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钛合金深槽铣削加工用铣刀

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:55:41

钛合金的弹性模量小、导热导温系数小，是一种典型的难加工材料，尤其进行深槽切削时难度更大。图1所示为在某一钛合金零件上加工一个宽为4mm、深为30mm、长为300mm的深槽的加工实例。

对于普通材料(如45钢)，加工上述深槽常采用高速钢(W18Cr4V)锯片铣刀(φ120×φ40×4，60齿)进行铣削，并充分冷却，即可得到良好的铣削效果。但对于钛合金TC4材料，用上述锯片铣刀切削深度为30mm的盲槽时，一个新刀片在加工第1～2件工件时刀具即产生磨损，其切削刃变钝，如不及时进行刃磨，则切削刃前方的挤压会明显增大，切削区的金属变形也增大，同时，磨损后刀具的后角不断减小，从而加大了刀具后面与已加工表面的摩擦力，使切削热增加，导致切削温度急剧升高。在加工第三个零件时，其刀齿两侧刀尖明显烧坏，尤其是刀齿背部和容屑槽里都粘有钛屑，表明在切削过程中发生了严重的挤压。这是由于除了钛合金导热导温系数小，钛合金材料与刀具材料摩擦系数大等原因造成切削温度急速升高外，还存在着由于容屑槽不够大导致排屑困难。如对上述磨损的刀片进行刃磨，需将烧坏的刀尖完全磨出，其刀片直径要磨去3～4mm，这样，一把刀具的刃磨次数会大大减少，使刀齿的容屑槽变得更小。实践表明，经过这样刃磨后的刀片，最多只能加工一个零件。为此，在研究中试着将新刀片进行跳齿以增大铣刀的容屑空间，结果发现，这种方法可使刀具的寿命提高3倍左右，每个刀片可加工5个零件。这种刀具可满足科研试制的需要，但不能满足批量生产的要求。
图2　焊接刀具示意图

我们利用对锯片铣刀进行跳齿的办法，可使用于铣削钛合金TC4的锯片铣刀寿命得到显著提高。这种方法可减少刀具与钛合金材料的摩擦，并可增大容屑空间，但这种方法的潜力有限。从生产效率和成本的角度考虑，应设计硬质合金(YG15)焊接刀具和高速钢(W6Mo5Cr4V2Al)焊接刀具，其刀具结构见图2。

如图所示，刀具的前角为6°～8°，后角为6°，侧刃后角为3°～5°。
用硬质合金焊接刀具和高速钢焊接刀具对上述工件的开槽加工进行试验(切削条件相同)，高速钢焊接刀具能加工6个零件，而YD15焊接刀具可加工30个零件。综合锯片铣刀和跳齿锯片铣刀，在切削用量为a_p＝7mm，f＝0.3mm/r，v＝26m/min的条件下进行试验，可得出刀具磨损与加工槽数之间的关系(见图3)。

alt=图3　刀具磨损与加工槽数的关系 align=left>

从图3可以看出，在钛合金深槽铣削加工中，刀具的磨损主要与刀具材料有关，对钛合金这种难加工材料，应优先选用细颗粒硬质合金材料，可大大提高其加工效率和加工质量。此外，刀具切削部分的结构也很重要，既要考虑刀齿有较大的容屑空间，又要考虑选用合理的齿数以提高加工效率。因此我们选用4齿或6齿硬质合金焊接式槽铣刀，满足了钛合金深槽批量加工的要求。

试验表明，对于钛合金深槽铣削加工，采用跳齿锯片铣刀与常规锯片铣刀相比，刀具寿命提高3倍；采用YD15硬质合金焊接铣刀可显著提高刀具寿命。

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