1、、、高速切削加工的界说

切削加工是机械制作领域最常见也是利用最宽泛的加工技术，，目前机械行业90%甚至更多的加工工作都由切削加工来实现 。。。高速切削加工技术是一种高效能的新技术，，它使用比通例切削要高得多的切削速度进行切削加工，，高速切削加工技术不仅能够加工铸铁、、、钢、、、有色金属、、、高强度复合伙料等，，还可能用来加工很多难加工资料，，如高温合金、、、钛合金等。。。近年来，，高速切削技术作为当现代界机械制作业中一项迅速发展的高新技术，，被越来越多的工程技术人员认可 。。。

高速切削发源于 20 世纪 20 年代后期。。。其时，，德国的萨洛蒙（Carl Salomon）博士对高速切削做了一系列的仿照尝试，，并于1931年颁发了驰名的高速切削理论，，即高速切削如果理论。。。萨洛蒙博士指出：：：在传统的切削速度领域内进行切削，，切削温度会升高。。。对于每种资料，，有一个速度领域，，在此领域内切削时切削温度出格高，，以至于任何刀具都不能进行切削，，这个区域不成能进行切削，，被称为“死区”。。。但是，，当切削速度持续升高到肯定水平，，不仅切削温度不会随着速度的增长而升高，，反而会出现降落的趋向，，同时切削力也会降低。。。图 1.1 所示即为驰名的萨洛蒙曲线。。。

目前，，列国对高速切削加工的界说还没有达成统一，，对高速切削速度领域的界定也没有作出统一的划定。。。通常把切削速度和进给速度比通例逾越 5~10 倍以上的切削加工叫高速切削加工。。。对于分歧的资料切削速度的领域是不一样的。。。图 1.2 所示即为几种典型资料的高速切削速度领域 ，，对于TC17 来说，，其高速领域应该在 100m/min 以上。。。

2、、、高速切削加工的特点

持久以来，，高速切削受到人们的器重，，这与其特点和优越性是分不开的。。。与通例切削加工相比，，高速切削的利益重要表此刻以下几点：：：

（1）随着切削速度的大幅提高，，资料切除效能大幅度增长，，可达到通例切削的 3－6 倍，，从而极大的提高机床的效能。。。

（2）高速加工时，，由于机动功夫、、、辅助功夫以及非切削空行程功夫的大幅度削减，，因而单元功夫内资料的去除率大大提高，，通？纱锏酵ɡ邢鞯 3~6 倍，，极大地提高了机床的出产效能。。。

（3）切削力大大降低。。。当切削速度提高到肯定水平后，，切削力可降低 30%以上。。。尤其是径向切削力的减小和工件加工变形的减小，，有利于提高薄壁件的加工精度。。。

（4）工件的热变形减小。。。高速加工理论钻研批注：：：当切削速度达到肯定数值后，，随着切削速度的提高，，切削温度领域会降低，，而对于分歧资料而言，，这个速度领域是分歧的，，如图 1.1所示。。。高速切削时，，95%~98%以上的切削热来不及传递给工件，，而被切屑飞速带走，，工件根基上维持冷态，，因而高速切削出格适合加工容易产生热变形的零件。。。

（5）工件振动小。。。由于切削力小并且变动幅度小，，机床的激振频率弘远于加工工艺系统的固有频率，，振动对理论质量的影响很小，，有利于提高零件的理论质量。。。

（6）可加工各类难加工资料。。。镍基合金和钛合金资料的强度大、、、耐冲击，，加工中容易硬化，，切削温度高，，刀具磨损严重，，通例加工难以实现且切削效能很低，，用高速加工技术能够解决这类资料的加工问题，，既能获得较高的理论质量，，又能有较高的出产效能。。。

（7）出产成本降低。。。出产成本的降低体此刻以下几个方面：：：

① 零件的加工功夫缩短；；

② 工件一次装夹后既能够进行粗加工，，也能够进行精加工；；

③ 由于切削力和切削温度的降低，，使得刀具磨损降低，，使用寿命耽搁。。。而刀具的造价在工件加工成本中占有肯定的比例。。。

④ 高速切削能够实现以切代磨。。。用切削工艺包办磨削工艺拥有刀具结构简化，，工艺矫捷性强，，节俭能源等优越性，，这些都使得工件的加工成本降低。。。

⑤ 与通例加工工艺比力，，能够简化加工工序从而降低加工成本。。。

当然，，在钛合金的高速切削领域依然有好多问题未解决，，例如在高速切削钛合金时的切削温度和刀具磨损的钻研，，高速切削机理、、、高速切削时的理论质量等，，只有解决了这些问题能力更好的推广高速切削的利用。。。在TC17 的切削钻研中，，高速切削领域的钻研少之又少，，而在急迫必要提高TC17 切削效能和耽搁切削刀具寿命的今天，，对TC17进行高速切削钻研显得极度必要。。。

