TC4钛合金高速铣削加工切削参数及走刀路径优化
钛合金TC4铣削试验研究
钛合金TC4铣削试验研究【摘要】：本文通过对TC4钛合金锻件进行单因素铣削实验，得出其切屑形态随着铣削深度a的增大将由紧密螺旋状逐渐变为松散状的结论。
通过铣削率模型，找到了在特定铣削速度和进给速度下，铣削钛合金的最佳深度范围，对于钛合金铣削加工具有生产指导意义。
【关键词】：钛合金；切屑形态；铣削深度；铣削体积；铣削时间；铣削率引言钛合金具有质量轻、强度高、高温性能好、耐腐蚀等许多优点.在航空航天、船舶和化工等工业部门得到广泛的应用[1]。
但由于钛合金导热系数低、摩擦因数大、弹性模量小、化学活性大、切屑与前刀面的接触面积小，使得钛合金切削加工性较差[2]。
目前TC4应用比较广泛，是以α相为主的双相合金，β相一般少于30%，其综合性能好，组织稳定，有良好的韧性、塑性和高温变形性能。
但是，在高速条件的切削力、切削温度以及刀具磨损机理等方面还有很多现象解释不清，对工件的表面质量的影响方面等问题，针对这些问题国内外学者做过很多研究。
Narutaki对钛合金TC4的切削力和切削温度进行研究得到：切削钛合金时刀具磨损并非切削力所致，而切削温度是致使钛合金难以继续切削的主要原因。
F. Klocke，N等人在分析和实验的基础上，对涂层硬质合金刀具铣削TC4的效率进行了评价，用有限元的方法对切削时的应力-应变曲线进行分析。
1试验材料及过程1.1.试验材料试验材料为TC4钛合金锻件，尺寸为290mm×192 mm×65mm，其化学成分见表1。
表1 TC4钛合金的化学成分%合金牌号成分抗拉强度σb/MPa伸长率δ/% 冲击韧性ak/104J·m-2 硬度HB 弹性模量E/106MPa 导热系/W·（m·K）-1TC4 TC4 903 10 39.24 320-360 0.111 5.441.2.试验条件与过程为研究铣削时钛合金的切屑形态与铣削深度的关系，并确定在特定铣削速度和进给速度条件下的最佳铣削深度范围，应用单因素试验方法，设计了采用25HSS的莫氏锥柄立铣刀在X5032立式升降台铣床上对试件连续铣出台阶面的实验。
AlTiN涂层刀具精铣TC4钛合金工艺参数的影响与优化
XZSH^TechnotogyandMan^________________________________________________________2021年第1期AITiN涂层刀具精铳TC4钛合金工艺参数的影响与优化王胜①周明妥①魏小华①余文利①②郑丽文®®(①衢州职业技术学院机电工程学院，浙江衢州324000；②浙江大学机械工程学院，浙江杭州310027)摘要:采用AITiN涂层4刃010nun硬质合金立铳刀，在VMC850立式加工中心上对TC4钛合金进行铳削精加工试验。
利用高精密数字化检测设备，对加工成形的TC4钛合金试件表面粗糙度、平面度、平行度、表面形貌、残余应力及显微硬度测量。
分析AITiN涂层刀具在设定不同工艺参数条件下TC4钛合金的整体加工质量和表面形貌变化规律。
结果表明:在主轴转速"=8000r/min、每齿进给量£=0.04mm/z、切削深度AJ=0.5mm的最优精铳工艺参数下,TC4钛合金工件的加工质量和表面形貌好，刀具寿命长，其平面度为0.39Jim,平行度为0.33jun,表面粗糙度为0.70呻,表面残余应力为-175MPa,表面显微硬度为269HV。
,实现了TC4钛合金的高质量高效率的精铳加工。
关键词：TC4钛合金；AITiN刀具；加工精度;表面形貌;残余应力;显微硬度中图分类号:G71,TG547,TQ163文献标识码:ADOI：10.19287/ki.1005-2402.2021.01.012Influence and optimization of technological parameters in highspeed milling TC4titanium alloy with AITiN coated cutterWANG Sheng®,ZHOU Mingan®,WEI Xiaohua®,YU Wenli®®,ZHENG Liwen®®(①The Faculty of Mechanical and Electrical Engineering,Quzhou College of Technology,Quzhou324000,CHN；②School of Mechanical Engineering,Zhejiang University,Hangzhou310027,CHN)Abstract:Using AITiN coated4-edge</>10mm carbide end milling cutter,the milling finishing experiment of TC4 titanium alloy was carried out on VMC850vertical machining center.The surface roughness,flatness,parallelism,surface morphology,residual stress and microhardness of the machined TC4titanium alloyspecimen were measured by using high precision digital testing equipment.T he overall machining qualityand surface