合金高速铣削刃口的选材应考虑刃口的硬度、韧性和耐磨性。
通常采用高硬度的WC-Co、WC-TiC-TaC刃材。
2. 刃口几何参数的优化：刃口几何参数包括前角、刃前角、切割沟槽角、后角等。
这些参数的选择与钛合金的特性、加工条件、加工方式等密切相关。
通过调整这些参数，可以改善刀具的切削性能和寿命。
3. 刃口涂层的选择：通过选择适当的涂层材料和涂层结构，可以提升刃口的耐磨性和耐热性，延长刃口的使用寿命。
通常采用TiN、Al2O3等涂层材料。
4. 刃口结构的优化：刃口的结构参数如刃口宽度、切削刃数、螺旋角等，对刀具的切削性能和寿命有重要影响。
通过优化这些参数，可以提高刃口的切削效率。
二、刃口设计与优化方法为了设计和优化钛合金高速铣削刀具刃口，可以采用以下方法：1. 数值模拟与仿真：利用有限元软件对切削过程进行仿真分析，可以得到刃口与工件之间的相互作用力、切屑形成与排除等信息。
通过模拟和分析不同刃口参数对切削性能的影响，可以得到最优的刃口设计方案。
2. 实验测试与参数优化：通过实验测试，可以得到不同刃口设计参数下的切削力、表面粗糙度、切削温度等数据。
通过改变不同参数的组合，可以找到最佳的刃口设计方案。
3. 数学建模与优化算法：通过建立刃口设计的数学模型，并应用数学优化算法，可以得到最优的刃口设计参数。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群优化算法等。
三、刃口设计与优化案例以下是一个钛合金高速铣削刀具刃口设计与优化的实例：在实验测试中，选择了常用的WC-Co刃材，通过仿真分析和实验测试得到了不同刃口几何参数下的切削力和加工表面粗糙度数据。
钛合金加工技术刀具材料
钛合金加工技术刀具材料钛合金加工技术对于现代制造业来说是非常关键的一项技术。
钛合金具有重量轻、高强度、抗腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、汽车、医疗以及化工等领域。
然而，钛合金的加工难度较大，需要采用特殊的刀具材料和加工技术来保证加工质量和效率。
钛合金的切削性能差，主要表现为难于形成均匀的剥皮切屑，容易产生毛刺和不良切削痕迹，并且容易引起刀具磨损和热变形。
因此，选择适合的刀具材料是保证钛合金加工质量和效率的重要因素之一目前，常用于钛合金加工的刀具材料主要有硬质合金、陶瓷和超硬材料等。
硬质合金具有较好的切削性能和耐磨性，适用于一般钛合金的粗加工。
陶瓷刀具具有优异的耐磨性和热稳定性，适用于钛合金的中、精加工。
超硬材料如金刚石和CBN则具有极高的硬度和耐磨性，适用于高速切削和精密加工。
钛合金加工的一种常见方法是切削加工。
在切削加工中，为了提高切削效率和降低切削温度，常采用高切削速度和小切削深度的方式。
此外，采用合适的切削液也是非常重要的。
切削液可以降低切削时的摩擦和热量，减少刀具磨损和切削温度的提高，从而提高加工质量和延长刀具寿命。
对于钛合金的切削加工，还可以采用液压或超声波振动辅助切削技术。
液压辅助切削技术通过在切削过程中施加液压力来减小切削阻力，降低刀具磨损和加工温度。
超声波振动辅助切削技术利用超声波的高频振动来改善切削过程中的切削力和表面质量。
除了切削加工外，还有其他钛合金加工技术可供选择，如磨削、电火花加工和激光加工等。
磨削可以获得更高的表面质量和较低的切削温度，适用于高精度的加工。
电火花加工可以在硬性材料上加工出复杂的形状和细小尺寸的孔。
激光加工具有无接触、无刀具磨损和高精度的特点，适用于复杂形状的零件加工。
在钛合金加工中，选择适合的刀具材料和加工技术对于提高加工质量和效率至关重要。
通过不断研究和创新，可以进一步优化钛合金加工技术，推动钛合金在航空、汽车等领域的应用。
一种加工TA15钛合金钴高速钢钻头[实用新型专利]
![一种加工TA15钛合金钴高速钢钻头[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/118cc86fb9d528ea80c779b7.png)
专利名称：一种加工TA15钛合金钴高速钢钻头专利类型：实用新型专利
发明人：潘国华,唐臣升,苏万强,柳楠,王玉娇,李研申请号：CN201220067387.9
申请日：20120227
公开号：CN202479564U
公开日：
20121010
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种加工TA15钛合金钴高速钢钻头，包括钻头的刃部(1)，以及与刃部(1)连接的柄部(2)，其中，所述钻头刃部(1)的钻尖角(3)为60°～65°，钻头的钻心厚度(4)为0.3～0.5mm；本实用新型特别提供的加工TA15钛合金钴高速钢钻头，该钻头结构设计人性化，操作简单方便，克服了传统钻头的缺陷，切削加工质量好、效率高，寿命长，每个钻头至少可以加工50～60孔/次，并且生产工艺简单，制作成本低，具有重大的经济价值和社会价值。
