钛合金加工刀具寿命研究技术浅析_陈代鑫
磨损、 拉伸等作用的能力， 以及刀具在破裂前吸收冲击 ， 的能力 因此硬度与韧度的平衡是刀具材料发展的关 键因素。图 1 说明了不同材料的硬度及韧度之间的关 系。其中硬质合金材料 （ Carbide ） 具有良好的硬度及 韧度综合性， 因此是钛合金加工最为常用的刀具。 除 此之外， 其他可用于钛合金加工的材料包括高 速 钢 （ HSS） 、 陶瓷（ Ceramics） 、 立方氮化硼 （ CBN ） 和聚晶金 ［5 ］ 刚石（ PCD） 等 。
。在钛合金干式切削实验中， 后刀
［12 ］
面磨损同样被定义为主要的刀具磨损形式
。 氮气
介质下铣削钛合金时的刀具磨损形式主要为机械磨 损， 粘结磨损、 氧化磨损和扩散磨损， 刀具在铣削过程 中有划伤、 粘刀、 剥落和微观裂纹等现象， 在高速和长 ［4 ］ 时间铣削时可能会出现烧刀现象 。 钛合金加工中最常见的 通过对大量文献的总结， 、 磨损机理总结为扩散磨损 粘结磨损、 磨粒磨损及氧化 磨损， 由这 4 类磨损机理导致的磨损形式主要分为 7 大类， 见表 1 。
［5 ］ 初期的泰勒公式表示为 ： Vc Tn = C
（ 1）
· 91 ·
m / min； T 是刀具使用寿命， min； n 式中： V c 是切削速度， 和 C 是根据实验数据求出的常数。 从式 （ 1 ） 看出， 刀 具寿命与切削速度有直接关系， 但随着技术的发展， 该 公式因素考虑的欠缺性逐渐体现出来， 后来的发展中 被改进的泰勒经验公式所取代： Vc T n f a db = C （ 2）
钛合金加工刀具寿命研究技术浅析
陈代鑫 韩 雄 宋 戈
（ 成都飞机工业（ 集团） 有限责任公司数控加工厂， 四川 成都 610092 ） 摘
*
要： 对常用及最新的钛合金加工刀具使用寿命研究技术的文献进行了综述及总结 ， 钛合金加工过程中 最常见的 4 类刀具磨损机理得以总结。 基于后刀面磨损带宽度的刀具寿命研究方法， 介绍了泰勒 经验公式及可靠度研究的最新进展 ， 并对 2 类方法的优缺点也进行了对比。 最后， 对于今后可能的 发展方向进行了探讨及展望。
对于钛合金加工时刀具磨损的研究， 最常用的是对 后刀面磨损（ flank wear） 的研究。经过学者的大量实验 ， 后刀面磨损带宽度在加工过程中随加工时 间的变化基本都趋于一个三段变化曲线。如图 2 所示， 总结
［ 2， 9 － 11 ］
泰勒经验公式由美国工程师 Frederick W. Taylor ［2 ， 4， 12 － 14 ］ 。 提出， 是最被广泛使用的刀具寿命估算公式
表1
机理 磨粒磨损 粘结磨损 扩散磨损 氧化磨损 √
2
钛合金加工刀具寿命预测
钛合金加工常见刀具磨损机理及表现形式
边界 划痕 磨损 磨损 √ √ √ 积屑瘤 断裂 崩刃 √ √ √ √ 塑性 变形 √ 涂层 脱落 √
表现形式 月牙洼 后刀面
随着刀具结构及涂层材料的发展， 加工刀具耐用 度及加工寿命也在随之增长， 但如何在具体加工环境 下预测出加工刀具的使用寿命及如何提高预测准确 性， 从而实现准确的刀具时间更换及成本控制 ， 一直是 该领域的瓶颈问题。 通过对大量文献总结， 将目前主 要和最新的 2 种加工刀具寿命研究技术介绍如下 。 2. 1 2. 1. 1 基于泰勒经验损量短时间急剧升高； 然 后进入刀具磨损变化相对稳定的第二阶段， 这阶段是钛 合金加工的主要时期； 最后当刀具接近耐用度极限时， 磨损量再次迅速加快， 进入刀具磨损的第三阶段。
1
1. 1
钛合金加工刀具磨损及刀具寿命
钛合金加工刀具磨损
大量的实验研究已经对于在钛合金加工中的磨损 机理进行了阐述。比如在一种新型的热辅助钛合金铣 削加工中， 经研究： 扩散磨损是主要的刀具磨损机理， ［7 ］ 偶尔伴有粘结磨损 。 在使用硬质合金刀具高速加 工钛合金 Ti － 6Al － 4V 的实验中， 扩散磨损同样得以 ［8 ］ 。 观测及深入的研究 在钛合金工件的磨削加工实 验中， 磨粒磨损及粘结磨损被总结为主要的磨 损 机 ［9 ］ 理 。在使用涂层硬质合金刀具端面铣削钛合金零 件的加工实验中， 非均匀的后刀面磨损是观测到的主 要磨损形式， 磨粒磨损是形成后刀面磨损的最主要机 理 。同样， 在应用立方氮化硼刀具（ CBN ） 高速加工 钛合金切削实验中， 非均匀的后刀面磨损也是观测到 的主要磨损形式