morphology of TC4titanium alloy with AITiN coated tool under difierent process parameterswere analyzed.The results show that under the optimal finishing process parameters of spindle speed n=8000i/min,feed per tooth£=0.04mm/z,and cutting depth=0.5mm,TC4titanium alloy workpiece has good machining quality and surface morphology,long tool life,flatness of0.39|xm,parallelismof0.33|xm,surface roughness of0.70|xm,surface residual stress of-175MPa,and surface microhardness of269HV02,thus realizing high-quality and high-efficiency finishing of TC4titanium alloy.Keywords:TC4titanium alloy；AITiN tool；machining accuracy；surface topography；residual stress；microhardnessTC4钛合金具有优良的耐腐蚀性能,其拥有密度小、强度高、韧性强的优良性能，被广泛用于高端精密及航空航天等较为重要的零部件上⑴。
《钛合金TC4高速切削加工性试验研究》
《钛合金TC4高速切削加工性试验研究》一、引言随着现代工业的快速发展，钛合金因其优良的力学性能和耐腐蚀性能，在航空、航天、医疗及汽车制造等领域得到广泛应用。
其中，钛合金TC4因其优异的综合性能而备受关注。
然而，由于钛合金的高硬度和低导热性等特点，其切削加工过程往往面临诸多挑战。
因此，对钛合金TC4的高速切削加工性进行试验研究，对于提高其加工效率、降低生产成本具有重要意义。
二、试验材料与方法1. 试验材料本试验选用钛合金TC4作为研究对象，其具有优良的力学性能和良好的加工性能。
试验中使用的切削工具为硬质合金刀具。
2. 试验方法（1）切削参数设计：根据实际生产需求，设计不同的切削速度、进给量和切削深度，进行多组切削试验。
（2）切削过程：采用高速切削机床进行切削加工，记录各组试验的切削力、切削温度等数据。
（3）切削质量评价：对加工后的工件进行表面质量、尺寸精度和形位公差等指标的评价。
三、试验结果与分析1. 切削力分析试验结果表明，随着切削速度的增加，切削力呈现先减小后增大的趋势。
在一定的切削速度范围内，切削力的减小有利于降低切削过程中的热量产生，从而降低切削温度。
然而，过高的切削速度可能导致切削力的增大，增加切削过程中的振动和工件表面损伤。
2. 切削温度分析切削温度是评价高速切削加工性能的重要指标。
试验发现，切削温度随着切削速度的增加而升高。
在一定的进给量和切削深度下，合理的选择切削速度对于控制切削温度、提高工件表面质量具有重要意义。
3. 表面质量与尺寸精度通过对加工后的工件进行表面质量、尺寸精度和形位公差等指标的评价，发现合理的切削参数组合能够获得较好的工件表面质量和尺寸精度。
同时，采用合理的刀具和切削液能够进一步降低工件表面粗糙度，提高形位公差。
四、结论通过对钛合金TC4的高速切削加工性试验研究，得出以下结论：1. 合理的切削参数组合能够降低切削力、切削温度和工件表面粗糙度，提高工件表面质量和尺寸精度。
《钛合金TC4高速切削加工性试验研究》
《钛合金TC4高速切削加工性试验研究》摘要：本文通过对钛合金TC4材料的高速切削加工性进行实验研究，分析了不同切削参数对切削力、切削温度以及表面质量的影响，并探讨了其加工性能的优化策略。
通过实验数据及结果分析，为钛合金TC4的高速切削加工提供理论依据和实际指导。
一、引言钛合金因其优良的力学性能和耐腐蚀性能，在航空、航天、医疗及汽车制造等领域得到广泛应用。
TC4作为钛合金中的一种，其切削加工性能的研究对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。
本文旨在通过高速切削加工性试验，探究TC4的切削行为及优化加工参数。
二、材料与实验方法1. 材料选择：选用钛合金TC4作为研究对象，其具有较高的强度和良好的塑性。
2. 实验设备：采用高速数控铣床进行切削实验，配备高精度测力仪和热像仪以监测切削力和切削温度。
3. 实验方法：设计不同切削速度、进给量和切削深度的组合，进行正交切削实验。
记录切削力、切削温度以及工件表面质量等数据。
三、实验结果与分析1. 切削力分析：随着切削速度的增加，切削力呈现先减小后增大的趋势；进给量的增加会导致切削力的增大；而切削深度的增加对切削力的影响相对较小。
2. 切削温度分析：切削温度随切削速度的增加而升高，进给量和切削深度对切削温度也有影响，但影响程度较小。
3. 表面质量分析：合适的切削参数能获得较好的表面质量，表面粗糙度随切削速度的增加先降低后增加，而进给量和切削深度对表面粗糙度的影响较大。
四、优化策略与讨论1. 优化切削参数：根据实验结果，可得出最优的切削参数组合，以降低切削力和切削温度，提高工件表面质量。
2. 刀具选择与维护：选用合适的刀具材料和涂层，保持刀具的锋利度，可有效提高切削效率和工件质量。
