钛合金高质高效切削加工刀具技术
自从1790年发现钛元素以来，人类为了获得它超凡的性能，而开展了长达百年的艰辛探索。1910年人类第一次制得金属钛，直到40年后的1951年才最终实现工业化生产。
钛合金以其高比强度、优异的耐蚀性和耐热性等性能优势，在国防工业和民用领域中被广泛应用。然而，钛合金属于典型难加工材料，切削加工时温度高、切削变形和冷硬现象严重、易粘刀，导致刀具易磨损且表面质量差。
钛合金就象是一匹烈性的千里马，如何实现钛合金高质高效加工是加工领域所关注的热点及难点问题。下面这篇文章很好地解答了这个问题。
1、序言
钛合金材料具有比强度高、耐蚀性和耐热性好等性能优势，被广泛应用于航空航天、武器装备等国防工业和石油化工、生物医疗等民用领域。由于钛合金具有热导率低、高温化学活性高和弹性模量小等特点，在切削加工过程中存在切削温度高、切削变形和冷硬现象严重及易粘刀等现象，导致刀具易磨损且表面加工质量差，使钛合金成为典型的难加工材料[1]。同时，钛合金构件常用的轻量化设计特点使材料去除量大，目前钛合金加工时采用的低切削用量严重制约了生产效率的提升，造成制造成本的升高。因此，实现钛合金构件的高质高效切削加工成为制造业亟需突破的关键共性技术难题。
作为切削加工工艺研究体系中的核心要素，刀具技术的发展可为切削加工技术带来新的变革。为实现钛合金构件的高质高效切削加工，需要科学选用或设计开发高性能切削刀具，相关技术包括刀具材料与刀具结构设计、刀具涂层制备、刀具切削参数优选、刀具加工状态监控及切削数据库开发等，如图1所示。
图1 钛合金高质高效切削加工刀具技术
工件材料切削加工性研究是开发高性能切削刀具的基础。基于材料切削去除机理分析，结合动态力学性能测试、切削试验与数值仿真等手段，对钛合金切削过程热-力载荷耦合作用、材料切除变形与失效机制、刀-屑和刀-工界面的接触与摩擦学行为等进行理论建模及试验和仿真研究，可揭示影响钛合金切削加工性的主导因素，有助于指导钛合金高质高效切削刀具的设计制造及选用。
在刀具材料设计方面，进行钛合金与刀具材料力学性能和理化性能的匹配性分析，建立钛合金切削加工刀具-工件作用的材料学及热力学研究体系，通过切削试验和仿真模拟探索钛合金切削过程中刀具的磨损规律并揭示刀具磨损机理，进而设计与优选适于钛合金高质高效加工的刀具材料体系。
在刀具涂层制备方面，包括新型刀具涂层材料设计选用和刀具涂层制备工艺，需针对钛合金的高化学活性特点，选用兼具减摩、耐磨与热障作用的涂层材料，并开发相应的涂层制备工艺和设备。同时，开发涂层刀具微喷砂和深冷处理等表面后处理工艺，改善刀具刃口微几何结构和涂层表层材料的微观组织，实现涂层刀具刃口和表层力学性能的协同强化。
在刀具结构设计方面，根据钛合金加工工艺特点和技术要求，开发钛合金加工特殊刃型刀具（如Wiper刀片）、整体超硬材料及密齿结构刀具等，可以实现其高效率切除与高表面质量加工。在刀具切削参数优选方面，可根据钛合金表面加工质量、加工效率与加工成本等经济技术指标，优化切削参数，实现钛合金高质高效加工。同时，开发刀具加工状态监控技术并建立切削加工数据库，实现加工过程状态监控和工艺参数的智能推送等功能，助推智能制造的发展和工程化应用。
