1、、、引言

钛合金拥有比强度高、、、耐侵蚀机能和低温机能好及热强度高档利益，是航空航天工业中宽泛使用的资料[1]。。国内航空、、、航天及军工等行业已经发展了对钛合金资料高速铣削的钻研和利用，加工零件以结构件为主，重要解决加工效能和刀具耐用度的问题[2]。。

TB18钛合金是西部超导公司与国内高、、、科研院所合作开发的一种新型近β钛合金，其名义成分为Ti?5Al?5Mo?5V?6Cr?1Nb?0.5Fe，经热处置后该合金的断裂韧性与传统高强度合金维持统一水平，但静强度更高，同时拥有优良的淬透性[3]。。该资料的特点是高强度（1300MPa）、、、高黏性和高韧性，比常用的TC4、、、TC18、、、TC21资料的可加工性更差。。由于目前国内外短缺对该资料的加工刀具和切削技术的针对性钻研，市场上暂无相宜的加工TB18钛合金高效切削刀具，严重制约TB18资料的加工效能。。

本文从TB18钛合金的铣削和钻削两类典型刀具启程，发展刀具的结构选型和切削参数试验钻研，改进刀具结构，制订粗、、、精加工最优刀具选用规划，并进行试验验证，达到提升TB18钛合金加工效能、、、提高刀具使用寿命的指标。。该钻研为TB18新型钛合金资料的切削加工提供了肯定的参考。。

2、、、TB18资料切削加工问题分析

由于新型超高强度钛合金资料TB18的化学成分中金属元素Mo，Cr，V以及罕见元素Nb的存在，使TB18钛合金资料相对于常用TC4，TC18，TC21钛合金的可加工机能极差，尤其在热处置后资料抗拉强度达到σｂ＝1315MPa时。。对TB18钛合金资料（热处置后）的切削机能发展钻研，凭据粗、、、精加工拔取分歧类型的通用钛合金刀具进行试验，刀具的切削参数及刀具使用寿命见表1。。

与常用的TC4、、、TC18、、、TC21资料切削过程对比，铣削、、、钻削TB18资料时重要面对的问题有：：

①铣削加工刀具（可转位刀片式快进给、、、整硬合金铣刀等通用机械加工刀具）磨损快，易崩裂，刀具寿命极低。。一致切削前提下与加工常用钛合金的刀具寿命相比，粗加工快进给铣刀片寿命缩短了50％～80％，精加工整硬合金铣刀寿命缩短67％～83％。。经分析，刀具失效方式为月牙洼、、、积屑瘤导致的急剧烧蚀和崩刃（见图1）。。

图 １　TB18铣削加工的几种失效大局

②钻削加工时资料难以断屑（见图2），刀具刃口切屑黏结且容易崩刃，U钻（φ20mm）加工孔深90mm的内孔必要更换三次刀片能力实现，刀片寿命短，使用过程需频仍更换，加工效能极低。。

图 ２　TB18钻削不休屑

③铣削加工效能更低。。粗加工快进给铣刀切削线速度为20～30m/min，为常用钛合金加工刀具的30％，进给速度150～400mm/min，为常用钛合金加工刀具的25％～30％，加工效能大幅降低，精加工整硬合金铣刀的加工工艺参数也远低于通例钛合金刀具。。

通过试验发现，导致加工TB18资料的各类刀具失效的重要大局为刀具急剧磨损和烧蚀。。经初步分析，与通用钛合金相比，TB18资料拥有更高的黏性，极易产生切削热，且由于加工过程未得到充分冷却，加剧了刀具的黏结和烧蚀，造成刀具失效。。

3、、、试验钻研

3.1　试验规划

为了提高TB18资料的加工效能与刀具寿命，针对分歧的加工工况发展刀具选型试验，以提高加工效能和刀具寿命为指标，优化刀具结构，并通过试验确定加工工艺参数。。

3.1.1　铣削工序粗加工

在使用大直径φ80mm、、、主偏角12°的快进给铣刀进行粗加工时，做出以下改进：：①为提高刀片寿命，降低切削刃与工件的接触面积，将原有快进给刀具7°的主偏角增长为9°；②为解决资料高黏、、、刀具易烧蚀问题，优选商标2000Ti新型切削液，减小铣削过程中的切削热；③为预防切削抗力大造成毛料振动过高、、、刀片崩碎情况的产生，调整刀具轴向前角为11°，径向前角为6.5°，保障切削过程不变。。