3. 工艺路线优化：通过合理安排工艺流程，如预处理、热处理等，可改善TC4的加工性能。
4. 考虑工艺参数的交互作用：在实际生产中，应综合考虑各工艺参数的交互作用，以获得最佳的加工效果。
钛合金零件切削用量与刀具参数的选择-中华工具网
钛合金零件切削用量与刀具参数的选择-中华工具网钛合金零件切削用量与刀具参数的选择- 中华工具网钛合金零件切削用量与刀具参数的选择主要加工方法钛合金零件的加工余量比较大，有的部位很薄(2～3mm)，主要配合表面的尺寸精度、形位公差又较严，因此每项结构件都必须按粗加工→半精加工→精加工的顺序分阶段安排工序。
主要表面分阶段反复加工，减少表面残余应力，防止变形，最后达到设计图的要求。
其主要的加工方法有铣削、车削、磨削、钻削、铰削、攻丝等。
铣削用量及刀具的选择钛合金结构件中大量应用铣削加工，如零件内外型面。
刀具应选择具有高硬度、高抗弯强度和韧性、耐磨性好、热硬性好、工艺性好、散热性好的材料，主要为高速钢W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4VCo5(M42)和硬质合金YG8、K3O、Y330。
刀具几何参数应以保证刀具强度高、刚性好、锋利为原则，细长比不能过大，并分粗、精加工两种，加工时最好采用顺铣。
铣削刀具参数见表1，常规加工铣削用量见表2。
铣削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度，切削液流量应不小于5L/min，以延长刀具的使用寿命。
在上述常规加工的基础上，为进一步提高铣削加工效率，我们在强力铣加工中心机床上进行了高效铣削试验，获得了较理想的切削用量、刀具和切削液，铣削用量数据见表3。
通过高效铣削与常规对比可以看出，高效铣削加工比常规加工效率提高了2～4倍，零件表面质量也得到较大的提高，加工周期大大缩短，制造成本相应降低。
车削用量及刀具的选择在刀具、切削用量、切削液选择合理的情况下，钛合金车削并不困难，与加工合金钢接近。
但车削钛合金表面氧化皮较为困难，一般在加工前用酸洗方法去掉表面薄层氧化皮，然后车削剩余的氧化皮，车削时切削深度应超过氧化皮深度1～5倍，走刀量可加大，但切削速度应降低。
刀具材料应选择YG类硬质合金材料。
刀具几何参数选择：前角g0=4°～8°，后角a0=12°～18°，主偏角Ø45°～75°，刃倾角l=0°，刀尖圆弧半径r=0.5～1.5mm。
TC4钛合金高速铣削加工切削参数及走刀路径优化
TC4 钛合金高速铳削加工切削参数及走刀路径优化时TC4鬲速聽耦加工的切刖力以矗表面用筋度诜行研究,其最终冃的都是为了在穂定切削条件卜.寞现髙速铳刖加工切刑擄数的优4匕耀小切削力，从而械小加丁喪略提高加T.表面质址「进而提高TC4tt合金薄壁摧架宰件的住产效率，本章基于高速铳削加工试躺■提出了1C4检合金鼎速铳削如L切削掺数的选择原则’采用粒了腊法对齊逵铁削加工TC4fc**的切削参数进荷了优化•对高速帙削抑工过程中知何选择走刀方式进行探讨.利用ANSYS软件预测鞠瓏框架的受力变形”4J TC4钛合金崙逮抚削加工切削参数的选择4JJ 切削逑度的选择理论上切削連度提高到一定程鷹会使切削溫席降低*但是实验证明，切削TC4钛合金时.过高的刖削速度会导致门卅过热r刀刃粘辭*同HL匾度持喷升高会导致钛告金工件衷画尺开裂或氧化”甚至会随切削层度的増加而一直槌贏到怫.邸删.阖此.对T<4 覆舍金进订高遼铳创加工时・切削連度不宜过高.很据高進切削H1工实验结果*用丈切削菖度不宜超过4Wm/m:n u4J2 径向切探的述择为避免刀尖在礎化展内切削*减小丿〕具带拟’可以遴用较大的切滦阿匚但由于钛合金宸含为好.较大的切课容畠在加工过程中产生粘JT烧刀、斯刀现彖.園此，对TC4钱合金进和高速立铳加工时.卷向切深不宜过大.根据高速切削加工实验结舉，ft 大径向切探不胃超过昇具直铉的1/J.4JJ进^swaff在ttftJJtllT的切削宴繁中迓给量对刀具的那」用厦夥响较小. 锻悄况下，利用立觇刀加工诙合金时，鮒托进绘联迎定在0丄心耐历殖序内n进绘董太大・导致切削駁大『影响刀具寿侖.每转进给童最好不要小r(W5inm仏进给量太小*则会使刀刃在锁化层内切削•［同捋减中刀具的便用寿命.尤其是在高遽切削时*懂就的钛含金炖屑容易在禹温洁况F燃烧熔化脂凝结在已加工表面.爭响加工质虽。
根据高速讷削恻匸妾验第果，每转进© KHd s T' 0,1mm/r»嚴大不宜翅过O.Smm/r.4」川其他鑒数的设置钛含金表哪谨就怎釣(Mmm,切別TC4越合金的桁加工余JR不能小干O.lmniP否则刀刃会在硬化层上进行切削，邀成刀具严取厮损。
钛合金TC4深孔钴削切削用量的试验研究
概而论 ， 研 究 材 料 的特 性 （ 括 材 料 的力 学 性 应 包
能、 切削 加工性 等 ） 选择 相 应 的 刀片 材 料 。针对 钛 ， 合金 的切 削特性 ， 对刀具 材料本 身 的要求 ， 及 现选用
Ｙ 作 为刀 齿材料 。 Ｇ８ ２ ２ 刀 具结构 和几 何参数 ． 刀具 的结 构和 几何角 度Ｌ 如 图 １ 示 。 ５ 所
