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。