* 国家科技重大专项项目： 国产高档数控机床与数控系统在飞机筋肋梁等加工单元中的应用（ 2013ZX04001 － 021 ） · 90 ·
在当前的实际生产活动中， 为了避免刀具在加工 过程中失效而导致加工故障， 通常会采取提前更换刀 具的方式从而使得约 20% ～ 50% 的刀具寿命没有得 ［6 ］ 到充分使用 ， 造成刀具成本的极大浪费。 这使得对 刀具寿命的研究显得尤为迫切， 如何有效准确地预测 刀具在加工过程的使用寿命， 不但能降低刀具成本， 同 时也降低了工件加工故障发生率 。
［24 － 25 ］
mm / 齿； d 是切削深度， mm； a 和 b 式中： f 是进给速度， 是根据实验数据求出的常数。改进的泰勒公示充分考 虑了加工过程中最常用的几个加工参数 ， 进一步提高 了刀具寿命估算的准确性。该公式也是目前较为常用 的刀具寿命回归算法。 2. 1. 2 实验方法设计 根据改进的泰勒经验公式， 可以得到刀具寿命估 ： 算公式 T = εV c b1 f b2 d b3 （ 3） b2 、 b3 及 ε 是由实验结果计算求得的常数。 式中： b1 、 改进的泰勒公式将加工参数中的切削速度 V c 、 进给速 度 f 及切削深度 d 都考虑进去， 进一步提高了刀具寿 命预测的精度。可以看出， 当求得式 （ 3 ） 中的常数后， 即可得出刀具寿命与切削参数的关系式 。 对式（ 3 ） 两边求对数， 得： lnT = lnε + b1 ·lnV c + b2 ·lnf + b3 ·lnd （ 4） x1 = β1 = b1 ， β2 = b2 ， β3 = b3 ， 式中： 设 y = lnT，β0 = lnε， ln V c ， x2 = lnf 及 x3 = lnd， 则式 （ 4 ） 可以改写为多元一 阶线型模型： y = β0 + β1 x1 + β2 x2 + β3 x3 （ 5） 为了提高实验精度， 一些实验中也引入了多元二 。 阶非线性模型 相比一阶模型， 增加了平方项及交叉 项对结果的影响。其公式可表示为： y = β0 + β1 x1 + β2 x2 + β3 x3 + β11 x1 2 + β22 x2 2 +
［11 ］ ［10 ］
1. 2
刀具使用寿命影响因素 在机械加工过程中， 刀具寿命受诸多因素影响， 如
人为因素、 加工环境、 加工方法及材料等影响 （ 图 3 ） ， 因此刀具寿命的研究涉及到与加工关联的各个方面 。 但是当把研究对象特定为某一确定的加工环境时 ， 则 影响刀具寿命的因素则主要为加工方法 ， 如切削速度、 加工进给和切深切宽等等。
关键词： 钛合金加工； 刀具寿命预测； 泰勒经验公式； 可靠度分析 中图分类号： TG711 文献标识码： A
Ｒecent advances of cutting tools life prediction in titanium alloys machining
CHEN Daixin，HAN Xiong， SONG Ge （ Chengdu Aircraft Industrial （ Group） Co. ，Ltd. ，Chengdu 610092 ， CHN） Abstract： This paper focuses on the literature review of estimation of remaining cutting tools life in titanium alloys machining. Wear mechanisms and factors that affect tool ’ s wear in titanium alloys machining are summarized based on the literature. Methodologies including modified Taylor ’ s equation and reliability assessment of cutting tools life are introduced and discussed in the paper. Future developments on cutting tools life estimation are discussed as well. Keywords： titanium alloys machining； cutting tools life prediction； Taylor’ s equation； reliability assessment 钛合金已经广泛应用于航空航天 、 医药、 航海等领 。 