申请人：沈阳飞机工业(集团)有限公司
地址：110034 辽宁省沈阳市皇姑区陵北街一段一号
国籍：CN
代理机构：沈阳晨创科技专利代理有限责任公司
代理人：张致仁
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高速切削加工钛合金的刀具材料_李友生
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深度。图 $ 为 %& ’& %()*+) 使用 , - ! （ ..$ ） 型刀具在
!］ 。从 不同的切削速度和进给量车削 /,0 时的情况 ［
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比后者的磨损要大的多。这主要是因为多层涂层对基 体有更好的结合力， 对工件有更好的抗磨损力。 近几年由于国外涂层工艺和涂层方法的不断成 熟， 使得涂层成分不断复杂和多样化， 甚至针对每一种 工件材料都有一种最合适的涂层材料， 而且出现了梯 度涂层、 纳米涂层、 软涂层、 超硬涂层等性能更好的涂 层， 所以越来越多的涂层刀具已经在国外应用到钛合 金的高速切削加工中， 并显示了良好的优越性。
蚀性好等优良特性， 使它在航天、 航空等领域越来越受 到青睐， 已经被广泛应用于军事和民用领域。 钛合金材料除了具有上述优良的特性外， 还有高 温化学活性大、 导热系数小、 弹性模量低、 与其它金属 摩擦系数大等特性， 这使得钛合金成为一种非常难加 工材料。
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钛合金切削加工的困难性
钛合金材料的物理化学机械性能的相互影响使它
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
使用硬质合金刀具（ B, 含量为 "8C .D ， /3, < /5, < EF, 含量为 !:C 9D ， ,A 含量为 8C GD ） 对 /3 - "!0!H 钛合金 进行立铣干切削试验（ 切削参数： ! " I 7:: ; < ;36， #$ I :C 7G ;; < 齿， % & I ! ;;， % ’ I .C . ;; ） ， 铣 削 !: ;36 时， 后刀面磨损为 :C $ ;;； 在切削参数 ! " I 9G ; < ;36， 其他 不 变 时， 铣 削 !G ;36 时， 后 刀 面 磨 损 为 :C !
高速切削刀具的扩散磨损检测研究
高速切削刀具的扩散磨损检测研究
王英姿;陶文宏;杨中喜;李友生
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2009(000)001
【摘要】针对目前高速切削加工刀具的扩散磨损检测比较难的问题,采用将车削加工钛合金(Ti-6Al-4V)的硬质合金刀具在最大磨损处切割,然后利用带能谱分析的扫描电子显微镜的特点,对刀具后刀面最大磨损处的截面进行观察和元素分析,从而检测了硬质合金刀具后刀面与钛合金粘结层之间的元素扩散.这种元素扩散的分析检测方法可以为高速切削加工刀具的扩散磨损研究提供帮助.
【总页数】3页(P116-118)
【作者】王英姿;陶文宏;杨中喜;李友生
【作者单位】济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;山东大学机械工程学院,山东,济南,250061
【正文语种】中文
【中图分类】TG8
【相关文献】
1.切削参数对高速切削钛合金刀具磨损的影响 [J], 姚远
2.高速切削中金刚石涂层Si3N4刀具磨损与切削力分析 [J], 宣仲义;鲁聪达
3.硬质合金刀具高速切削Ti6Al4V合金时扩散磨损的数值模拟 [J], 李一民;韩满林;
赵威
4.Sialon陶瓷刀具高速切削高温合金Inconel 718的切削性能和磨损机理的研究[J], 涂桂朝;伍尚华;刘佳;童文欣;蒋强国;李安琼
5.PCBN刀具高速切削镍基高温合金切削力及刀具磨损试验研究 [J], 吴明阳;陈勇;赵旭;徐明;程耀楠
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李友生 邓建新 石 磊
（ 山东大学机械工程学院， 山东 济南 !$%%&’ ） 摘
!