（ ｐ ｔ ｅ ｔｏｆＭ ｅ ｈａ ｃ ｌＥｎ ｎ ｅ ｉ ｇ，Ｘｉ ｎ Ｓ ｙｏｕ Ｕ ｎ ｖ ｒ ｉｙ，Ｘｉ ｎ ７ ００ Ｄｅ ａｒｍ ｎ ｃ ｎｉａ ｇｉｅ ｒｎ ＇ ｈｉ ｉ ｅ ｓｔ ａ １ ６５，Ｃｈｉ ） ａ ｎａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｕ ｙ ｏ ｕ ｔ ｇ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｆ ｉａ ｉ ｍ ｌ ｙ，ａ ｄ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｔ ｅ ｔ ｒ ｓ ｏ ｉ ｉｕｔ ｔ ｃ ｉ ｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｄ ｆ ｔｉ ｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｔ ｎｕ ａ ｌ ｃ ｎ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｉｓ ｆａ ｕ ｅ ｆｄ ｆ ｃ ｌ ｏ ｍａ ｈ — ｆ
点 。 本 次 试 验 中 取 主 轴 转 速 为 ２ ０ ｒｍｉ 、 ３ ／ ９ ／ ｎ ２ ０ ｒ ｍｉ、 ９ ／ ｎ进 行 优 化 ； 削 用 量 为 ０ ０ ｎ １ ０ｒｍｉ 切 ． ５ｍｍ／ 、 ｒ
或 ＹＴ５ 硬质合 金刀 片 ； 类 而外齿和 中间齿 由于切 削
速度较 中心齿 高（ 尤其 是外 齿） 应 选用 硬度好 、 ， 耐磨
［］阮秋琦．数字 图像处 理学［ ． ４ Ｍ］ 北京 ： 电子工业 出版社 ，
２ ４． ００
械 的研 究 。
收 稿 日期 ： ０ ９ ４月 ２ 日 ２０ 年 ３
钛合金切削加工分析
钛合金切削加工分析钛合金的弹性模数小，如TC4的弹性模量E=110GPa，约为钢的一半，因而由切削力所引起的被加工件弹性变形大，将降低工件精度，为此要改善加工系统的刚性。
工件必须很牢固地装夹，刀具对工件支承点的刀矩减到最小。
刀具必须锋利，否则将发生振动、磨擦，使刀具耐用度缩短，工件精度下降。
2 加工表面粗糙度低的原因分析切削钛合金时，仅在切削速度1~5mm/min的范围内，才有积屑瘤形成。
因此在一般生产条件下切削钛合金时，不会产生积屑瘤。
工件与刀具之间的磨擦系数并不很大，容易得到良好的表面质量。
采用冷却润滑液对于改善钛合金表面微观几何形状是没有效果的，切削钛合金时已加工表面粗糙度较低是由于刀具上没有积屑瘤的缘故。
但是，为了改善切削条件，降低切削温度，提高刀具寿命，同时为了消除火灾的危险，加工时使用大量可溶性冷却剂也是必要的。
3 避免加工时发火燃烧现象发生的措施通常钛合金零件加工时没有发火燃烧的现象，可是在微切削状态下加工时有发火燃烧现象，为了避免这种危险性，应该采取措施。
3.1大量使用冷却液；3.2及时从机床上扫除切屑；3.3备有灭火器材；3.4及时更换用钝的刀具；3.5工件表面污染时易引起火花，此时必须降低切削速度；3.6比薄切屑相比，厚切屑不易产生火花，因此要加大走刀量，加大走刀量不会象加大切削速度那样使温度迅速升高。
4 加工钛合金切削用量的选用准则应从降低切削温度的观点出发，采用较低的切削速度和较大的走刀量。
由于高的切削温度使钛合金从大气中吸收氧和氢造成工件表面硬脆，使刀具剧烈磨损，因此在加工过程中，须使刀尖温度保持在合适的温度，避免温度过高。
4.1在断续切削的条件下用YG8车刀车削带硬皮的钛合金工件时，推荐的切削用量为v=15~28m/min，f=0.25~0.35mm/r，ap=1~3mm。
4.2在连续切削的条件下用YG3车刀精车钛合金工件时，推荐的切削用量为v=50~70m/min，f=0.1~0.2mm/r，ap=0.3~1mm。
TC4钛合金高速铣削表面粗糙度研究
TC4钛合金高速铣削表面粗糙度研究摘要：TC4 钛合金被广泛地用于航空航天等众多领域，为了提高钛合金零件的表面加工质量和加工效率，对 TC4 钛合金高速铣削表面粗糙度进行研究具有十分重要的意义。
关键词：TC4 钛合金；正交试验；切削参数；表面粗糙度；1 引言TC4 钛合金具有优良的耐腐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等优点，在航空航天等许多行业都得到广泛的应用。
从现在的行业和产品上来看，所有钛合金产品中有大约60％的产品原料为 Ti-6Al-4V，α+β 钛合金是工业上应用最多的一类钛合金。
在实际应用中，对钛合金产品的表面粗糙度要求很高，因为表面粗糙度与零件接触刚性、耐磨性以及产品的疲劳强度和振动等许多方面都存在着密切的联系，这些方面会严重影响到机械产品的使用寿命，表面粗糙度已经成为衡量表面质量的一项重要指标。
因此，研究钛合金零件的表面质量，降低表面粗糙度有着十分重要的意义。
目前，对不同型号钛合金的研究十分普遍，主要研究方法有支持向量机法、响应曲面法和正交试验法等。
在已有的采用正交试验法的钛合金表面粗糙度研究中多选择三个试验因素，而在切削加工中能够对产品表面质量产生影响的因素有很多，其中切削参数、不同零件的结构特点、刀具类型和材料、加工中随机因素等方面，特别是切削参数对产品粗糙度的会产生巨大的影响。
2 正交试验方案设计2.1 确定试验因素和水平正交试验法是一种科学地安排与分析多因素试验的方法，主要作用是能够用较少的试验次数找出不同因素及水平间的最优搭配。
进行正交试验的第一步工作就是明确试验目的，在此基础上确定试验指标，根据经验和手册选择影响因素，将同一因素设置出不同的因素水平，再将因素和水平进行合理的搭配形成正交表。