、 域 其材料特性包括如低密度 较高的强度重量比、 很 ［1 ］ 。 好的抗腐蚀能力及在高温时的稳定性等等 但钛合金加工效率低、 成本高等问题 一直是困 扰钛合金发展的瓶颈。钛合金通常被归类为难加工材 料， 其主要原因可以归纳为： （ 1 ） 钛合金加工时， 在工 件 － 刀具及刀具 － 切屑接触区产生难以及时排除的高 温； （ 2 ） 钛合金较低的热传导率， 分别为铁和铝的 1 /4 及 1 /16 ， 加剧了高温的形成； （ 3 ） 在高温时钛合金的高 强度加剧了刀具的磨损； （ 4 ） 钛合金化学活性高， 钛合 金工件与刀具的氧化反应及工件硬化也使得加工效率 低下； （ 5 ） 钛合金弹性模量小的特点使得加工过程不 稳定及刀具磨损的加剧。这些原因使得钛合金加工时 ［2 － 4 ］ 。 的低效率、 高成本问题一直是钛合金应用的瓶颈 加工刀具的发展是影响钛合金加工的最重要因素 之一。硬度、 韧度及耐磨性是刀具材料发展时主要考 虑的 3 个因素。硬度是指加工刀具材料抵抗外界作用 力的能力， 直接与材料强度相关， 而韧度是指刀具抵抗
论文-刀具寿命
刀具磨损教学的浅见机械组纪淼《金属切削原理及刀具》是研究金属切削变形过程及规律，探索刀具在实际生产中的应用的一门技术科学；是我校机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。
其中刀具磨损（寿命）是这门课中比较重要也是实际中运用较多的内容，因此我就围绕这节的内容谈谈自己的看法。
一、紧扣大纲，合理调整教学内容《金属切削原理及刀具》课程采用了《金属切削原理》和《金属切削刀具》两本教材，教学大纲规定了12章节教学内容。
要在60学时内完成如此多的内容，必须针对教学目标恰当分配课时并合理调整内容，其中刀具磨损（寿命）这一节的内容较少，但考虑到它的重要性，我从其他渠道找到了一些相关知识作为补充，相应的其他章节的内容就随之减少。
与此同时，为了使学生掌握教学大纲规定的教学内容，针对这一节教学内容，突出重点和难点、兼顾一般。
在章节讲授开始时，首先介绍该章节的重点和难点，使学生心中有数；该章节讲授结束时，用一定时间进行总结，提高学生对所学知识的掌握程度。
二、把握目标，理论密切联系实际刀具磨损（寿命）是理论性与实践性很强的课程。
根据培养计划安排，在本课程开讲之前，学生已进行了对机床学习，通过铣工、车工、钳工等不同工种的培训，基本熟悉了机械制造的一般过程和机械零件的常用加工方法，对刀具有了初步的了解。
因此，课堂上结合所学内容讲解刀具磨损（寿命）是提高学生知识程度的有效方法。
结合车工中零件的制造过程，即铸造毛坯→车削外圆→镗削内孔→铣削键槽→铣削外齿，在引导学生读懂零件图的同时，了解刀具磨损的原因，并让他们思考如何减少磨损，提高刀具的使用寿命，还可以结合学生车工时照片的展示，使学生温故而知新，在传授理论知识的同时，解答他们实践中的疑惑。
利用录像及图片给同学演示刀具磨损时的应力分析，通过应力、应变以及温度变化的动态显示，使学生能更容易接受知识点。
三、突出优势，精心制作教学课件采用多媒体现代教育技术教学具有知识形象化、课堂生动化、增大课堂教学信息、便于课后学生复习等优势，是增强课堂教学效果、提高教学质量的有效手段。
钛合金切削中刀具材料选用及加工工艺介绍
.6mm。
c.切削加工情况：有YG8铣平面，刀具切削轻松，在进刀与工件接触时以及刀具将工件切透时有振动，中间切削过程平稳，使用磨削液。
留0.5mm 余量进行精铣，可获得R a1.6的表面粗糙度。
2.加工十字形状a.刀具选择：选用硬质合金立铣刀，刀具材料为Y330。
铣刀外径Ø40。
b.切削参数选择：主轴转速235r/min。
c.切削加工情况：用Y330加工十字形状，手动横向进给，刀具切削轻松，切削时加磨削液充分冷却。
