鈦合金和鋁合金具有以下相似之處：①這兩種金屬材料都被大量用于制造飛機結構件；②這兩類零部件在制成之前，都可能有高達90％的材料量需要銑削切除。

許多加工車間可能都希望這兩種金屬材料有更多的共同點。在航空制造業，一些已對加工鋁合金得心應手的制造商發現，自己需要加工的鈦合金正日益增多，這是因為新設計的飛機上使用鈦合金零部件越來越多。

CoroMill 690是一款專用于鈦合金加工的具有高壓冷卻能力的長刃立銑刀

實際上，許多車間的鈦合金加工能力遠比他們自己所意識到的更強大，有效運用許多有價值的鈦合金加工技術其實并不困難，但很少有車間能主動采用所有這些鈦合金高效銑削技術。鈦合金并不一定難以加工，只是必須對整個銑削工藝進行全面考量，因為忽視其中任何一個要素都可能會影響整個工藝的有效性，銑削的穩定性是其中一個關鍵要素。當銑刀切削工件時，形成了一個工藝鏈，刀具、夾頭、主軸、立柱、導軌、工作臺、夾具和工件都是這個工藝鏈的組成部分，也是所需穩定性的組成部分。為了最大限度地實現鈦合金高效銑削工藝的潛力，與大家一同分享以下10種加工技巧。

（1）保持較小的徑向吃刀量

加工鈦合金的關鍵挑戰之一是如何散熱。切削鈦合金時，所產生的熱量只有很少一部分被切屑帶走。與切削其他金屬材料相比，切削鈦合金時有更多切削熱傳入刀具之中。因此，徑向吃刀量的選擇決定了表面切削速度的選擇。

圖1 表面切削速度與吃刀弧長的關系曲線

從圖1的曲線可以看出這一點。全齒切槽——意味著180°吃刀——要求降低表面切削速度。而減小徑向吃刀量縮短了切削刃的發熱時間，并使切削刃在下一轉切入工件材料之前有更多時間冷卻。因此，通過減小徑向吃刀量，可以提高表面切削速度，同時使切削點的溫度保持在較低水平。精銑鈦合金時，采用很高的表面切削速度和很小的每齒進給量，經過制備的鋒利切削刃與工件材料之間形成非常小的接觸圓弧，可以獲得非常不錯的加工效果。利用切屑減薄效應，大進給銑刀的刀片切削刃曲線使其可以采用更高的進給率。例如，在銑削高溫合金航空零部件時，大進給銑刀的進給率可比傳統銑刀提高5倍。

（2）增加刀刃數量

常用的立銑刀有4—6個刀刃（刀槽），但對于銑削鈦合金而言，這些刀刃數量可能遠遠不夠。為了實現高效銑削，可能需要10個以上的刀刃（見圖2）。

圖2 具有更多刀刃的密齒銑刀

增加刀刃數量可以彌補減小每齒進給量的需求。在許多加工中，10刃銑刀密集排列的刀槽會使排屑空間顯得過于狹窄。不過，銑削鈦合金時傾向于采用較小的徑向切深，因此所產生的切屑也比較小，從而為采用刀刃數較多的密齒銑刀以提高生產率提供了可能性。

（3）形成由厚到薄的切屑

這一概念可以用大家熟知的切削術語“順銑”來表示，即銑刀的旋轉方向應與銑刀的進給方向相反。

在稱為“逆銑”的加工中，銑刀旋轉方向與進給方向相同，開始時形成的切屑比較薄，然后逐漸變厚（圖3左）。當銑刀切入工件時，在金屬材料開始被切離工件母體之前，由于摩擦力產生的切削熱無法被薄切屑完全吸收和帶走，因此只能傳入刀具之中。此后，在切屑已變厚的刀具切出點，增大的切削壓力將使刀具面臨與切屑發生粘結的風險。

圖3 順銑與逆銑的對比

在順銑（形成的切屑由厚到薄）時，銑刀切削刃從工件材料較厚處切入，并從已加工表面切出（圖3右）。在側面銑削時，銑刀“翻越”工件材料，在切入處形成較厚的切屑，使其能最大限度地吸收切削熱，而在切出處形成的薄切屑可避免與刀具發生粘結。

銑削表面輪廓時，必須仔細檢查刀具路徑，以確保銑刀始終能以順銑方式在材料較厚處切入工件，并在已加工表面切出工件。而要在錯綜復雜的走刀中做到這一點，并不總是像只需保持合適的材料厚度那樣簡單。

（4）采用圓弧切入法

在切削鈦合金和其他一些金屬時，切削力變化引起的振動會使刀具壽命縮短，而最糟糕的情況往往發生在銑刀切入工件材料時。刀具直接切入工件毛坯（就像幾乎所有標準刀具路徑規定的那樣）對切削刃的影響類似于用一把錘子猛擊刀刃。