在铣削加工中最主要的切削参数有每齿进给量 fz、加工中刀具的切削深度 ap、机床的主轴转速 n 和切削宽度 ae，所以选取以上 4 个切削参数作为试验因素，根据钛合金 TC4 高速加工的生产经验和加工手册选取 4 个水平，建立正交试验表 L16（45）。
TC4钛合金
TC4钛合金TC4钛合金●TC4 钛合金热处理：TC4钛合金mpa，TC4材料固溶强化处理后，强度增加不大，也就到1100MPa，退火状态下强度一般在900MPa●TC4 热膨胀系数：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。
●TC4钛合金力学性能：抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25●TC4钛合金密度:4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）●TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5[1][2][3][4]●TC4 热膨胀系数：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。
●TC4钛合金力学性能：抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25●TC4钛合金密度:4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）●TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5钛合金TC4高速铣削表面完整性的研究发表于: 2008-3-14 0:01:13来源:深圳宝玛作者:数控机床点击:载入中...次由于钛合金具有比强度高、热强度好、耐腐蚀、资源丰富等一系列优点，因此在航空、航天等工业部门中的应用越来越广泛，用于制作飞机和发动机中的主要构件。
浅谈TC4钛合金的铣削加工
浅谈TC4钛合金的铣削加工作者：蔡红军谢敏婵赵勃来源：《数字化用户》2013年第20期【摘要】根据TC4钛合金的难切削加工性，从铣削加工时铣刀、铣削用量、铣削方式、切削液等的选取方面，介绍基本的铣削加工工艺和注意事项。
【关键词】TC4钛合金铣刀铣削用量氧化层一、引言Ti6Al4V（以下简称TC4）是目前用量最大的钛合金材料，其因具有密度小、强度高、比强度大、综合力学性能和工艺性能（热变形性、焊接性、耐蚀性）良好等一系列优点，而在航空航天、船舶、石化、医药卫生等领域得到广泛和成功应用。
随着相关工业的飞速发展，TC4钛合金的使用量与日俱增，其在机械加工行业的切削加工也日渐成熟。
钛合金铣削作为切削加工量中占比最大的加工方式，加之加工时易出现铣刀崩刃，耐用度底等问题，使得TC4的铣削加工受到普遍关注。
二、TC4钛合金的切削加工性TC4钛合金属于（α+β）型钛合金，是典型的难加工材料之一，其切削加工性仅为45钢的1/5～2/5，介于不锈钢和高温合金之间。
主要是因为：（一）TC4的导热率为铁的1/4、铝的1/16，比不锈钢和高温合金的导热率还要低，使得加工过程中产生的大量切削热大部分残留在刀具内，造成切削温度高，刀具迅速磨损。
（二）与45钢相比，TC4的切削力是其2/3～3/4，但切屑与前刀面的接触面积却只有其1/2～2/3，所以切削刃承受的应力是钢的1.3～1.5倍，刀尖或切削刃更容易磨损或损伤。
（三）相同条件下，TC4材料与刀具材料的摩擦系数大于碳钢，切屑沿前刀面流出的摩擦速度高，导致摩擦功大，摩擦界面温度高，刀具易磨损。
（四）高温时，钛合金能与空气中的氢、氧、氮起化学反应，形成硬化层，造成工件塑性降低，切屑与前刀面接触面积减小，加速刀具磨损。
（五）TC4的弹性模量约为钢的1/2，小弹性模量和大屈强比使切削加工时工件已加工面产生较大回弹和变形，刀具后角磨损，与零件摩擦加剧。
三、TC4钛合金的铣削加工（一）铣刀的选择铣削TC4钛合金用铣刀常选高性能高速钢和硬质合金两种材质。
TC4钛合金车削工艺参数优化
命和磨损机理等方 面， 对切削参数涉及不多 。本文 通过正交试验筛选其粗加工切削参数 ， 在粗加工基
＝
。
０ ． ４ ｍｍ ：０． １ ｍｍ／ ｒ ．Ｔｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ
ｏ ｆ ｉ ｆ ｎ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｔ ｕ ｎｉ ｒ ｎ ｇ ｒｅ ａ ＝６ ０ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ， Ｕ ＝ ０ ． ２ ｍｍ￣ 厂 ＝０ ． Ｉ ｍｍ ／ ｒ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｂ ｉ ｄ ｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｏ ｆ Ｕ Ｓ ７ ３ ５ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｏ ｏ ｌ
的磨损 情况进行 了分析 。研 究表 明 ： Ｔ Ｃ Ａ钛合金粗加 工最优切 削参数 为 ： ＝６ ０ ｍ／ ｍ ｉ ｎ 、 ０ 。 ＝０ ． ４ ｍｍ、 ， ’ ＝０ ． １ ｍ ｍ ／ ｒ ；