2、钛合金切削刀具材料
在切削加工过程的高温影响下，钛元素具有高的化学活性，如何避免钛合金与刀具材料元素之间的剧烈粘结扩散，是选择钛合金加工刀具以及刀具材料设计时需考虑的首要因素。
钨钻类硬质合金（YG类，即ISO标准的K类，由WC和Co构成）是加工钛合金常用的刀具材料。研究对比YG、YT、YW三种硬质合金刀具加工钛合金时的刀具磨损机理，发现低速切削时三类刀具均以粘结磨损为主，高速切削时YG类刀具仍以粘结磨损为主，但YT类刀具在粘结磨损的同时伴随产生一定的氧化磨损和扩散磨损，YW类刀具则是三种磨损机理占据同等地位，因此在低速切削钛合金时可优先选用YG类硬质合金刀具，高速切削时可选用YW类或YG类硬质合金刀具。除了与刀具中的Co含量有关外，影响钛合金切削刀具性能的另一主要因素是晶粒度，细化且均匀分散的WC硬质相和Co粘结相可增大两相粘结面积，不仅有助于提高硬质合金的抗弯强度和冲击韧性，同时还可保证硬质合金的高硬度和良好的耐磨性。当WC晶粒的平均尺寸在0.8～1.4μm时，钨钴类硬质合金刀具表现出较好的抗磨损性能。
采用普通晶粒尺寸的硬质合金刀具加工钛合金时刀具寿命通常较短，导致切削速度只能在低于50m/min范围选取，加工效率较低。肯纳刀具推出的由细晶粒碳化钨（含钴6%）组成的K313材质基体，兼具高的热硬度和良好的抗塑性变形能力，有效保证了刀具韧性和均匀的后刀面磨损，在精加工阶段切削速度在100m/min左右时刀具仍具有正常的加工寿命。山特维克可乐满H13A（HW）和伊斯卡IC20非涂层硬质合金刀具材料具有良好的抗粘结磨损性和高韧性，适用于航空工业钛合金零部件加工。
超硬刀具材料如聚晶立方氮化硼（PCBN）和聚晶金刚石（PCD）可以实现钛合金材料的高速、高精度和高稳定性加工。对比分析不同刀具材料在高速车削钛合金时的磨损差异，包括未涂层硬质合金、TiAlN PVD涂层硬质合金以及PCBN等，发现PCBN刀具材料在高切削速度、低进给量、低背吃刀量下切削钛合金时可以获得较平稳的切削力和较低的加工表面粗糙度值；PCD刀具在切削速度为200m/min以上加工钛合金时，仍然可以保持较好的刀具使用寿命和加工表面质量。因此，PCBN和PCD等超硬刀具材料适用于钛合金的精加工和高速加工。
自从1790年发现钛元素以来，人类为了获得它超凡的性能，而开展了长达百年的艰辛探索。1910年人类第一次制得金属钛，直到40年后的1951年才最终实现工业化生产。
钛合金以其高比强度、优异的耐蚀性和耐热性等性能优势，在国防工业和民用领域中被广泛应用。然而，钛合金属于典型难加工材料，切削加工时温度高、切削变形和冷硬现象严重、易粘刀，导致刀具易磨损且表面质量差。
钛合金就象是一匹烈性的千里马，如何实现钛合金高质高效加工是加工领域所关注的热点及难点问题。下面这篇文章很好地解答了这个问题。
1、序言
钛合金材料具有比强度高、耐蚀性和耐热性好等性能优势，被广泛应用于航空航天、武器装备等国防工业和石油化工、生物医疗等民用领域。由于钛合金具有热导率低、高温化学活性高和弹性模量小等特点，在切削加工过程中存在切削温度高、切削变形和冷硬现象严重及易粘刀等现象，导致刀具易磨损且表面加工质量差，使钛合金成为典型的难加工材料[1]。同时，钛合金构件常用的轻量化设计特点使材料去除量大，目前钛合金加工时采用的低切削用量严重制约了生产效率的提升，造成制造成本的升高。因此，实现钛合金构件的高质高效切削加工成为制造业亟需突破的关键共性技术难题。
