鈦合金以其強度高、機械功能好和耐腐蝕功能強等特色在航空制作業(yè)中的使用越來越廣泛， 隨著鈦合金在飛機上所占比重的不斷添加，鈦合金航空結構件的數(shù)控加工功率對航空制作企業(yè)的影響也越來越大。鈦合金屬于難加工材料，其相對切削性為0.15～0.25，加工功率僅為鋁合金的10%，因此鈦合金航空結構件的低加工功率嚴峻限制了現(xiàn)代飛機的批量生產。完成鈦合金航空結構件的高效加工成為了航空制作企業(yè)、數(shù)控設備制作商和刀具制作商共同重視的話題。

01鈦合金切削加工功能

鈦合金具有機械功能好、抗腐蝕功能強以及比重小等特色。但是在加工中，鈦合金的切削加工功能很差，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 大切削力。鈦合金材料強度高，在切削時發(fā)生的切削阻力大，導致切削刃口發(fā)生很多的切削熱;

(2) 導熱率低。鈦合金熱擴散率低，很多的切削熱會集在切削區(qū)域;

公司是一家集精密機械零部件加工，北京不銹鋼零件加工,北京鈦合金加工各類工裝夾具、治具、非標設備設計制造以及沖壓模具、注塑模具、橡膠模具加工的專業(yè)廠家，是中國模具協(xié)會會員企業(yè)。

(3) 刀尖應力大。鈦合金的塑性低，加工發(fā)生的切屑極易彎曲，導致切屑與前刀面的接觸長度短，因此切削刃上單位面積存力增大，形成刀尖部位應力會集;

(4) 摩擦力大。鈦合金的彈性模量小，形成前、后刀面的摩擦加劇;

(5) 化學活潑性高。鈦元素在高的切削溫度下，很容易與空氣中的氫、氧、氮等氣體發(fā)生化學反應，形成外表硬層，加快刀具磨損。

02鈦合金高效加工設備

為了滿意鈦合金結構件的高效加工，新型的鈦合金加工設備呈現(xiàn)出如下發(fā)展趨勢：

(1) 大扭矩。鈦合金強度高，加工中切削力非常大，鈦合金加工機床的一個明顯特色就是主軸扭矩和擺角扭矩大。

(2) 電主軸的使用。大功率、大扭矩的電主軸已使用于鈦合金加工。

(3) 臥式加工中心使用于鈦合金加工。臥式加工中心排屑便利，有利于進步加工功率和加工質量，可交換作業(yè)臺易于完成多工位加工并組建柔性生產線，進步設備利用率。

(4) 高壓內冷。鈦合金加工中切削熱會集在刀尖，易形成刀具磨損或損壞，高壓內冷可準確噴到切削區(qū)域帶走切削熱。

03鈦合金高效加工刀具

鈦合金的切削加工性較差，傳統(tǒng)加工方式切削速度一般不超過60m/min。鈦合金的粗加工主要是以大切深、低轉速、低進給的方式來取得***大的金屬去除率；精加工選用PVD涂層硬質合金刀具進行小切寬、大切深的高速銑削取得高效切削。因此鈦合金加工刀具主要圍繞如何在強力切削時防止振顫、減小切削力和降低切削溫度等方面進行改進：

04鈦合金高效加工刀具

（1）鈦合金面銑加工：對鈦合金零件進行面銑加工時，選用小切深、大進給的銑削方式取得高效加工。大進給銑削的原理是經(jīng)過減小刀具主偏角，使刀具在很高的進給下仍然能保持很小的切屑厚度，以減小高進給時的切削力，完成在低切削速度下取得很大的進給量，添加單位切深下的金屬切除率。同時切削力部分垂直向上，切向力較小，消耗的功率也較小，該加工方法對機床的功率和剛性要求不高，使用非常廣泛。

（2）鈦合金槽腔加工：槽腔是鈦合金航空結構件的一個主要特征，材料去除率高，作業(yè)量大，因此槽腔加工是完成鈦合金零件高效加工的關鍵(見圖1)。大切深、低轉速、低進給的強力切削以取得***大金屬去除率是鈦合金粗加工的有用方法?，F(xiàn)在粗加工鈦合金的強力銑削刀具以玉米銑刀的功率***高而得到廣泛選用。

圖（1） 槽腔粗加工示意圖

（3）圓角加工技能：為減輕飛機重量，飛機結構件的槽腔轉角處圓角一般較小，需要用直徑較小的銑刀進行加工。因為在圓角處切削量突變，導致切削力改變非常大。在切削力突變的情況下，刀具容易發(fā)生振蕩，乃至出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象，導致刀具磨損嚴峻，加工功率低下。插銑是解決轉角加工功率的***佳途徑。插銑加工比慣例銑削振蕩小，走刀方式去除轉角余量的功率高。經(jīng)過不同直徑的插銑刀具對轉角處進行插銑，可切除大部分轉角余量，再用立銑刀對插銑發(fā)生的殘留進行清除，能夠大幅度進步加工功率。

（4） 精密側銑技能：在精加工側壁時，利用銑削的斷續(xù)性來到達高速切削的目的，以進步零件外表質量及加工功率。精加工側面時，因為切寬小，刀齒每轉過一周的切削時刻很短，即冷卻時刻很長。在冷卻充分的情況下，其切削溫度能得到有用地控制，因此能夠大幅進步切削速度來進步加工功率，如圖2、圖3所示。用PVD涂層的全體硬質合金銑刀或超密齒硬質合金銑刀進

行鈦合金的高速切削精加工，能夠大幅進步加工功率和加工精度。

（5）仿真優(yōu)化技能：鈦合金結構零件在粗加工時切削余量會不斷改變?，F(xiàn)在的CAM軟件所編制的NC程序往往只能設置固定的切削參數(shù)，為了防止局部程序因為切削量過大形成對刀具、機床的沖擊，一般方法是經(jīng)過降低全體切削參數(shù)來確保刀具壽數(shù)和零件質量，從而加工功率極為低下。Vericut的仿真優(yōu)化技能則可很好地解決該問題。經(jīng)過Vericut軟件設置切削參數(shù)優(yōu)化庫，并用軟件進行仿真，經(jīng)過仿真對實踐加工余量和切削條件進行猜測，根據(jù)加工余量和切削條件對程序中的切削參數(shù)進行優(yōu)化。既延長了刀具壽數(shù)，確保了零件質量，也進步了加工功率。