Ｔ Ｃ Ａ钛合金 精加工最优切削参数为 ： ＝６ ０ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ 、 ａ ＝ ０ ． ２ ｍ ｍ、 厂 ＝０ ． Ｉ ｍｍ ／ ｒ ； 由于 Ｕ Ｅ ６ ０ ２ ０涂层 硬质合 金刀具 的涂 层 中含有 Ｔ ｉ Ｃ， 其与工件 中的 Ｔ ｉ 元 素亲和 扩散 ， 致使 Ｕ Ｅ ６ ０ ２ ０涂层刀具的耐用度低于 Ｕ Ｓ ７ ３ ５刀具 。 关键 词 ：Ｔ Ｃ ４钛 合金 ； 车削加工 ； 切削参数 ； 刀具 耐用度
２ ０ １ ６年第 ５ Ｏ卷 Ｎｏ ． １ １
钛合金加工切削参数表
钛合金加工切削参数表摘要：一、钛合金加工概述二、钛合金加工切削参数表的内容三、钛合金加工切削参数表的应用四、钛合金加工切削参数表的注意事项正文：一、钛合金加工概述钛合金是一种高强度、轻质的金属材料，由于其优异的力学性能和良好的抗腐蚀性，被广泛应用于航空航天、化工、医疗等领域。
然而，钛合金的加工难度较大，对加工工艺和切削参数的选择有较高要求。
为了保证钛合金产品的加工质量和效率，制定合适的切削参数表至关重要。
二、钛合金加工切削参数表的内容钛合金加工切削参数表主要包括以下内容：1.刀具材料：针对钛合金的特性，选择合适的刀具材料，如高速钢、硬质合金、陶瓷刀具等。
2.刀具形状和大小：根据加工零件的形状和尺寸，选择合适的刀具形状和大小，以保证切削效果和刀具寿命。
3.切削速度：切削速度是切削参数表中最重要的一项，过快或过慢的切削速度都会影响加工效果。
一般来说，切削速度应根据刀具材料、刀具形状和大小以及钛合金的硬度来选择。
4.进给速度：进给速度的选择应根据加工零件的尺寸和形状、刀具材料和大小以及切削速度来综合考虑。
5.刀具的摆动角和轴向力：刀具的摆动角和轴向力会影响切削过程中的切削力和刀具的磨损，应根据实际情况进行选择。
6.冷却液：钛合金加工过程中，选择合适的冷却液可以降低切削温度，减少刀具磨损，提高加工质量。
三、钛合金加工切削参数表的应用在钛合金加工过程中，操作者可以根据切削参数表选择合适的切削参数，以达到最佳的切削效果和刀具寿命。
同时，切削参数表也可以为生产管理人员提供参考，以优化生产过程和提高生产效率。
四、钛合金加工切削参数表的注意事项在使用钛合金加工切削参数表时，应注意以下几点：1.切削参数表并非一成不变，应根据实际情况进行调整。
2.在选择切削参数时，应综合考虑刀具材料、大小、形状、切削速度、进给速度等因素，以保证最佳的切削效果。
3.在加工过程中，要注意观察刀具的磨损情况，适时更换刀具，以保证加工质量。
钛合金零件切削用量与刀具参数的选择---中华工具网
钛合金零件切削用量与刀具参数的选择- 中华工具网钛合金零件切削用量与刀具参数的选择 主要加工方法钛合金零件的加工余量比较大，有的部位很薄(2～3mm)，主要配合表面的尺寸精度、形位公差又较严，因此每项结构件都必须按粗加工→半精加工→精加工的顺序分阶段安排工序。
主要表面分阶段反复加工，减少表面残余应力，防止变形，最后达到设计图的要求。
其主要的加工方法有铣削、车削、磨削、钻削、铰削、攻丝等。
铣削用量及刀具的选择钛合金结构件中大量应用铣削加工，如零件内外型面。
刀具应选择具有高硬度、高抗弯强度和韧性、耐磨性好、热硬性好、工艺性好、散热性好的材料，主要为高速钢W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4VCo5(M42)和硬质合金YG8、K3O、Y330。
刀具几何参数应以保证刀具强度高、刚性好、锋利为原则，细长比不能过大，并分粗、精加工两种，加工时最好采用顺铣。
铣削刀具参数见表1，常规加工铣削用量见表2。
铣削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度，切削液流量应不小于5L/min，以延长刀具的使用寿命。
在上述常规加工的基础上，为进一步提高铣削加工效率，我们在强力铣加工中心机床上进行了高效铣削试验，获得了较理想的切削用量、刀具和切削液，铣削用量数据见表3。
通过高效铣削与常规对比可以看出，高效铣削加工比常规加工效率提高了2～4倍，零件表面质量也得到较大的提高，加工周期大大缩短，制造成本相应降低。
车削用量及刀具的选择在刀具、切削用量、切削液选择合理的情况下，钛合金车削并不困难，与加工合金钢接近。
但车削钛合金表面氧化皮较为困难，一般在加工前用酸洗方法去掉表面薄层氧化皮，然后车削剩余的氧化皮，车削时切削深度应超过氧化皮深度1～5倍，走刀量可加大，但切削速度应降低。
刀具材料应选择YG类硬质合金材料。
刀具几何参数选择：前角g0=4°～8°，后角a0=12°～18°，主偏角Ø45°～75°，刃倾角l=0°，刀尖圆弧半径r=0.5～1.5mm。
钛合金TC4零件的加工工艺研究
钛合金TC4零件的加工工艺研究摘要】本文介绍了钛合金材料基本特性,并着重从零件加工方面介绍了钛合金TC4切削加工的特点、加工技巧以及加工过程中的注意事项。
【关键词】钛合金加工化学中图分类号：TH161文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2020）07-051-02前言近些年，随着军用装备的研发与制造不断向着轻便、灵活方向发展，为了满足战斗装备对战斗性能要求，除了采用先进的设计技术外，还必须采用性能优良的材料以及先进的工艺制造技术，其中提高钛合金零件的选用、提高先进钛合金应用水平也是措施之一。