作为切削加工工艺研究体系中的核心要素，刀具技术的发展可为切削加工技术带来新的变革。为实现钛合金构件的高质高效切削加工，需要科学选用或设计开发高性能切削刀具，相关技术包括刀具材料与刀具结构设计、刀具涂层制备、刀具切削参数优选、刀具加工状态监控及切削数据库开发等，如图1所示。
图1 钛合金高质高效切削加工刀具技术
工件材料切削加工性研究是开发高性能切削刀具的基础。基于材料切削去除机理分析，结合动态力学性能测试、切削试验与数值仿真等手段，对钛合金切削过程热-力载荷耦合作用、材料切除变形与失效机制、刀-屑和刀-工界面的接触与摩擦学行为等进行理论建模及试验和仿真研究，可揭示影响钛合金切削加工性的主导因素，有助于指导钛合金高质高效切削刀具的设计制造及选用。
在刀具材料设计方面，进行钛合金与刀具材料力学性能和理化性能的匹配性分析，建立钛合金切削加工刀具-工件作用的材料学及热力学研究体系，通过切削试验和仿真模拟探索钛合金切削过程中刀具的磨损规律并揭示刀具磨损机理，进而设计与优选适于钛合金高质高效加工的刀具材料体系。
在刀具涂层制备方面，包括新型刀具涂层材料设计选用和刀具涂层制备工艺，需针对钛合金的高化学活性特点，选用兼具减摩、耐磨与热障作用的涂层材料，并开发相应的涂层制备工艺和设备。同时，开发涂层刀具微喷砂和深冷处理等表面后处理工艺，改善刀具刃口微几何结构和涂层表层材料的微观组织，实现涂层刀具刃口和表层力学性能的协同强化。
在刀具结构设计方面，根据钛合金加工工艺特点和技术要求，开发钛合金加工特殊刃型刀具（如Wiper刀片）、整体超硬材料及密齿结构刀具等，可以实现其高效率切除与高表面质量加工。在刀具切削参数优选方面，可根据钛合金表面加工质量、加工效率与加工成本等经济技术指标，优化切削参数，实现钛合金高质高效加工。同时，开发刀具加工状态监控技术并建立切削加工数据库，实现加工过程状态监控和工艺参数的智能推送等功能，助推智能制造的发展和工程化应用。
2、钛合金切削刀具材料
在切削加工过程的高温影响下，钛元素具有高的化学活性，如何避免钛合金与刀具材料元素之间的剧烈粘结扩散，是选择钛合金加工刀具以及刀具材料设计时需考虑的首要因素。
钨钻类硬质合金（YG类，即ISO标准的K类，由WC和Co构成）是加工钛合金常用的刀具材料。研究对比YG、YT、YW三种硬质合金刀具加工钛合金时的刀具磨损机理，发现低速切削时三类刀具均以粘结磨损为主，高速切削时YG类刀具仍以粘结磨损为主，但YT类刀具在粘结磨损的同时伴随产生一定的氧化磨损和扩散磨损，YW类刀具则是三种磨损机理占据同等地位，因此在低速切削钛合金时可优先选用YG类硬质合金刀具，高速切削时可选用YW类或YG类硬质合金刀具。除了与刀具中的Co含量有关外，影响钛合金切削刀具性能的另一主要因素是晶粒度，细化且均匀分散的WC硬质相和Co粘结相可增大两相粘结面积，不仅有助于提高硬质合金的抗弯强度和冲击韧性，同时还可保证硬质合金的高硬度和良好的耐磨性。当WC晶粒的平均尺寸在0.8～1.4μm时，钨钴类硬质合金刀具表现出较好的抗磨损性能。
采用普通晶粒尺寸的硬质合金刀具加工钛合金时刀具寿命通常较短，导致切削速度只能在低于50m/min范围选取，加工效率较低。肯纳刀具推出的由细晶粒碳化钨（含钴6%）组成的K313材质基体，兼具高的热硬度和良好的抗塑性变形能力，有效保证了刀具韧性和均匀的后刀面磨损，在精加工阶段切削速度在100m/min左右时刀具仍具有正常的加工寿命。山特维克可乐满H13A（HW）和伊斯卡IC20非涂层硬质合金刀具材料具有良好的抗粘结磨损性和高韧性，适用于航空工业钛合金零部件加工。
超硬刀具材料如聚晶立方氮化硼（PCBN）和聚晶金刚石（PCD）可以实现钛合金材料的高速、高精度和高稳定性加工。对比分析不同刀具材料在高速车削钛合金时的磨损差异，包括未涂层硬质合金、TiAlN PVD涂层硬质合金以及PCBN等，发现PCBN刀具材料在高切削速度、低进给量、低背吃刀量下切削钛合金时可以获得较平稳的切削力和较低的加工表面粗糙度值；PCD刀具在切削速度为200m/min以上加工钛合金时，仍然可以保持较好的刀具使用寿命和加工表面质量。因此，PCBN和PCD等超硬刀具材料适用于钛合金的精加工和高速加工。
GERSHTE《纪筱初陆邵宸》(全文阅读),《纪筱初陆邵宸》(笔趣阁全文),《纪筱初陆邵宸》(今日更新最新章节)
K9LYLLI全文到> > 公「众」号〖怀念文学〗发一个主角名，就行了
明明是夫妻，陆邵宸对她还不如陌生人，连睡觉都防着她。_纪筱初陆邵宸
这些年，纪筱初几次忘记自己重生过，只有偶尔梦见前世的种种，才惊觉自己已经换了另一种人生。_纪筱初陆邵宸
姜延苦涩笑着：“早知道啊，在训练前我就去打结婚报告，那样你就永远是我的老婆了……”_纪筱初陆邵宸
她起身，讨好上前：“……你回来了。”_纪筱初陆邵宸
碍于陆邵宸在场，队长也不好下她的面子，只说：“那你去第三排吧。”_纪筱初陆邵宸
战士们上车离开时，纪筱初正跟姜延说话，身后突然响起一道洪亮的声音：“报告！”_纪筱初陆邵宸
“纪小姐，大家就是随便聊天，没有怪你的意思，你别迁怒她们。”_纪筱初陆邵宸
纪筱初眉头微蹙，仿佛听见一个匪夷所思的问题。_纪筱初陆邵宸
话还没说完，却被陆邵宸抬手打断：“沈，我对你的照顾仅仅是因为你是烈士遗属，你才是该有自知之明的那个人！”_纪筱初陆邵宸
几番深呼吸，自我安慰。_纪筱初陆邵宸
一下子，陆邵宸突然忘了自己要说什么。_纪筱初陆邵宸
明明是鼓励的话，可纪筱初却听得心碎。_纪筱初陆邵宸
“都怪我，都是我的错……”_纪筱初陆邵宸
两人的动静引来台上人的关注，所有人都把视线放在了纪筱初身上，窃窃私语。_纪筱初陆邵宸
话音刚落，纪筱初推开了她，堂而皇之地进了院子。_纪筱初陆邵宸
纪筱初看着紧闭的门，眼眶突然有些发酸。_纪筱初陆邵宸
她无论是提结婚还是离婚，陆邵宸都一幅冷漠，仿佛对他来说，一切都不重要，都
绕过草丛，纪筱初紧贴着墙角，看着不远处路上停着的一辆坤宝车和两辆面包车。_纪筱初陆邵宸
这时，一直躲在沈秀梅身后没吱声的小杰忽然冲出来，用力推了她一把！_纪筱初陆邵宸
纪筱初失笑接过，每次自己脱下军装，他就不把她当下级了：“谢谢。”_纪筱初陆邵宸