精铣时铣刀底刃修磨R2，后角为10°～12°，并用碳化硅油石修磨使切削刃光滑，工件能得到R a1.6的表面粗糙度。
此时后角的选择，尤其是刀具圆弧面后角的选择至关重要，过大，会在铣削过程中产生振动，容易崩刃，使切削刃产生锯口，加剧磨损：过小，会造成排屑、断屑困难，切屑还会粘刀，后刀面与工件磨擦现象严重，刀具磨损加快。
因此正确地修磨后角，可以提高刀具的使用寿命。
3.车削工件内外圆弧表面刀具材料、几何参数及切削用量的选择如下：a.刀具材料为YG8，45°偏刀断续切削，使用磨削液让切削刃冷却。
用工装夹持工件，每组加工8件，粗车切削用量V=25～38m/min，f=0.3～0.5mm/r，ap=3～5mm.如加工中间内孔，在连续切削的条件下精车，切削用量V=50～75m/min，f=0.1～0.2mm/r，ap=0.25～0.8mm。
前角γ=8°～12°能保证刀具强度。
.磨出0.05～0.1mm的负倒棱，增强切削刃强度。
.后角a=15°～20°，以减少后刀面与工件的摩擦，提高刀具寿命。
.粗车时，刃倾角λ=-3°～-5°，精车时刃倾角λ=-3°～0°。
.粗车时，刀尖圆弧半径r0=0.5mm，精车时r0=1～2mm，以增强刀尖强度。
.切削加工情况：通过以上参数选择，工件可获得R a1.6的表面粗糙度，并能有效地提高刀具寿命，主切削刃在刃磨后用碳化硅油石研磨出倒棱，可消除刃磨产生的锯口，提高抗磨损能力，并增强主切削刃强度。
高速车削钛合金时硬质合金刀具和涂层刀具的寿命分析
ｏ ｕ ｔｎ ｐ ｅ ．Ｔｏ ｋｌ ｅｆ ｒ ｌ ｓｃ ｎ ｂｅｔｅ ｔｄ ａ ｏ ｌｌ ｅ ｓａ ａ ｄ ｆｒＣＮＣ ｍａ ｈ ｎ ｕ ｏ ｔｃｔ ｏ ｆｃ ｔｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｏ ｉ ｏ ｍｕ ａ ａ ｒ ａ ｅ ｓａ ｔｏ ｉ ｔｎｄ ｒ ｏ ｆ ｆ ｃ ｉ ｅ ａ ｔｍａｉ ｏ ｌ
关键词 ： 正交试 验 高速 切削 钛合 金 刀具 寿命 中图分 类号 ： Ｇ ０ Ｔ ５６ 文献标 识码 ： Ａ
Ｔｏ ｉ ａｌｓ ｓ ｏ ｔａｉｈ ｅｍｅｎ ｅ ａｒ ｄ ｏｏｌ ｄ ｃ ａ ｅ ａｒ ｄｅ ｏｌｌｅ ａｎ ｙｉ
钛 合金材 料具有 密度 小 、 度高 、 强 抗腐 蚀性好 等优 良特性 ， 航空航 天 、 在 汽车 、 【、 化 医疗 等领 域 获得 越来越 广泛 的应 用 。 同时 它 还 具有 导 热 系 数小 、 温 高 化学活性 大 、 弹性模量 低 、 与其他 金属 材料摩 擦 系数大 等特性 ， 以就 切削加 ］ 性 而言 ， 所 钛合金 材料 又是一 种 典 型的难 加工 材 料 一 。 实 际生 产 中 ， 合 金 的 切 削 钛 加工 通常都是 在低 速 、 效 和 大量 使 用 冷却 液 的条 件 低
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｏｒｈ ｇ ｎａ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓｗｅ ｅ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｕ ｉ ｇ ｓｒ ｉｈ ｅ ｅ ｔｄ ｃ ｒ ｉ ｏ ｌ ｎ ｏ ｔ ｄ ｃ ｒ ｉ ｏ ｌ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｒ ａ ｒｅ ｕ ｓｎ ｔａｇ ｔｃ ｍ ｎｅ ａ ｂｄｅｔ ｏｓａ ｄ ｃ ａｅ ａ ｂｄｅｔ ｏｓｉ ｈ ｇ ｐ ｅ （ｙ ｔ ｒ ｉ ｇ Ｔｉ ６Ａ１ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｈ ｕ ｎ ｎ － －４Ｖ ｌ ｙ， ａ ｄ ｔｏ ｉｅ ｆｒ ａｌ ｏ ｎ ｏ ｌｌｆ ｏ ｍｕｌｓｏ ｏ ｈ ｔｏｓ ｗｅ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ｙ ｍｕ ｐ ｅ ａ ｆｂ ｔ ｏ ｌ ｒ ｂ ａｎ ｄ ｂ ｈｉｌ ｒ ｇｅ ｓｏ ｔ ｏ ｅ ｒ ｓ ｉｎ ｍｅ ｈ ｄ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｔ ｏ ｄ ｃ ｅ ｓ （ ｗｉ ｈ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ｕｔ ｎ ａ ａ — ｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｏ ｌｈ ｅ ｒ ａ ｅ１ ｔ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆｃ ｔ ｇ ｐ ｒ ｍｅ ｈ ｉ ｔｒ ｅ ｓ，ａ ｄ ｅ ｔｎ ｐ ｅ ａ ｒ ａ ｆ ｔｏ ｈ ｏ ｌｌｆ ． ｒ ｏ ｌｌｆ ｆｃ ａ ｅ ｕ ｔｎ ｏ ｌｉ ｏ ｇ ｒｔ ａ ｎ ｕｔ ｇ ｓ ｅ ｄ ｈ ｄ ｇ ｅ ｔｅｔ ｎ ｔ ｅ ｔｏ ｉｅ ｈｅｔ ｏ ｉｅ ｏ ｏ ｔｄ ｃ ｔｉ ｇ ｔｏ ｓｌｎ ｅ ｈ ｎ ｉ ）ｃ ｔ ａ ｆｕ ｃ ａ ｅ ｏ ｌ ｓ ｅ ｉ ｌ ｔｌｗｅ ｕ ｌｎ ｐ ｅ ｓ，ｂ ｔｔ ｉ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｒ ｄ ｅ ｔ ｈ ｎ ｒ ａ ｅ ｈ ｔｏ ｎ ｏ ｔｄ ｔ ｏ ，ｅ ｐ ｃａｌ ａ ｏ ｒｃ ｌｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｙ ｕ ｈ ｓａ ｖ ｎａ ｅｉ ｅ ｕｃ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ
基于钛合金刀具高速切削磨损研究
基于钛合金刀具高速切削磨损研究作者：陈晖周烨邹金红张雪莲来源：《中国化工贸易·上旬刊》2019年第02期摘要：钛合金的切屑形貌、切削力、切削温度、刀具磨损等展开研究，揭示采用硬质合金刀具高速切削近α型钛合金时刀具的磨损特性及规律，为建立切削数据库、优化工艺参数提供理论基础和原始数据，具有较为重要的科学和工程意义。
关键词：钛合金;切削速度;磨损特性;工艺参数1 引言钛合金是一种典型的难切削加工材料。
目前，国内航空企业使用的钛合金切削刀具大部分来自于进口，刀具费用大幅提高，造成钛合金的切削成本明显高于其它结构材料。
研究表明，材料的流变应力、应变速率以及高温强度是影响钛合金切削特性和刀具磨损的主要因素，这些因素与钛合金材料的金相组织密切相关[1-2]。
J.Sun[3]等发现在切削Ti-6Al-4V合金时，在第二剪切带中β相经历了严重的变形并转变成α相，相变进一步导致微观硬度的变化。
Arrazola[4]等人研究发现β型钛合金Ti-5553的切削性能仅为Ti-6Al-4V合金的1/2左右。
正如Siekmann 在1955年曾指出的“无论采用何种技术，将钛及其合金转变为切屑总是一件很困难的事”。
目前，钛合金的切削效率仅为钢的1/4甚至更低，有研究表明，在90m/min的切削速度下，切削Ti-6Al-4V合金时，刀具的使用寿命仅为15分钟。
可见，虽然同为钛合金系列，但由于材料组织结构的变化，导致切削性能有非常大的差异。
近α型钛合金含有更多的α相，使其结构更为稳定，且在高温下仍然具有很高的强度。
2 钛合金刀具切削试验分析独特的物理和化学特性使得钛合金成为公认的难切削加工材料，和陶瓷、高温合金以及新型复合材料等共同构成了最具有挑战性的难切削加工材料家族。
造成钛合金切削加工困难的主要原因包括：①钛合金的导热系数只有钢的15%，在切削钢时，约75%的切削热量会被切屑带走;而在切削钛合金时，约60%的切削热会存积在刀具的切削刃面上，造成刀具温度急剧升高;②钛合金的高温化学性质活泼，极易和刀具材料发生化学反应，造成刀刃快速损伤;③钛合金具有低的弹性模量（约为钢的1/2甚至更低），切削加工过程极易产生颤振和擦伤。
对刀具耐用度的解析
对刀具的最大生产率耐用度和经济耐用度的研究陈永明机自081 200810301140引言数控切削其以自身高效率、高质量、高精度的特点在各类机械领域得到了广泛的运用，然而面对着更多高强度钢，高温合金，钛合金等难以加工的材料，数控行业有必要重视刀具技术的发展，因此面对着整个行业的挑战刀具及其相关技术的地位日益突出。