3、、、钛合金高速切削钻研近况

1）关于切削力和切削温度的钻研

在金属切削过程中，，切削力作为其中一种重要的物理参数，，决定了切削过程所亏损的功率和加工工艺系统的变形，，此外切削力也是分析切削过程中切削热、、、刀具磨损等物理景象的基础。。。国内外有好多专家学者做了大量的关于切削力的钻研。。。

Narutaki  对切削钛合金 Ti-6Al-4V 时的切削力和切削温度进行了较全面的钻研。。。钻研批注，，当切削速度在 20~200m/min 的领域内时，，加工 Ti-6Al-4V 的车削力不随速度的升高而产生变动，，批注切削钛合金时刀具磨损并非切削力所致。。。对车削温度方面的钻研发现，，Ti-6Al-4V 的切削温度在 700℃以上，，切削速度升高到 300m/min 时，，温度会达到 1000℃甚至更高，，相比 45钢逾越约 300℃。。Ｋ伎嫉郊庸な鼻邢髁系，，可知切削温度较高是以至钛合金难以持续切削的重要原因。。。在铣削方面，，他用改装过的工件和铣刀组成的热电偶丈量了铣削时的温度值，，所用铣刀直径 2mm，，在 157~400m/min 的铣削速度领域内，，铣削温度值靠近 700℃。。。

Dewes等对模具钢的高速铣削进行了温度钻研，，用分歧的测温步骤（红外、、、热电偶），，钻研了从粗加工到精加工时铣削温度与各切削参数的关系。。。在低于 200m/min 的相对低速前提下，，随着切削速度的提高，，切削温度由不及 200℃上升到 300℃，，且从趋向变动来看，，切削温度一向在上升。。。试验同时钻研了径向切深、、、轴向切深和刀具磨损等对铣削温度的影响，，并比力了热电偶测和善红外测温两种步骤的特点，，以为红外测温由于自身活络度低导致丈量了局偏低。。。

F. Klocke, N等人在分析和尝试的基础上，，对涂层硬质合金刀具铣削 Ti-6Al-4V 的效能进行了评价，，用有限元的步骤分析了切削时的应力-应变曲线。。。分析了涂层的耐冲击性与对应刀具的切削成效，，并得到分歧切削前提下的温度值。。。

李亮 等人对钛合金 Ti-6Al-4V 的铣削温度进行了钻研，，并对夹丝热电偶的测温道理进行了论述，，通过对温度信号和铣削力信号的比力，，揭示了切削过程中切削温度相对于切削力的滞后景象，，试验在 100~800m/min 的速度领域内丈量了刀刃温度和工件理论温度的变动，，未发现随着切削速度提高切削温度上升趋缓。。。

刘鹏使用聚晶金刚石（PCD）刀具对钛合金 TA15 进行了切削钻研，，分析了高速加工时的动态切削力变动以及切削速度、、、每齿进给量、、、轴向切深对切削力的影响，，对分歧的切削速度和分歧刀具磨损阶段的切削力信号进行了频谱分析。。。了局批注，，随着切削速度和刀具磨损的增长，，切削力幅值是增长的，，这一点能够用来进行切削过程的监控。。。

Alauddin对镍基高温合金 Inconel 718 的铣削力进行了试验钻研，，在 8~40m/min 的切削速度领域内，，铣削力随速度的增长单调降落，，证明高速加工难加工资料对减小切削力和提高加工精度的作用。。。

李安海对 CVD（Ti(C,N)-AlO 3 ）涂层的硬质合金刀具高速铣削 Ti6Al4V 时的刀具磨损进行了具体深刻的钻研；；对分歧切削前提下的刀具失效特点进行了钻研，，并使用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了导致涂层硬质合金刀具磨损的原因。。。尝试了局批注，，随着刀具的磨损，，切削力和切削温度加快增大，，二者的增大又反过来加剧了刀具的磨损，，为此他还分析了在分歧切削速度下切削力和切削温度对摩擦磨损和正应力的影响。。。

满忠雷等人对 TC4 钛合金在干切削、、、空气油雾和氮气油雾介质下高速铣削的切削力进行了钻研，，钻研了铣削用量（径向切深、、、轴向切深、、、铣削速度和进给速度）对铣削力的影响。。。得到了和 Alauddin 齐全分歧的了局在切削速度为 200~300m/min 时，，铣削力和切削速度出现齐全的正有关。。。

山东大学的王鑫使用硬质合金刀具对 TC11 和 TC17 进行了铣削加工试验，，铣削速度领域为 30-60m/min，，钻研发现切削速度是决定刀具磨损个性的最重要成分，，随着切削速度的提高，，出现剧烈磨损；；带刀尖圆弧半径的涂层硬质合金铣刀刀具寿命长。。。

