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　　對切削刀具的要求

　　為了滿足生產成本、加工質量和按期交貨等方面的要求，新的工件材料和零件設計給航空零部件制造商增加了壓力。這些新材料的加工改變了對切削刀具的要求，提高金屬去除率、刀具壽命、產品質量和可預期的刀具無破損壽命對于高效、安全的加工至關重要。“難加工”是一個相對的概念，通過切削刀具與加工參數的正確組合，也能獲得高效的生產率。

　　在加工航空級鈦合金工件時，切削刀具制造商通過增加基體密度、設計特殊的刀具幾何形狀、采用精確的切削刃研磨技術以及開發新的涂層技術以控制刀—工界面產生的切削熱等方法，大大提高了刀具的性能。

　　在銑削加工中，鈦合金的一個重要特性就是熱傳導性極差。由于鈦合金材料的高強度和低熱傳導率，加工時會產生極高的切削熱（如果不加控制可高達1200℃）。熱量不是隨切屑排出或被工件吸收，而是聚集在切削刃上，如此高的熱量將大大縮短刀具壽命。

　　采用特殊的加工技術，就有可能提高刀具性能與壽命（采用正確的加工技術控制溫度，可將溫度降低到250～300℃）。

　　減少熱量生成

　　減小刀具與工件的徑向和軸向接合可以控制切削熱的產生。對于鈦合金而言，在因過熱而產生積屑瘤之前，對速度、進給量、徑向和軸向接合的調整期限很短。為了達到適當的刀具壽命，加工鈦合金只需最大15%的“接合弧長”，與之相比，加工普通鋼材時接合弧長為50%～100%。減少接觸弧長可以提高切削速度，在不損失刀具壽命的前提下提高金屬切除率。

　　采用切入角為45°的刀具或減薄切屑，可增加刀具切削刃與切屑的接觸長度，從而減少局部高溫，延長切削刃壽命，同時也允許采用更高的切削速度。

　　刀片幾何尺寸設計

　　切削鈦合金時，采用外周磨削刀片對于最大限度地減小切削壓力以及與被加工表面的摩擦力至關重要。刀片幾何角度必須采用正角，但這還不足以確保獲得最佳性能。如果為了增強切削刃的第一部分而采用強度較高的小初始角，那么采用較大的次級角（以獲得較大的正倒棱）對于增強刀片抗壓性和延長刀具壽命是最佳的幾何設計。此外，輕微的鈍化也有助于保護切削刃，但鈍化尺寸必須與切削過程相協調并保持嚴格的公差。加工鈦合金時，需要利用鋒利的切削刃剪切材料，但切削刃過于鋒利容易導致崩刃而縮短刀具壽命。適當的鈍化可保護切削刃，避免過早崩刃。正確的刀片幾何參數可減小對刀具材料的應力和壓力，使刀具獲得更長的壽命和提高加工效率。

　　刀體和刀片的切削角必須是正角，以獲得累進切削效應，并避免切削時對整個切削刃產生沖擊而無法獲得期望的剪切效果。如果不這樣做，工件結構可能會發生變形，使加工無法進行。

　　凹腔銑削與螺旋插補銑削

　　在進行凹腔銑削和螺旋插補銑削時，必須使用內冷卻刀具，如果可能的話，應采用恒定壓力的冷卻液，這對于深凹腔或深孔加工尤其重要。

　　加工深凹腔時，采用帶模塊式切削頭的高密度硬質合金加長刀具可以提高剛性和減小撓曲變形，獲得最佳加工效果。

　　冷卻液的功能是將切屑從切削區清除，避免可能造成刀具早期失效的二次切削。同時，冷卻液還有助于降低切削刃的溫度，減少工件幾何變形，延長刀具壽命。

　　用銑刀進行螺旋插補銑孔可減少刀庫中其它刀具（如鉆頭等）的使用，采用一種直徑的銑刀即可加工出不同尺寸的孔徑。

　　隨著鈦合金在航空航天工業的應用不斷增長，支持高效加工鈦合金的切削技術也在不斷發展。由于對鈦合金零件加工能力的大量需求，那些采用最有效加工技術的車間或制造商將首先受益。

　　內部整合產生新的解決方案

　　Allegheny Technologies公司是一家多領域制造商，旗下業務部門既包括金屬冶煉又包括金屬切削，這兩個領域的結合使該公司在開發先進材料（如鈦合金）加工新方法方面具有優勢。

　　ATI Stellram公司是Allegheny Technologies旗下ATI metalworking Products公司的一個業務部門，它負責對由ATI Allvac公司開發的所有新材料進行加工性能試驗，以確定最佳的刀片設計、刀具幾何結構、基體與涂層結構以及切削參數，使這些新材料在公開上市銷售之前能對其進行經濟有效地加工。此外，作為Allvac的代表，Stellram是主要的航空制造企業和一流的航空機械零部件供應商，可以滿足對工件材料和切削刀具兩方面的共同需求。

　　對材料固有結構的全面認識使ATI Stellram公司在刀具基體獨特配方的設計上具有優勢，其成果之一是X-Grade技術，ATI Stellram稱，該技術已被證明是加工難加工材料的一種可靠方案。通過研究和開發X-Grade技術，產生了一種新的硬質合金牌號，它可在不穩定的加工條件下以極高的金屬去除率有效切削難加工材料。

　　X-Grade刀片技術（基體及涂層）

　　X-Grade刀片采用了釕/鈷合金基體，可以抵抗熱裂紋的產生和擴展，并可獲得較高的金屬去除率。該基體具有較強的晶體結合矩陣結構，從而改善了切削刃的韌性。據ATI Stellram稱，該基體材料與新的刀具幾何形狀和涂層相結合，可為加工航空合金提供卓越的刀具組合。采用X-Grade刀片可以實現：①金屬去除率提高1倍；②刀具壽命增至3倍；③加工表面光潔度提高30%。

　　可供選用的X-Grade刀片包括3種牌號（X400、X500和X700），每一種刀片都是針對特定的難切削加工而設計的。它們可采用標準的刀片型式，大多可安裝在標準刀體的刀片槽內。但ATI Stellram稱，最佳方案是采用專門設計的刀具以優化X-Grade刀片的性能。這些刀具的刀槽設計可實現最大限度的排屑、強化的槽型和最佳的冷卻。該系列的兩種刀具包括：①7710VR防轉鈕扣銑刀：配圓刀片并帶有防止刀片在大進給率切削時發生位移的專利鎖緊轉位系統；②7792VX高進給銑刀：與傳統刀具相比，金屬去除率可提高1倍。除高進給表面銑削外，7792VX系列刀具還可用于銑凹腔、銑槽和插銑，由于切削力直接沿軸向傳入主軸，因此可減小主軸摩擦，提高切削穩定性。

　　航空鈦合金零件加工案例研究

　　以下是采用ATI Stellram刀具和X-Grade刀片加工航空鈦合金零件的兩個實例。

　　（1）加工實例1

　　被加工零件：鈦合金外覆蓋件（軍用）

　　工件材料：Ti-6Al-4V（Allvac Ti-6-4合金）

　　工件尺寸：110"×18"

　　加工描述：采用配XDLT-D41可轉位刀片的ATI Stellram 7792VX高進給銑刀進行加工，粗銑加工的刀具壽命達到156分鐘。

　　銑刀：C7792VXD12-A3.00Z5R；刀槽數量：5

　　刀片：XDLT120508ER-D41；牌號：X500（采用X-Grade技術設計）

　　軸向切削深度ap：0.080"

　　徑向切削寬度ae：2.100"

　　切削速度vc：131sfm