3.1.2　铣削工序精加工

以原先试验使用的φ25mm硬质合金立铣刀为例，由于TB18钛合金的高强、、、高黏个性，试验过程中极易产生刀具振动以及大量切削热，为预防刀具失效，提高精加工效能，本文对传统刀具进行结构改进，设计了密齿前波刃整体硬质合金铣刀（见图3）。。

图 ３　波刃刀具设计

具体改进为：：①通过公式F＝fz×N×Z能够看出，在进给速度不变的情况下，增长齿数能够减小每齿进给量，耽搁刀具寿命，因而将齿数从4齿更改为6齿；②为了加强断屑能力，将前刀面变为前波刃刀具结构；③选择Ｃｏ含量为10％的整体硬质合金资料，以平衡刀具的韧性和耐磨性；④选用AlTiＮ基多层涂层增长刀具的耐磨性；⑤设计多孔内冷结构，加强冷却成效，减小切削热。。

3.1.3　钻削加工

由于TB18钻孔时高黏、、、高强钛屑不易排出，冷却无法实时达到切削部位，刀尖易烧伤崩齿，甚至刀体断裂。。凭据上述加工特点，以直径20mm为分辨，拟进行如下技术选型和设计优化。。对于Ｄ≤20mm的孔加工：：①选取整体硬质合金钻头（见图4），钻头选取双刃带设计，提高刀具的不变性；②刀体排屑槽螺旋角选取12°结构设计且齿槽抛光处置，削减钛屑与刀体接触面，降低摩擦，减小切削热；③加大倒锥度为0.25/100，减小钻头与孔壁的摩擦；④加大内冷孔，提高冷却成效和排屑能力；⑤优选AlCrZr基涂层增长刀具的耐磨性。。

图 ４　整体硬质合金钻头设计

对于Ｄ＞20mm的孔加工：：①选取可转位U钻，刀片选取复合涂层，增长刀片耐磨性；②建设12ｂａｒ以上冷却液压力，提高切削冷却成效；③孔加工方式选用切削量逐层递减的切削方式，前1/3孔深处加大每齿进给量，提高加工效能，后2/3选取逐层递减，提高耐磨性；④周边刀片和中心刀片选取分歧材质，所用中心刀片可能实现逐步进刀方式，达到切削力均匀散布；周边刀片选取Ｗｉｐｅｒ技术，以提高孔壁质量（见图5）。。

图 ５　。 钻加工

3.2　试验了局

选取快进给铣刀在5Ａ3Ｐ重型切削机床上进行铣削试验，优化后的刀具可适应更大的每齿进给量，对切削加工参数进行优化后，切削效能和刀具寿命均有所提升（见表2）。。优化后刀具的切削线速度可达40m/min，刀具的断屑成效、、、切削力和振动等均得到显著改善（见表3）。。

优化后的硬质合金钻头寿命由原来的15min提升到60min，孔壁比原先更光滑（见表4）。。优化后的U钻寿命从20min/把提升至50min/把，是原先的

2.5倍，孔壁更光滑（见表5）。。

3.3　对比分析

通过试验前后数据对比，优化后的TB18钛合金刀具加工效能及寿命均有所提升。。

效能提升：：TB18钛合金粗铣快进给铣刀的金属去除率从32.6ｃm3/min提升至50.4ｃm3/min，提升至原来的1.5倍；精铣硬质合金立铣刀切削线速度从26.3m/min提升至40.035m/min，提升至原来的1.5倍。。

寿命提升：：用于TB18资料粗铣的快进给铣刀刀具寿命从60min/把提升了90min/把，提升了1.5倍；硬质合金铣刀的刀具寿命从30min/把提升了83min/把，提升了2.8倍；硬质合金钻头寿命从15min提升至60min，提升了4倍；U钻寿命从20min/把提升了50min/把，提升了2.5倍。。

4、、、结语

通过刀具切削对比试验对新型钛合金TB18的切削机能进行钻研，分析刀具的重要失效大局，优化改进刀具结构并合理拔取切削参数，得出以下重要结论。。

（1）与通用钛合金的切削加工相比，TB18资料拥有更高的黏性，极易产生切削热，刀具失效的重要大局为刀具急剧磨损和烧蚀。。

（2）对典型钻削、、、铣削刀具进行优化改进，经试验验证，改进后的刀具可有效降低切削过程中摩擦热的产生，刀具寿命提升显著。。

（3）为提逾越产效能、、、降低加工成本，本文对切削参数进行优化。。试验了局批注，优化后的切削参数能够使加工效能得到有效提升，验证了切削参数优化规划的可行性，为今后TB18资料的加工提供肯定的参考。。