现在的中国一直在强调加强机械技术,所以引进众多国外高级数控机床，以满足国家发展的需要。
随之产生了一个突出的问题，便是刀具无法配给。
刀具是同金属材料直接接触的部件，其自身的损耗非常严重，其使用周期较短，需要经常更换，然而我国的刀具行业却不能满足需求。
因此在期望国内刀具行业改革创新的同时有必要对刀具的最大生产率耐用度和经济耐用度进行分析。
一刀具耐用度的划分及选取原则刀具耐用度是指刃磨后的刀具从开始切削至达到磨钝标准时，所用的切削时间。
而磨损则是刀具耐用度的直接影响因素。
刀具耐用度的有三种划分：第一种方法是根据单工件时最小的原则来制定耐用度，称为最大生产率耐用度：第二种是根据每个工件工序成本最低原则来制定耐用度，称为经济耐用度 Tc：第三种方法是根据单位时间内获得的盈利最大来制定耐用度，称为最大利润耐用度Tpr。
分析可知，这三种耐用度之间存在如下关系，即Tp＜Tpr＜Tc。
生产中一般多采用刀具的经济耐用度T p和经济耐用度Tc来衡量刀具耐用度定得是否合理。
只有当生产任务紧迫，或生产中出现不平衡的薄弱环节时，才选用最大生产率耐用度。
二刀具耐用度的评析及影响因素完成一个工序所需要的工时Tw = Tm+ Tct*Tm/T+Tt0式中Tm ——工序的切削时间；Tct——刀具磨钝后，换一次刀所消耗的时间；T——刀具耐用度；Tt0——除换刀时间外的其他辅助工时；1.关于刀具的最大生产率耐用度公式分析若单边加工余量为∆。
则T m =sp w w fa n l ∆*=sp c w w fa v d l 1000π∆=m spw w T Afa d l 1000π∆（m c T A v /= ）视f 、a sp 为常数，则T m =KT m m p cp p ct w t m ct m w T A v T T m m T dt dt T KT T KT T /-10/01==⎪⎭⎫ ⎝⎛==+*+=∴-而则得令2.刀具的经济耐用度每个工件的工序成本为： M T C TT M T T T M T C t t m m ct m ****0+++*= 式中C 为工序成本; C t 为刀具成本；M 为该工序单位时间内的机床折旧费及分担的全厂开支 有m c cc c t CY T A v T M C T m m T /*1==⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=而 经过公式分析可知c t CY T M C T m m =⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛-*1> ct p T m m T ⎪⎭⎫ ⎝⎛=-1 由此可知经济耐用度和最大生产率耐用度的不同在于经济耐用度在计算中加入了刀具折旧费和全厂开支的反比例关系。
钛合金加工刀具选择的研究
钛 合金切 削加工 的一般 原则美 国、 日本 、 前苏 联从２ ０ 世纪６ Ｏ 年代开始 ， 由于 军事 工业 和 飞机 制造 业的 需要 ， 开 始对 钛合 金 的切 削加工 原则 进行 系统 的研 究， 并 获得 了大量 的成 果 钛 合金 主要 的切削 原则 有 以５ 点。
（ ３ ） 高的化学活性 。 在加工中， 随着切屑温度的升高 ， 容易与空气中的Ｏ、 Ｎ、
Ｃ Ｏ、 Ｃ Ｏ２ 、 Ｈ２ ０ 等 发生反 应 ， 使 间 隙元 素Ｏ、 Ｎ的含 量 增加 ， 工 件 的表 面氧 化变 硬， 难 以加工 ， 增大 了 刀具单 位面 积上 所承 受的切 削力 ， 刀尖应 力变 大 ， 同时使 前 刀 面和后 刀 面与 工件 的摩 擦加 剧 ， 这将 导 致刀 刃迅速 磨损 或崩 刃 。 （ ４ ） 钛合 金的变 形 系数不 大于 １ 。 在切 削加 工 中， 刀一屑 接触面 积小 ， 增 大 了
切 屑 和前 刀面 的摩 擦 ， 提 高 了切 削 温度 ， 加 快 了刀具 前刀 面磨 损 。
（ １ 沏 削速度： 切削速度是影响刀刃温度的重要因素。 过高的切削速度会导