众人错愕看去，只见陆邵宸黑着脸站在门口，冷沉的目光刃般含着意。_纪筱初陆邵宸
纪筱初冷冷一笑：“方圆几十里只有一个废弃的村子，别跟我说你是那里的‘鬼’。”_纪筱初陆邵宸
K9LYLLI全文到> > 公「众」号〖怀念文学〗发一个主角名，就行了
明明是夫妻，陆邵宸对她还不如陌生人，连睡觉都防着她。_纪筱初陆邵宸
这些年，纪筱初几次忘记自己重生过，只有偶尔梦见前世的种种，才惊觉自己已经换了另一种人生。_纪筱初陆邵宸
姜延苦涩笑着：“早知道啊，在训练前我就去打结婚报告，那样你就永远是我的老婆了……”_纪筱初陆邵宸
她起身，讨好上前：“……你回来了。”_纪筱初陆邵宸
碍于陆邵宸在场，队长也不好下她的面子，只说：“那你去第三排吧。”_纪筱初陆邵宸
战士们上车离开时，纪筱初正跟姜延说话，身后突然响起一道洪亮的声音：“报告！”_纪筱初陆邵宸
“纪小姐，大家就是随便聊天，没有怪你的意思，你别迁怒她们。”_纪筱初陆邵宸
纪筱初眉头微蹙，仿佛听见一个匪夷所思的问题。_纪筱初陆邵宸
话还没说完，却被陆邵宸抬手打断：“沈，我对你的照顾仅仅是因为你是烈士遗属，你才是该有自知之明的那个人！”_纪筱初陆邵宸
几番深呼吸，自我安慰。_纪筱初陆邵宸
一下子，陆邵宸突然忘了自己要说什么。_纪筱初陆邵宸
明明是鼓励的话，可纪筱初却听得心碎。_纪筱初陆邵宸
“都怪我，都是我的错……”_纪筱初陆邵宸
两人的动静引来台上人的关注，所有人都把视线放在了纪筱初身上，窃窃私语。_纪筱初陆邵宸
话音刚落，纪筱初推开了她，堂而皇之地进了院子。_纪筱初陆邵宸
纪筱初看着紧闭的门，眼眶突然有些发酸。_纪筱初陆邵宸
她无论是提结婚还是离婚，陆邵宸都一幅冷漠，仿佛对他来说，一切都不重要，都
绕过草丛，纪筱初紧贴着墙角，看着不远处路上停着的一辆坤宝车和两辆面包车。_纪筱初陆邵宸
这时，一直躲在沈秀梅身后没吱声的小杰忽然冲出来，用力推了她一把！_纪筱初陆邵宸
纪筱初失笑接过，每次自己脱下军装，他就不把她当下级了：“谢谢。”_纪筱初陆邵宸
众人错愕看去，只见陆邵宸黑着脸站在门口，冷沉的目光刃般含着意。_纪筱初陆邵宸
纪筱初冷冷一笑：“方圆几十里只有一个废弃的村子，别跟我说你是那里的‘鬼’。”_纪筱初陆邵宸
HESTJET《纪筱初陆邵宸》(全文阅读),《纪筱初陆邵宸》(笔趣阁全文),《纪筱初陆邵宸》(今日更新最新章节)
K9LYLLI全文到> > 公「众」号〖拥抱文学〗发一个主角名，就行了
明明是夫妻，陆邵宸对她还不如陌生人，连睡觉都防着她。_纪筱初陆邵宸
这些年，纪筱初几次忘记自己重生过，只有偶尔梦见前世的种种，才惊觉自己已经换了另一种人生。_纪筱初陆邵宸
姜延苦涩笑着：“早知道啊，在训练前我就去打结婚报告，那样你就永远是我的老婆了……”_纪筱初陆邵宸
她起身，讨好上前：“……你回来了。”_纪筱初陆邵宸
碍于陆邵宸在场，队长也不好下她的面子，只说：“那你去第三排吧。”_纪筱初陆邵宸
战士们上车离开时，纪筱初正跟姜延说话，身后突然响起一道洪亮的声音：“报告！”_纪筱初陆邵宸
“纪小姐，大家就是随便聊天，没有怪你的意思，你别迁怒她们。”_纪筱初陆邵宸
纪筱初眉头微蹙，仿佛听见一个匪夷所思的问题。_纪筱初陆邵宸
