在很多航空航天利用中，钛脊合金在取代传统的铝合金。如今，航空航天业亏损迪胙资料约占全球出产总量的42%，并且从此刻到2010年，预计对钛资料的需要将持续以两位数的速度增长。新一代飞机必要充分利用钛合金提供的机能，无论是商用机还是军用机市场，都在推动对钛合金的需要。波音787、空客A380、F-22猛禽战斗机、F-35结合攻击战斗机（也称为闪电Ⅱ）等新机型都选取了大量钛合金资料。

钛合金资料的优势

钛合金拥有高强度、高断裂韧性以及优良的抗侵蚀性和可焊接性。随着飞机机身越来越多地选取复合伙料结构，钛基资料用于机身的比例也将日益增大，由于钛与复合伙料的结合机能远远优于铝合金。例如：与铝合金相比，钛合金可使机身结构的寿命提高60%。

钛合金极高的强度/密度比（达20∶1，即沉量可减轻20%）为减轻大型构件的沉量（这是对飞机设计师的重要挑战）提供相识决规划。此表，钛合金固有的高耐蚀性（与钢材相比）能够节俭飞机日常运行和守护保养的成本。

必要更大加工能力

由于比通常合金钢的加工更作难题，因而通常以为钛合金属于难加工资料。典型钛合金的金属去除率仅为大无数通常钢或不锈钢的25%左右，因而加工一个钛合金工件必要破费的功夫约为加工钢件的4倍。

为了满足航空造作业对钛合金加工日益增长的需要，造作商必要增长出产能力，因而必要更好地理解钛合金加工战术的有效性。典型迪胙合金工件的加工是从铸造起头的，直到80%的资料被去除而获得最终的工件表形。

随着航空零部件市场的急剧增长，造作商们已经感应力不从心，加上因钛合金工件加工效能较低而增长的加工需要，导致钛合金加工能力显著处于严重状态。一些航空造作业的领军企业甚大公开质疑现有的机械加工能力能否完玉成数新型钛合金工件的加工工作。由于这些工件通常是由新型合金造成，因而必要扭转加工方式和刀具资料。

钛合金Ti-6Al-4V

钛合金有三种分歧的结构大局：α钛合金、α-β钛合金和β钛合金。商用纯钛和α钛合金不能进行热处置，但通常拥有优良的可焊接性；α-β钛合金可进行热处置，大无数也拥有可焊接性；β和准β钛合金齐全能进行热处置，且通常也拥有可焊接性。

用于涡轮发起机和机身构件的大部门通常α-β钛合金为Ti-6Al-4V（Allvac Ti-6-4，简称Ti-6-4），本文用Ti-6-4代表ATI Allvac公司出产迪胙合金，该公司是钛合金的重要供给商（最近与波音公司签定了一项25亿美元迪胙合金持久供货合同）。另表，与ATI Allvac公司合作开发加工解决规划的ATI Stellram公司也选取这些钛合金代号来描述加工要求。

Ti-6-4拥有优异的强度、断裂韧性和抗委顿综合机能，可造成各类产品状态。退火态的Ti-6-4可宽泛利用于结构件。通过化学成分的微幼变动以及分歧的热机械处置工艺，用Ti-6-4可出产出各类分歧用处的零部件。

钛合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr

Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（简称Ti-5-5-5-3）是一衷炷具市场影响力的新型钛合金。与β钛合金和α-β钛合金相比，这种准β钛合金能够提供在要求更高抗张强度的飞机构件利用中所需的委顿断裂韧性。

与传统钛合金（如Ti-6-4和Ti-10-2-3）相比，Ti-5-5-5-3拥有的可铸造成复杂状态、热处置后最终抗张强度可达180ksi（每平方英寸数千磅）等机能使其成为造作飞机高级构件和起落装置最有前途的资料。

通过在β转变温度以下进行溶化热处置或在β转变温度以上进行退火处置，同时适当节造显微结构中的晶粒尺寸和沉淀，Ti-5-5-5-3可获得优异的机械机能。β转变温度是合成物的特定温度，在此温度下合金从α-β显微结构转变为全β显微结构。

化学机能与微观结构的变动使钛合金可获得宽领域的机能组合，并因而在航空构件中获得宽泛利用。Ti-5-5-5-3的加工难杜纂Ti-6-4相比约莫增长了30%，因而利用这种新型合金的零件造作商正致力于开发可能不缩短刀具寿命、不耽搁出产周期的相应的加工工艺。

加工钛合金时，资料硬度是一个关键成分。若是硬度值太低（＜38HRC，钛合金会发粘，切削刃容易产生积屑瘤。而硬度值较高（＞38HRC）迪胙合金会对刀具资料产生磨蚀作用并使切削刃磨损。因而，正确选择加工速度、进给量和切削刀具至关沉要。

对切削刀具的要求

为了满足出产成本、加工质量和定期交货等方面的要求，新的工件资料和零件设计给航空零部件造作商增长了压力。这些新资料的加工扭转了对切削刀具的要求，提高金属去除率、刀具寿命、产品质量和可预期的刀具无破损寿命对于高效、安全的加工至关沉要。“难加工”是一个相对的概想，通过切削刀具与加工参数的正确组合，也能获得高效的出产率。