正確的切入方式應該是刀具平緩地“滑入”工件。而要做到這一點，就必須創建一種不同于標準刀軌的刀具路徑，即刀具應沿著許多弧線（而不是一條直線）漸次切入工件（見圖4）。在切屑由厚到薄的順銑加工中，圓弧刀軌的切入方向應與刀具旋轉方向（順時針或逆時針）保持一致。圓弧切入刀軌可使切削力逐步增大，避免刀具受到猛烈沖擊或失穩。在銑刀達到全吃刀量切削之前，切削熱的產生和切屑的形成也是逐漸增多的。

圖4 圓弧切入示意圖

（5）通過倒棱逐漸切出

當銑刀從工件中切出時，切削力也可能發生急劇變化。雖然順銑加工非常有用，但這種加工方式的問題是，當銑刀到達走刀終點并開始脫離工件時，由厚到薄的成屑過程會突然停止，而切屑負荷的急劇變化會引起切削力的類似變化，從而對銑刀造成沖擊，或許還會使零件表面質量惡化。為了避免這種切削力的突然變化，可以預先在走刀終點處銑出一個45°的倒棱，使刀具的徑向切深逐漸減小，以減緩沖擊（見圖5）。

圖5 倒棱切出示意圖

（6）采用第二鏟背區

銑削鈦合金時，鋒利的切削刃可以最大限度地減小切削力。但是，切削刃還必須具有足以抵御切削壓力的強度。采用第二鏟背區的銑刀設計方案（見圖6）可以同時實現上述兩個目標。這種銑刀切削刃的第一正角區能夠承受切削力，其后的第二鏟背區向下傾斜，使余隙增大。第二鏟背區在刀具中比較常見，但對鈦合金加工刀具尤其有效，對采用不同第二鏟背區的銑刀進行切削試驗可能會揭示出在切削性能或刀具壽命上令人吃驚的變化。

圖6 第二鏟背區示意圖

（7）改變軸向切深

銑刀切深部位的氧化和化學反應可能會縮短刀具壽命。如果銑刀在同一深度反復走刀切削，該部位就可能出現早期破損。在多次進行軸向銑削時，就可能在刀具的破損部位引起冷作硬化，并在工件上留下刀痕線（對于航空零部件，這是不可接受的），而這意味著，由于對工件表面質量的這種不良影響，必須提前更換刀具。為了防止出現這種情況，可以通過改變每次走刀的軸向切深，將可能出問題的部位分散到刀槽上的不同位置，從而達到保護刀具的目的（見圖7）。在車削加工中，通過第一次走刀采用錐度車削，第二次走刀采用平行車削，也可以達到防止在切深處產生刻劃磨損的類似效果。

圖7 每次走刀采用不同的軸向切深

（8）銑削薄細特征時應限制軸向切深

在鈦合金零件上銑削薄壁和無支撐特征時，應遵循“8∶1規則”。用立銑刀銑削薄壁時，為防止其撓曲變形，應采取分段進給、逐次切削的方式，而不是一次走刀就銑削出整個腔壁深度。具體來說，每次向下走刀的軸向切深不應大于最終壁厚（即經過多次走刀銑削后最終形成的壁厚）的8倍（見圖8）。例如，如果最終壁厚為2.5mm，則每次相鄰走刀的軸向切深不應大于20mm。

圖8 按“8∶1規則”銑削薄壁

盡管對切深有一定限制，但按照“8∶1規則” 銑削薄壁仍有可能獲得較高的生產率。為實現這一目標，加工時可先在薄壁周圍保留較厚的毛坯包覆層，使特征厚度為最終壁厚的3—4倍。例如，如果保留的壁厚為7.5mm，那么按照“8∶1規則”，允許的軸向切深則為60mm。在以較大的軸向切深走刀切除大部分材料后，再以較小的切深將保留的厚壁加工到其最終尺寸。

（9）選用直徑遠小于工件凹腔的銑刀

由于加工鈦合金時刀具吸收的熱量較多，因此刀具需要有較大的空隙來散熱冷卻。在銑削尺寸較小的凹腔時，銑刀的直徑不應大于凹腔直徑（或可比尺寸）的70％（圖9右）。一般來說，如果空隙小于這一規定，就存在冷卻液無法到達刀具切削刃以及排屑不暢（本來切屑至少可以帶走部分熱量）的風險（圖9左）。

圖9 按“70％規則”選擇銑刀

上述“70％規則”也適用于工件外表面的銑削加工。在這種加工中，工件特征的寬度應為刀具直徑的70％。為了形成由厚到薄的切屑，可將銑刀偏置10％。

（10）采用大進給銑刀

近年來，為模具制造業加工工具鋼而開發的大進給銑刀已廣泛應用于鈦合金的銑削加工。大進給銑刀需要采用很小的軸向切深，但在小切深銑削時，可采用比傳統結構銑刀更高的進給率。其原因在于“切屑減薄”效應。大進給銑刀的關鍵在于采用了刃口圓弧半徑較大的銑刀片（見圖10）。這種大圓弧半徑可使切屑的形成擴大到切削刃上更大的接觸區域。由此引起的切屑減薄可能會導致1mm的軸向切深產生厚度僅為0.2mm左右的切屑。在銑削鈦合金時，這種薄切屑突破了此類加工通常要求每齒進給量很小的局限，切屑減薄為采用更高的編程進給率提供了可能。

圖10 大進給銑刀

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