【摘 要】根據TC4鈦合金的難切削加工性，從銑削加工時銑刀、銑削用量、銑削方式、切削液等的選取方面，介紹基本的銑削加工工藝和注意事項。
【關鍵詞】TC4鈦合金 銑刀 銑削用量 氧化層
一、引言
Ti6Al4V（以下簡稱TC4）是目前用量最大的鈦合金材料，其因具有密度小、強度高、比強度大、綜合力學性能和工藝性能（熱變形性、焊接性、耐蝕性）良好等一系列優點，而在航空航天、船舶、石化、醫藥衛生等領域得到廣泛和成功應用。
隨著相關工業的飛速發展，TC4鈦合金的使用量與日俱增，其在機械加工行業的切削加工也日漸成熟。鈦合金銑削作為切削加工量中占比最大的加工方式，加之加工時易出現銑刀崩刃，耐用度底等問題，使得TC4的銑削加工受到普遍關注。
二、TC4鈦合金的切削加工性
TC4鈦合金屬于（α+β）型鈦合金，是典型的難加工材料之一，其切削加工性僅為45鋼的1/5～2/5，介于不銹鋼和高溫合金之間。主要是因為：
（一）TC4的導熱率為鐵的1/4、鋁的1/16，比不銹鋼和高溫合金的導熱率還要低，使得加工過程中產生的大量切削熱大部分殘留在刀具內，造成切削溫度高，刀具迅速磨損。
（二）與45鋼相比，TC4的切削力是其2/3～3/4，但切屑與前刀面的接觸面積卻只有其1/2～2/3，所以切削刃承受的應力是鋼的1.3～1.5倍，刀尖或切削刃更容易磨損或損傷。
（三）相同條件下，TC4材料與刀具材料的摩擦系數大于碳鋼，切屑沿前刀面流出的摩擦速度高，導致摩擦功大，摩擦界面溫度高，刀具易磨損。
（四）高溫時，鈦合金能與空氣中的氫、氧、氮起化學反應，形成硬化層，造成工件塑性降低，切屑與前刀面接觸面積減小，加速刀具磨損。
（五）TC4的彈性模量約為鋼的1/2，小彈性模量和大屈強比使切削加工時工件已加工面產生較大回彈和變形，刀具后角磨損，與零件摩擦加劇。
三、TC4鈦合金的銑削加工
（一）銑刀的選擇
銑削TC4鈦合金用銑刀常選高性能高速鋼和硬質合金兩種材質。高速鋼銑刀可選鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2Al和鈷高速鋼W2Mo9Cr4Co8兩種牌號。硬質合金銑刀可選YG10H和YG8兩種牌號。鈷高速鋼因含鈷而切削性能更好，當切削用量大時考慮使用。YG10H是亞細顆粒合金，硬度及抗彎強度均優于YG8，且耐磨性能、抗沖擊和抗振性能好，適宜銑削加工TC4材料。
銑削TC4用的銑刀，前角應比通用標準銑刀小、后角比它大，盡量采用鋒利的尖齒銑刀。同時，考慮過渡刃和刀尖圓弧對銑刀耐用度的影響、考慮銑刀直徑、銑削刃長度對本身剛性的影響，盡量采用銑刀工作部分短、具有過渡刃的大直徑銑刀。
（二）銑削用量
為提高生產效率，銑削TC4鈦合金時，也應盡量增大銑削深度、銑削寬度、銑刀齒數，適當降低銑削速度。立銑TC4時，可按下表（表1）選定銑削用量，再根據表面粗糙度要求、切深等條件加以修正，也可查資料按公式計算銑削速度。
（三）其他
1.銑削方式
銑削TC4鈦合金時，銑刀因斷續切削、切屑與刀齒粘接而產生崩刃，刀具耐用度較低。銑削時選用順銑的方式，可以減輕切屑粘刀，避免加工硬化，改善銑刀磨損，同時降低銑削功率，方便切屑清理。
銑刀直徑D
/mm 銑刀轉速n
/rpm 每齒進給量af /mm
3
6
10
12
20
25
50 611～1222
306～611
203～407
153～306
102～203
76～153
38～76 0.005～0.013
0.005～0.03
0.013～0.05
0.013～0.08
0.03～0.10
0.05～0.15
0.08以上
表1 TC4鈦合金立銑時常用速度和進給量
2.切削液的使用
銑削TC4鈦合金時，可通過使用切削液提高銑刀耐用度，尤其是使用高速鋼刀具時。用硬質合金銑刀銑削時，也可不用切削液，進行干切削。
3.鍛造氧化層的銑削
TC4鈦合金鍛件的氧化層本身硬度大，且表面凹凸不平，銑削困難。氧化層雖可通過酸洗去掉，但會造成脆氫，需真空退火除氫，還是建議用切削的辦法去除。
銑削TC4氧化皮時，切削深度，切削深度應大于氧化層厚度，每齒進給量af一般在0.1mm左右，銑削速度應降至無氧化層時的50%左右。也可參按下表（表2）推薦的切削用量選取。
4.銑刀損傷對策
銑刀的損傷是指嚴重磨損、崩刃、斷齒等。銑刀出現損傷時，可以通過改變銑刀幾何參數（前角、后角）、切削用量、刀具材料、刀尖圓弧、刀具齒數、銑削方式，及切削液等對策解決。
刀具材料 硬質合金 高速鋼
銑削速度v
m/min 15～20 4～8
每齒進給量af /mm 0.06～0.1 0.1～0.13
軸向切深ap
/mm 大于氧化層厚度
徑向切深ae
/mm ≤0.6D 大于氧化層厚度
表2 TC4鈦合金鍛造氧化層的銑削用量
四、結語
TC4鈦合金的不良切削加工性給其銑削加工帶來一系列刀具和精度問題。但參照技術資料或根據經驗積累，通過選擇合適的銑刀材質和幾何參數，調整銑削用量和銑削方式，改善切削條件，并針對性分析和處理銑刀損傷，TC4鈦合金的銑削難題便可迎刃而解。
參考文獻：
[1]萇浩，何寧，滿忠雷等.TC4的銑削加工中銑削力和刀具磨損研究[J].航空精密制造技術，2003（3）：30-33.
[2]何富源等編.機械加工工藝手冊（第3卷） [M].北京：機械工業出版社，1992.
[3]張幼楨.金屬切削理論[J].北京：航空工業出版社，1988.