钛合金TC4材料具有强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性能好、化学活性大、导热弹性小等优点，故近年来随着航空航天的飞速发展，钛合金TC4零件在航空航天领域的使用范围逐年增长，所占比例逐渐增大。
但TC4的切削性能较差，影响TC4零件的加工质量和效率。
一、钛合金TC4材料加工特性分析通过对8个批次（1000件）TC4材料的零件加工研究，掌握钛合金TC4的加工性较差的主要表现为：切削刀具寿命短；切削过程温度高；同等面积相对切削力大；易出现冷硬现象。
并针对其特点进行了原因分析：(1)切削刀具寿命短：由于钛合金TC4对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损,尤其在车削钛合金TC4时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重。
若TC4原材料毛坯经过模锻、自由锻、冲压等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金TC4加工中最困难的工序。
另外钛合金TC4材料的导热系数低。
切屑面与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内，加工时切削刃刃口处会产生极高的切削温度，也会大大缩短刀具寿命。
(2)切削过程温度高：由于钛合金TC4的导热系数很小，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。
TC4切削力实验研究
摘要自20世纪50年代以来，钛及钛合金经历了半个多世纪的发展，种类从最初的Ti-6AI-4V发展到数百种，我国列入国家标准的钛及钛合金牌号就达24种。
由于它强度小、耐热性好、抗腐蚀性优良，它在航空航天、军事、体育器械、医疗器械、照相器材等领域得到了广泛的应用。
但钛合金制造工艺复杂，所以如何改进钛合金的加工工艺，就成为钛合金应用的研究课题。
在钛金的切削加工方面，一些发达国家走在了世界的前列。
为此，研究钛合金的切削加工十分必要，对我国在这方面的发展具有重要的意义。
本文从钛合金的性能、切削特点和车削加工理论出发，分析了TC4车削加工时刀具选择、切削用量、刀具角度选择以及切削力，并从设计试验方案出发，利用切削力测试系统对TC4进行车削力测定，研究切削力曲线特征，建立TC4的切削力经验公式。
关键词：钛合金；刀具选择；切削加工型；正交试验法；经验公式AbstractSince the 1950s, the development of titanium and titanium alloy already experience more than half a century of course, titanium alloy types already from Ti-6AI -4V development to hundreds of kinds, our country listed in the national standard grades of titanium and titanium alloy formule 24. Because of its high strength, low density, good heat resistance, corrosion resistance, excellent in aerospace and military, sports equipment, medical equipment, photographic equipment, etc widely used. Although the broad application of titanium alloys, but the complexity of manufacturing process, so how to improve the processing of titanium alloys , titanium alloys have become the application of research. Machining in titanium alloys, the number of developed countries have been at the forefront of world. To this end, the study of machining titanium alloys is essential to our development in this area is of great significance.In this paper, the performance of titanium alloy, the cutting characteristics and turning theory, and analysis tool TC4 choice when turning, cutting, cutting tool selection and cutting force angle, and the design of orthogonal pilot program, the use of cutting force testing system to TC4 determination of cutting force to study the characteristics of the cutting force curve, the establishment of TC4 empirical formula of force.Keywords: Titanium alloy; tools selection; cutting workability; orthogonal experiment; experience formula1 钛合金概述钛在地球蕴藏着的元素中含量排名第九，其蕴藏量占0.44%到0.57%，1795年德国化学家M.H.克拉普鲁斯发现了该元素并以希腊神Titans命名。