要： 概括介绍了钛合金的性能特点， 分析了钛合金切削加工困难的主要原因， 重点对国内外切削加工钛 合金的现状作了详细介绍， 由此明确了目前国内和国外切削加工钛合金水平的差距， 最后指出在国 内寻求一种或几种高速切削加工钛合金刀具材料的紧迫性和必要性。
%］ 耐磨性， 同时改善它的导热性 ［ 。图 % 为两种高速钢
对车刀耐用度的影响， 由图可以看出 /!34501$204) 的耐用度比 /734"01$2!89 的耐用度要好。
由于高速钢刀具的硬度比较低， 红硬性比较差， 导 热系数在 %7( ’" : !"( % / - （ ; ・ <） 之间， 仅为钨钴类 硬质合金的 % - $ 左右。此外高速钢中的 0 、 /、 2 等元 素会与钛合金在高温下发生扩散溶解甚至与钛合金发 使用钨钴类硬质合金刀具材料加工钛合金时， 切 削速度对刀具寿命的影响最大， 其次为进给量和切削
.， 8］ 加工钛合金 ［ ， 当切削速度（ 7.: M !!: ）; < ;36， 进给
采用了高速钢基体的 ,@E 和 /3,E 涂层（ 切削速度 ! " I G7 ; < ;36， # $ I :C 7G ;; < 齿， % & I $ ;;， % ’ I G ;;） 与 未涂层 B, 硬质合金刀具（ 切削速度 ! " I 7:: ; < ;36， # $ I :C 7G ;; < 齿， % & I $ ;;， % ’ I G ;; ） 切削 /,0 时的
蚀性好等优良特性， 使它在航天、 航空等领域越来越受 到青睐， 已经被广泛应用于军事和民用领域。 钛合金材料除了具有上述优良的特性外， 还有高 温化学活性大、 导热系数小、 弹性模量低、 与其它金属 摩擦系数大等特性， 这使得钛合金成为一种非常难加 工材料。
.
钛合金切削加工的困难性
钛合金材料的物理化学机械性能的相互影响使它
・# !" ・
深度。图 $ 为 %& ’& %()*+) 使用 , - ! （ ..$ ） 型刀具在
!］ 。从 不同的切削速度和进给量车削 /,0 时的情况 ［
9］ 验［ 。研究表明： 单层 /3E 的 JKL 涂层的后刀面磨损
比后者的磨损要大的多。这主要是因为多层涂层对基 体有更好的结合力， 对工件有更好的抗磨损力。 近几年由于国外涂层工艺和涂层方法的不断成 熟， 使得涂层成分不断复杂和多样化， 甚至针对每一种 工件材料都有一种最合适的涂层材料， 而且出现了梯 度涂层、 纳米涂层、 软涂层、 超硬涂层等性能更好的涂 层， 所以越来越多的涂层刀具已经在国外应用到钛合 金的高速切削加工中， 并显示了良好的优越性。
!］ 度和耐磨性。 B. C. BDEFGE 和 H. 3. /,>F ［ 指出： 当
!