致 刀刃过 热 、 刀刃粘 结和 扩散磨 损严 重 ， 刀具重 磨频繁 ， 会缩短 刀具寿 命 。 同时 会导 致钛合 金工 件表 面层开 裂或 氧化 ， 影 响其力学 性能 ， 所 以应在保 证较 大的 刀具 耐用 度 的前提 下 ， 选择 适 当的切 削速度 ， 降低 成本 ， 保 证加 工质量 。 （ ２ 刀深度 和走 刀量 ： 走刀量 的变 化对温 度的变 化不大 ， 所 以降低切 削速 度增大 走刀 量是 合理 的切削 方式 。 如果 有氧 化层和 皮下 气孔层 的情 况， 大 的切
一
高速铣削钛合金Ti6Al4V的刀具磨损研究的开题报告
高速铣削钛合金Ti6Al4V的刀具磨损研究的开题报告一、选题背景钛合金是一种重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域得到广泛应用。
但是，由于其高强度、高熔点和难加工等特性，钛合金的加工一直是一个难点。
目前，高速铣削被广泛应用于钛合金的加工中，但是刀具寿命和磨损问题一直困扰着加工过程。
因此，本文选取高速铣削Ti6Al4V钛合金为研究对象，探究刀具磨损的原因和机理，为提高刀具加工寿命、降低生产成本提供理论基础。
二、研究内容1. 钛合金的基本性质和加工研究现状介绍钛合金的基本性质及其在航空航天、医疗器械等领域的应用，并综述相关文献分析目前主要的加工方法及其优缺点。
2. 高速铣削工艺和刀具材料选择详细介绍高速铣削工艺的优势和特点，并结合实际情况选择适合的刀具材料。
3. 刀具磨损机理和原因分析通过实验研究和数据分析，探究高速铣削Ti6Al4V钛合金的刀具磨损机理和原因，为延长刀具寿命、提高加工效率提供参考及建议。
4. 刀具寿命预测和优化加工参数根据前期实验结果及刀具磨损情况推导刀具寿命预测模型，并通过优化加工参数的方式提高加工效率。
三、研究意义对高速铣削Ti6Al4V钛合金的加工进行深入研究，不仅可以提高钛合金的加工效率和质量，还可以为航空、汽车、医疗等关键领域提供重要的支持。
同时，通过深入分析刀具磨损机理和优化加工参数，可以降低生产成本、提高企业的竞争力和效益。
四、研究方法采用试验分析方法，进行高速铣削钛合金Ti6Al4V的加工过程研究，通过刀具磨损情况进行数据分析，探究刀具磨损原因和机理，建立刀具寿命预测模型，最终优化加工参数。
五、预期成果1. 更深入地了解高速铣削Ti6Al4V钛合金的加工特点和机理。
2. 研究刀具磨损机理和原因，为提高刀具寿命提供理论依据。
3. 推导刀具寿命预测模型，并通过优化加工参数提高加工效率和质量。
4. 提供有价值的实验数据和建议，为企业提高生产效率、降低成本、提高竞争力等方面提供有力支持。
基于长疲劳寿命的钛合金Ti6Al4V铣削加工表面完整性研究
基于长疲劳寿命的钛合金Ti6Al4V铣削加工表面完整性研究一、本文概述钛合金Ti6Al4V因其优异的机械性能，如高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，在航空、医疗和能源等多个领域得到了广泛应用。
然而，钛合金的高硬度、低热导率以及化学活性等特点，使得其加工过程具有挑战性，特别是在保证长疲劳寿命的前提下，对钛合金Ti6Al4V的加工表面完整性提出了更高的要求。
因此，本文旨在深入研究钛合金Ti6Al4V在铣削加工过程中的表面完整性，以期为提高其长疲劳寿命提供理论支持和实践指导。
本文将首先介绍钛合金Ti6Al4V的基本性能和加工特点，然后重点分析铣削加工过程中影响表面完整性的关键因素，包括切削参数、刀具材料和几何形状等。
在此基础上，通过实验研究和理论分析，探究这些因素对加工表面粗糙度、残余应力和表面微观结构的影响规律。
结合实验结果和理论分析，提出优化钛合金Ti6Al4V铣削加工表面完整性的策略和方法，为提高其长疲劳寿命提供科学依据。
本文的研究不仅有助于深入理解钛合金Ti6Al4V的铣削加工机理，还为钛合金零件的制造工艺优化和质量控制提供了有益的参考。
二、钛合金Ti6Al4V的铣削加工理论基础钛合金Ti6Al4V作为一种高强度、低密度的轻质金属，在航空航天、医疗器械和汽车制造等领域具有广泛的应用。
由于其优异的力学性能和耐腐蚀性，Ti6Al4V在承受高负荷和恶劣环境条件下表现出色，但同时也给铣削加工带来了一定的挑战。
因此，深入研究钛合金Ti6Al4V的铣削加工理论基础，对于提高加工效率、保证表面完整性和延长刀具寿命具有重要意义。
在铣削加工过程中，钛合金Ti6Al4V的高硬度、高强度和低热导率等特点使得切削力、切削热和刀具磨损等问题变得尤为突出。