话还没说完，却被陆邵宸抬手打断：“沈，我对你的照顾仅仅是因为你是烈士遗属，你才是该有自知之明的那个人！”_纪筱初陆邵宸
几番深呼吸，自我安慰。_纪筱初陆邵宸
一下子，陆邵宸突然忘了自己要说什么。_纪筱初陆邵宸
明明是鼓励的话，可纪筱初却听得心碎。_纪筱初陆邵宸
“都怪我，都是我的错……”_纪筱初陆邵宸
两人的动静引来台上人的关注，所有人都把视线放在了纪筱初身上，窃窃私语。_纪筱初陆邵宸
话音刚落，纪筱初推开了她，堂而皇之地进了院子。_纪筱初陆邵宸
纪筱初看着紧闭的门，眼眶突然有些发酸。_纪筱初陆邵宸
她无论是提结婚还是离婚，陆邵宸都一幅冷漠，仿佛对他来说，一切都不重要，都
绕过草丛，纪筱初紧贴着墙角，看着不远处路上停着的一辆坤宝车和两辆面包车。_纪筱初陆邵宸
这时，一直躲在沈秀梅身后没吱声的小杰忽然冲出来，用力推了她一把！_纪筱初陆邵宸
纪筱初失笑接过，每次自己脱下军装，他就不把她当下级了：“谢谢。”_纪筱初陆邵宸
众人错愕看去，只见陆邵宸黑着脸站在门口，冷沉的目光刃般含着意。_纪筱初陆邵宸
纪筱初冷冷一笑：“方圆几十里只有一个废弃的村子，别跟我说你是那里的‘鬼’。”_纪筱初陆邵宸
K9LYLLI全文到> > 公「众」号〖拥抱文学〗发一个主角名，就行了
明明是夫妻，陆邵宸对她还不如陌生人，连睡觉都防着她。_纪筱初陆邵宸
这些年，纪筱初几次忘记自己重生过，只有偶尔梦见前世的种种，才惊觉自己已经换了另一种人生。_纪筱初陆邵宸
姜延苦涩笑着：“早知道啊，在训练前我就去打结婚报告，那样你就永远是我的老婆了……”_纪筱初陆邵宸
她起身，讨好上前：“……你回来了。”_纪筱初陆邵宸
碍于陆邵宸在场，队长也不好下她的面子，只说：“那你去第三排吧。”_纪筱初陆邵宸
战士们上车离开时，纪筱初正跟姜延说话，身后突然响起一道洪亮的声音：“报告！”_纪筱初陆邵宸
“纪小姐，大家就是随便聊天，没有怪你的意思，你别迁怒她们。”_纪筱初陆邵宸
纪筱初眉头微蹙，仿佛听见一个匪夷所思的问题。_纪筱初陆邵宸
话还没说完，却被陆邵宸抬手打断：“沈，我对你的照顾仅仅是因为你是烈士遗属，你才是该有自知之明的那个人！”_纪筱初陆邵宸
几番深呼吸，自我安慰。_纪筱初陆邵宸
一下子，陆邵宸突然忘了自己要说什么。_纪筱初陆邵宸
明明是鼓励的话，可纪筱初却听得心碎。_纪筱初陆邵宸
“都怪我，都是我的错……”_纪筱初陆邵宸
两人的动静引来台上人的关注，所有人都把视线放在了纪筱初身上，窃窃私语。_纪筱初陆邵宸
话音刚落，纪筱初推开了她，堂而皇之地进了院子。_纪筱初陆邵宸
纪筱初看着紧闭的门，眼眶突然有些发酸。_纪筱初陆邵宸
她无论是提结婚还是离婚，陆邵宸都一幅冷漠，仿佛对他来说，一切都不重要，都
绕过草丛，纪筱初紧贴着墙角，看着不远处路上停着的一辆坤宝车和两辆面包车。_纪筱初陆邵宸
这时，一直躲在沈秀梅身后没吱声的小杰忽然冲出来，用力推了她一把！_纪筱初陆邵宸
纪筱初失笑接过，每次自己脱下军装，他就不把她当下级了：“谢谢。”_纪筱初陆邵宸
众人错愕看去，只见陆邵宸黑着脸站在门口，冷沉的目光刃般含着意。_纪筱初陆邵宸
纪筱初冷冷一笑：“方圆几十里只有一个废弃的村子，别跟我说你是那里的‘鬼’。”_纪筱初陆邵宸
✋热门推荐