!. "
切削加工钛合金的刀具材料
高速钢刀具 适合钛合金加工的高速钢主要有： （ %） 高钒高速
/0 晶粒的平均尺寸在 &( ) : %( $ !; 时， 钨钴类硬质 合金刀具的使用性能达到最好。
钢 /%!01$2$34； （ !） 高 钴 高 速 钢 /!34501$204) ； （ 6） 高铝高速钢 /734"01$2!89 和 /%&34$01$2689。 切削加工钛合金时， 选用 /!34501$204) 材料时 的 刀 具 切 削 寿 命 要 比 选 用 /734"01$2!89、 /%&34$01$2689 和 /%!01$2$34 的刀具切削寿命要 长， 这主要因为元素 04 能增加高速钢的高温硬度和
0， G］ 。 ;; ［
!& # 硼
［ 9］
超硬刀具 目前超硬刀具材料主要是金刚石和立方氮化 。金刚石具有极高的导热性、 好的化学稳定性（ 除与 T? 等反应外） 和 低的线膨胀系数； 立方氮化硼也有很高的硬度， 仅次于 金刚石， 耐热性非常好， 耐 热 温 度 可 以 达 到 7 0:: M 7 G:: U ， 而且具有比金刚石更好的化学稳定性。这 !& " 涂层刀具 目前， 由于国内涂层工艺和涂层设备与国外差距 还比较大， 特别是物理气相沉积涂层（ JKL 涂层） 和国 外大约有十年的差距， 导致国内涂层成分、 涂层方式比 较单一， 涂层刀具的硬度和结合力不理想， 在国内还未 有使用涂层刀具加工钛合金的报道。 在国 外 很 早 就 有 涂 层 刀 具 加 工 钛 合 金 的 报
! M "］ ， 图 G 为 %& ’& %()*+)，N& OA66?P 和 Q& Q5;56? 道［
些特性使得它们成为高速切削钛合金理想的刀具材 料。 由于金刚石和立方氮化硼刀具的价格非常昂贵， 国内科研单位和企业基本承担不起， 没有展开深入的 研究和广泛的应用。而国外已经开始了使用金刚石和 立方氮化硼刀具高速切削钛合金的研究和应用。 在国外， 聚晶金刚石（ J,L ） 刀具已经被用来高速
# 验收报告P 上海： !%%& （ ]） Q’"!%%&%’]& ） ， 国家自然科学基金（ $%"^$’UU ） 资助课题 ! 教育部基础科研项目（
・# !" ・
削温度很高， 造成工件的烧灼， 致使刀具材料软化， 加 快刀具的磨损， 这是钛合金加工的一个显著特点。 （ $） 冷硬、 粘结、 扩散等现象严重 钛合金的化学 活性大， 在高的切削温度下， 钛合金很容易吸收空气中 的氧、 氮、 氢等形成硬而脆的外皮， 同时由于钛合金与 刀具材料有很强的亲和性， 切削过程中， 刀具和工件之 间很容易发生粘结和元素扩散现象， 增大了切削加工 钛合金的困难。 （ "） 弹性恢复大 钛 合 金 弹 性 模 量 约 为 %&’( ) *+,， 仅为钢的 % - ! 。切削加工过程中， 小的弹性模量 会产生大的切削变形以及大的弹性恢复， 使刀具切削 的实际后角减小， 加剧后刀面与加工表面间的摩擦， 这 些都会加剧刀具的磨损， 影响已加工工件的表面质量。 针对钛合金切削加工的困难性， 所以在钛合金加 工中， 刀具材料的硬度、 强度要高， 导热系数要大， 化学 稳定性和红硬性要好。
图 $ 中可以得出： 在一定的速度范围内， 同一进给量的 条件下， 随切削速度的增加， 刀具使用寿命迅速减小； 在同一切削速度下， 随进给量的增加， 刀具使用寿命减 小。图 0 则反应出在使用 , - ! （ ..$ ） 型刀具车削 /1. 时， 不同的切削深度对刀具使用寿命的影响
［ !］
。
此外， /& 2345*565 等人在 7889 年研究钛合金切削 加工中使用 27: 硬质合金刀具在 7!: ; < ;36 的切削 速度下可切削加工 7:: 多 ;
［ ’］ 性最好， ! Y " 钛合金次之， " 钛合金最差 。 整体来讲， 钛合金具有比强度高、 热强度高、 抗腐
成为一种难切削加工材料。钛合金的切削加工困难性
’］ 主要表现如下［ 。
（ ’） 切屑的变形系数小
钛合金切屑的变形系数
， 而普通碳钢切 # 约为 ’ （ # Z 切削层长度 ! 切屑长度） 屑的变形系数 # 约等于 U 。钛合金切屑小的变形系数 使切削加工钛合金时， 切屑在前刀面上滑动的路程大 大增加， 加剧刀具的磨损。 （ !） 单位面积的切削力大 虽然钛合金的硬度较 低， 切削时主切削力比切 "$[ 钢时小 !%\ 左右， 但切 屑与前刀面的接触长度极短（ 约为钢材的 ’ T U ） ， 所以 单位接触面积上的切削力大大增大， 容易造成刀具的 崩刃。 （ U） 切削温度高 由于 钛 合 金 的 导 热 系 数 很 小 （ 仅为铁的 ’ T $ 、 铝的 ’ T ’" ） ， 切削时产生的切削热不 易传出， 集中在切削区和切削刃附近的较小范围内， 切
关键词： 钛合金
刀具材料
切削加工
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