切削力的大小直接影响着加工表面的粗糙度和刀具的寿命，而切削热则会导致工件表面产生热应力和热变形，进一步影响加工精度和表面质量。
因此，建立准确的切削力模型和热传导模型，对于分析铣削加工过程中的物理现象和预测加工结果至关重要。
钛合金车削加工刀具和切削用量的研究
钛合金车削加工刀具和切削用量的研究【摘要】刀具材料、刀具的几何角度以及切削用量的选择对于钛合金的车削加工有很大影响。
加工钛合金的刀具必须具备较高的热硬度、耐磨性、良好的韧性、较低的化学活性和较高的导热系数。
【关键词】钛合金；刀具材料；强度；耐磨性1.前言钛合金是继铁、铝之后的第三金属材料，由于钛合金具有无磁性、抗腐蚀性好、热强度高、质量轻等优点，最初它在美国的航空航天领域的应用中占有很重要的地位。
随后世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，并相继对其进行了研究开发，广泛应用于工业生产、人民的日常生活中。
钛合金在生物医学方面有应用，钛合金在民用领域方面有应用：钛合金在自行车行业、汽车行业及体育行业都有广泛的应用。
钛合金制品应用势头发展迅猛的另一行业是汽车业。
研发直现今，汽车发动机气门、曲轴、连杆、悬簧、消音器和车体等，都用上了钛或钛合金。
2.钛合金的组织和性能根据退火处理后钛合金的金相组织分，钛合金可分为α、（α+β）、β钛合金三类（PCBN高速切削钛合金实验研究）。
（1）α钛合金退火组织为单一α相固溶体的钛合金称为a钛合金。
a钛合金主要以添加含有a稳定元素Al和中性元素，基本上不含或仅含少量的β稳定元素。
广义上的a钛合金包括平衡状态下含有很少β相的近a钛合金。
a钛合金的特点是组织稳定，高温性能好，热稳定性好，是耐热钛合会的基础。
但由于其不能承受热处理强化，因此室温下强度不是很高。
（2）β钛合金从β区淬火后能将高温的β-Ti稳定至室温即得到β钛合金或介β钛合金。
广义上的β钛合金包含平衡状态下不含α相的全β钛合金、具有较少α相的介稳定β钛合金以及具有较多α相的近β钛合金。
由于β钛合金体的心立方晶格结构，滑移系多，易产生塑性变形，高温组织稳定性差。
（3）α+β钛合金α+β钛合金是以α相为基体，添加适当的β稳定元素，一般也称为双相钛合金。
两相钛合金具有较好的综合力学性能，强度高于α钛合金，同时又保留了α钛合金的耐热性，可进行热处理强化，热加工性好。
钛合金车削加工刀具磨损建模技术研究及预测分析
钛合金车削加工刀具磨损建模技术研究及预测分析钛合金因其优异的物理和机械性能而受到越来越高的重视,被广泛的应用于航空航天工业,用来制造飞机发动机、机体和各种高速结构件,被称为高性能战略金属材料。
然而,由于其弹性模量小、导热系数低和化学活性高等特点,使其成为一种典型的难加工材料。
在其切削加工过程中,切削区域会产生很高的切削温度,导致加工效率低、刀具磨损快。
硬质合金刀具因其优良的性能而被广泛应用于钛合金加工。
然而,硬质合金刀具的磨损是个突出的问题。
严重的刀具磨损对加工效率和质量有较大的影响,而目前尚缺乏钛合金加工刀具寿命预测的有效模型和方法。
因此,建立一个能准确预测刀具磨损量、监测刀具磨损状态的模型已成为钛合金加工研究领域值得关注的课题。
本文以硬质合金刀具车削钛合金TC4为例,研究切削过程中刀具在热力耦合作用下的磨损特征和规律。
从理论上分析了切削过程中的切削原理和切屑成形规律,研究了刀具的磨损形式、磨损过程和磨损机理。
分别构建了单个磨损机理作用下和综合考虑磨粒、粘结和扩散磨损机理作用下的硬质合金刀具磨损模型,揭示了基于温度效应的刀具失效机理。
在此基础上,利用有限元软件ABAQUS的二次开发技术进行了刀具磨损的预测研究,分析了切削用量参数对切削温度、切削力和刀具磨损的影响规律,以及研究了刀具磨损对切削过程的影响。
结果表明,切削速度越大,刀具磨损越快,并且在切削用量参数中切削速度对切削温度的影响最大,而背吃刀量对切削力的影响最大,且随着刀具磨损的增大,切削力、切削温度及工件表面残余应力也会随着增大。
用硬质合金刀具进行钛合金车削试验,观察分析了刀具前刀面的磨损情况,结果表明,仿真结果与试验结果基本吻和,说明所建的刀具磨损模型可以用来进行刀具磨损量和磨损状态的预测。