TC4钛合金切削过程的有限元模拟
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式中第一项描述了材料的应变强化效应，第二 项反映了流动应力随对数应变速率增加的关系，第 三项反映了流动应力随温度升高指数降低的关系。 Tm、 Tr 分别表示参考应变速率和参考温度， Tm 为材 料熔点。式中 A、B、n、C、m、D、k 是 7 个待定 参数；A、B、n 表征材料应变强化项系数；C 表征 材料应变速率强化项系数； m 表征材料热软化系数； t , m 分别为常温材料熔点。
图 2-1
2.创建工件模型，在弹出的如图 2-2所示的对 话框中，设定模型的名称为 Base，在建模空间选项 中选择 2DPlanar，类型选择 Deformable，基本特征 选择 Shell， 近似尺寸选择 0.01。 点击 Continue 进入 绘制草图步骤。
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1.1 TC4 钛合金切削模型建立的假设 在实际加工钛合金的过程中，会有很多影响加 工过程的因素，这些因素多而且复杂，所以建立有 限元分析的过程非常复杂， 所以为了简化建模过程， 必须对其进行简化，本文中的有限元模型是建立在 以下基础之上的： (1) 刀具是刚体，足够坚硬和锋利，在切削过 程中不发生变形； (2) 被加工的材料是各向同性的，且加工过程 中不出现金相组织变化以及化学成分变化等； (3) 刀具宽度远大于切削宽度，切削过程按照 平面切削进行模拟； (4) 加工过程中不发生刀具及工件的振动。 1.2 TC4 的 Johnson-Cook 本构模型 材料的本构模型一般用于对材料的力学性质的 描述，表示材料在变形过程中的动态部分的响应。 当材料的微观组织结构确定时，变形速度、变形剧 烈程度及变形温度等将会非常明显地影响变形应 力， 所以材料本构模型用流动应力与应变、 应变率、 温度等变形参数之间的数学函数关系来进行表示。 建立材料的本构模型， 是进行材料塑性研究的基础， 同时对材料的加工工艺的制定具有较大的指导意 义。在现代塑性力学研究中，有限元分析是其基础 方法，因此材料流动应力的精准程度是影响分析准 确性的关键。在研究钛合金高速切削的过程中，我 们必须建立准确的材料的本构模型，这是我们进行 切削加工模拟的基础环节，因为只有明确了应力应 变随温度变化的关系，才能够抓住材料在切削加工 过程中塑性变形关系，由此才能在建立边界条件， 施加载荷之后，得到准确的仿真结果。 在对钛合金进行高速切削的过程中，工件会在 高温高压下发生大幅度的弹塑性变形，同时，因为 弹塑性变化过程非常迅速，因此应变、应力以及温 度变化的梯度很大，找到一个合适的能表示这个过 程的本构方程非常关键。现在常用的塑性材料本构 模 型 主 要 有 ： Bodner-Paton 、 Johnson-Cook 、 Follansbee-Kocks、Zerrilli-Armstrong 等模型，而只 有 Johnson-Cook 模型描述材料高应变速率下热粘 塑性变形行为[1]。 Johnson—Cook 模型认为材料在高
钛合金大进给铣削数控加工程序优化及应用
钛合金大进给铣削数控加工程序优化及应用
陈清良;何宁;李亮;赵威;史琦
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2014(043)001
【摘要】钛合金因其优越的比强度、机械性能和抗腐蚀性等优点而广泛应用于航空工业,但由于热导率低、弹性模量小、化学活性高等问题而导致其切削加工性差.介绍了大进给铣削技术这种高速高效的钛合金加工方法,分析了大进给数控加工程序编制带来的效率、品质和成本等方面的问题,提出了相应的加工程序优化方案,并在实际产品上进行了验证.
【总页数】5页(P47-51)
【作者】陈清良;何宁;李亮;赵威;史琦
【作者单位】南京航空航天大学机电工程学院,江苏南京210016;成都飞机工业(集团)公司制造工程部,四川成都610091;南京航空航天大学机电工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电工程学院,江苏南京210016【正文语种】中文
【中图分类】TG547
【相关文献】
1.大进给铣削TC21钛合金的刀具磨损试验研究 [J], 史琦;李亮;何宁;赵威
2.钛合金的高速粗加工——大进给铣削技术 [J], 李亮
3.新型超高强度β钛合金的大进给铣削试验研究 [J], 江一帆;史靠军;田辉;李亮
4.液氮冷却下大进给铣削TC4钛合金的试验研究 [J], 陈冲;赵威;何宁;李亮;杨吟飞
5.TC21钛合金封闭深槽腔大悬伸快进给铣削加工技术 [J], 凌平;刘陨双;李国华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。