【摘 要】根據(jù)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(yōu)點，而在航空航天、船舶、石化、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域得到廣泛和成功應用。
隨著相關工業(yè)的飛速發(fā)展，TC4鈦合金的使用量與日俱增，其在機械加工行業(yè)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(xiàn)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(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(yōu)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(chǎn)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(shù)，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(jù)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(xù)切削、切屑與刀齒粘接而產(chǎn)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(xiàn)損傷時，可以通過改變銑刀幾何參數(shù)（前角、后角）、切削用量、刀具材料、刀尖圓弧、刀具齒數(shù)、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(jù)經(jīng)驗積累，通過選擇合適的銑刀材質和幾何參數(shù)，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(yè)出版社，1992.
[3]張幼楨.金屬切削理論[J].北京：航空工業(yè)出版社，1988.
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