2）关于刀具磨损和加工理论齐全性的钻研

Z．G．Wang对比了 BCBN 刀具和 CBN 刀具在钛合金加工时的曲直，，硬度和热导率高的 BCBN 刀具极度适合在高速前提下铣削TC4钛合金，，且随着切削速度的升高，，其磨损道理由粘结过渡到扩散。。。

Dearnley等人使用 P 类硬质合金铣刀加工钛合金后发现，，刀具含有的 TiC容易和钛合金资料产生化学反映，，化学反映导致刀具强度降低，，影响刀具使用寿命。。。M.Nouari  等人在150m/min 的速度下加工钛合金，，有无涂层的刀拥有一样大局的磨损，，导致刀具磨损的重要原因都是扩散和粘结。。。

很多人尝试使用某些超硬资料的刀具来加工钛合金，，如 PCD、、、PCBN 刀具等。。。N Corduan使用 PCD 刀具车削钛合金后发现其切削速度能够达到高速领域，，最大能够达到 150m/min，，但是速度不宜持续增大，，PCD 刀具阐发出来的磨损大局为均匀的后刀面磨损，，且在增大切削速度时 PCD 会有严重的石墨化出现。。。

舒彪等人在分歧的油雾介质下对钛合金 TC4 进行了高速切削试验钻研，，钻研发现刀具磨损大局除了扩散氧化和粘结之外，，不论是哪种介质下的切削，，都没有出现显著的机械磨损。。。漯河航空航天大学的耿国盛别离用分歧出产厂商和资料的刀具对 α 钛合金 TA15 进行了高速铣削钻研，，钻研发现 TA15 的磨损大局根基都是微裂纹和沟槽磨损，，刀具磨损机理为扩散和粘结的综合作用。。。

Gert Adriaan Oosthuizen用细粒多晶金刚石（PCD）刀具端铣 Ti6Al4V，，并钻研了其磨损大局，，刀具寿命切削力和理论粗糙度，，钻研发现，，在切削速度为 100m/min 时，，PCD 刀具比涂层硬质合金刀拥有更长的刀具寿命，，随着切削速度的增长，，刀具磨损逐步变缓，，然而在速度达到更高的值时，，刀具磨损却会指数性增长。。；；谏璧缱酉晕⒕担⊿EM）和能谱仪（EDAX）分析的观察批注，，粘结磨损是刀具磨损的重要类型，，之后的磨损加快可能由于较高的切削温度和磨损的综合效应。。。

沈小龙在分歧铣削前提（铣削速度，，刀具前角和冷却步骤）下钻研了钛合金的加工理论质量，，残存应力和理论粗糙度，，了局批注在所有铣削前提下加工理论均产生压缩残存应力，，随着铣削速度增长，，压缩残存应力较少，，理论粗糙度增长。。。残存应力随刀具前角的增长而增长。。。

当前角为8°时，，可能获得最低的理论粗糙度。。。使用无涂层硬质合金刀具高速铣削钛合金时，，水冷是最好的冷却步骤。。。

江峰钻研了在分歧的冷却/光滑前提（最小量光滑、、、干切、、、湿切）下的工件理论粗糙度的均匀值，，并成立了二次模型和参数的指数模型，，确定了对理论粗糙度有显著影响的切削参数。。。

使用二次拟合模型优化了切削参数，，所做的验证尝试批注模型估计值和尝试了局有优良的一致性。。。

Nikos C. Tsourveloudis在切削 Ti6Al4V 尝试性的数据的基础上得出了工件理论粗糙度与切削关键参数和前提的关系。。。尝试了局通过自适应神经：：：评硐低常ˋNFIS）输入到多项式模型，，而后输入：：：呒低，，其主张重要是对制作过程中的所有资料进行理论粗糙度的预测。。。

王鑫通过扭转的切削参数及刀具的几何参数对钛合金TC11和TC17 进行侧铣和端铣加工发现：：：理论粗糙度随着切削速度的提高而减小，，并随着每齿进给量和轴向切削深度(端铣)、、、径向切削深度(侧铣)的增大而变大。。。

3）存在的问题

高速切削的急剧发展使得高速切削工艺得到宽泛利用，，目前在航空航天等领域高速切削已经获得了巨大的经济效益，，对高速切削的钻研也越来越多。。。但是，，在高速前提的切削力、、、切削温度以及刀具磨损机理等方面还有好多景象诠释不清，，在高速切削对工件的理论质量的影响方面其理论和试验数据不能很好吻合等等问题，，这些问题都亟待解决。。。

对于本文的钻研对象 TC17来说，，关于其高速加工性的钻研还比力少，，即便有少部门有关钻研，，也只是停顿在中低速（50m/min 左右）领域。。。鉴于国内钛合金TC17的加工水平仍有待提高，，并且航空航天和兵器设备制作业对高速切削加工技术以及提高TC17钛合金的加工效能和加工质量有极度火急的必要，，本文拟对钛合金TC17的高速铣削进行系统的钻研。。。