在加工航空级钛合金工件时，切削刀具造作商通过增长基体密度、设计特殊的刀具几何状态、选取精确的切削刃研磨技术以及开发新的涂层技术以节造刀—工界面产生的切削热等步骤，大大提高了刀具的机能。

在铣削加工中，钛合金的一个沉要个性就是热传导性极差。由于钛合金资料的高强度和低热传导率，加工时会产生极高的切削热（若是不加节造可高达1200℃）。热量不是随切屑排出或被工件吸收，而是荟萃在切削刃上，如此高的热量将大大缩短刀具寿命。

选取特殊的加工技术，就有可能提高刀具机能与寿命（选取正确的加工技术节造温度，可将温度降低到250～300℃）。

削减热量天生

减幼刀具与工件的径向和轴向接合能够节造切削热的产生。对于钛合金而言，在因过热而产生积屑瘤之前，对速度、进给量、径向和轴向接合的调整期限很短。为了达到适当的刀具寿命，加工钛合金只需最大15%的“接合弧长”，与之相比，加工通常钢材时接合弧长为50%～100%。削减接触弧长能够提高切削速度，在不损失刀具寿命的前提下提高金属切除率。

选取切入角为45°的刀具或减薄切屑，可增长刀具切削刃与切屑的接触长度，从而削减部门高温，耽搁切削刃寿命，同时也允许选取更高的切削速度。

刀片几何尺寸设计

切削钛合金时，选取表周磨削刀片对于最大限度地减幼切削压力以及与被加工表表的摩擦力至关沉要。刀片几何角度必须选取正角，但这还不及以确；竦米罴鸦。若是为了加强切削刃的第一部门而选取强度较高的幼初始角，那么选取较大的次级角（以获得较大的正倒棱）对于加强刀片抗压性和耽搁刀具寿命是最佳的几何设计。此表，轻微的钝化也有助于；で邢魅，但钝化尺寸必须与切削过程相协调并维持严格的公差。加工钛合金时，必要利用敏感的切削刃剪切资料，但切削刃过于敏感容易导致崩刃而缩短刀具寿命。适当的钝化可；で邢魅，预防过早崩刃。正确的刀片几何参数可减幼对刀具资料的应力和压力，使刀具获得更长的寿命和提高加工效能。

刀体和刀片的切削角必须是正角，以获得累进切削效应，并预防切削时对整个切削刃产生冲击而无法获得进展的剪切成效。若是不这样做，工件结构可能会产生变形，使加工无法进行。

凹腔铣削与螺旋插补铣削

在进行凹腔铣削和螺旋插补铣削时，必须使用内冷却刀具，若是可能的话，应选取恒定压力的冷却液，这对于深凹腔或深孔加工尤其沉要。

加工深凹腔时，选取带？槭角邢魍返母呙芏抛仓屎辖鸺映さ毒吣芄惶岣吒招院图跤啄忧湫，获得最佳加工成效。

冷却液的职能是将切屑从切削区断根，预防可能造成刀具早期失效的二次切削。同时，冷却液还有助于降低切削刃的温度，削减工件几何变形，耽搁刀具寿命。

用铣刀进行螺旋插补铣孔可削减刀库中其它刀具（如钻优等）的使用，选取一种直径的铣刀即可加工出分歧尺寸的孔径。

随着钛合金在航空航天工业的利用不休增长，支持高效加工钛合金的切削技术也在不休发展。由于对钛合金零件加工能力的大量需要，那些选取最有效加工技术的车间或造作商将首先受益。

内部整合产生新的解决规划

Allegheny Technologies公司是一家多领域造作商，旗下业务部门既蕴含金属冶炼又蕴含金属切削，这两个领域的结合使该公司在开发先进资料（如钛合金）加工新步骤方面拥有优势。

ATI Stellram公司是Allegheny Technologies旗下ATI Metalworking Products公司的一个业务部门，它掌管对由ATI Allvac公司开发的所有新资料进行加工机能试验，以确定最佳的刀片设计、刀具几何结构、基体与涂层结构以及切削参数，使这些新资料在公开上市销售之前能对其进行经济有效地加工。此表，作为Allvac的代表，Stellram是重要的航空造作企业和一流的航空机械零部件供给商，能够满足对工件资料和切削刀具两方面的共同需要。

对资料固有结构的全面意识使ATI Stellram公司在刀具基体怪异配方的设计上拥有优势，其成就之一是X-Grade技术，ATI Stellram称，该技术已被证明是加工难加工资料的一种靠得住规划。通过钻研和开发X-Grade技术，产生了一种新的硬质合金商标，它可在不不变的加工前提下以极高的金属去除率有效切削难加工资料。

X-Grade刀片技术（基体及涂层）

X-Grade刀片选取了钌/钴合金基体，能够抵抗热裂纹的产生和扩大，并可获得较高的金属去除率。该基体拥有较强的晶体结合矩阵结构，从而改善了切削刃的韧性。据ATI Stellram称，该基体资料与新的刀具几何状态和涂层相结合，可为加工航空合金提供卓越的刀具组合。选取X-Grade刀片能够实现：①金属去除率提高1倍；②刀具寿命增至3倍；③加工表表光洁度提高30%。

可供选用的X-Grade刀片蕴含3种商标（X400、X500和X700），每一种刀片都是针对特定的难切削加工而设计的。它们可选取尺度的刀片型式，大多可装置在尺度刀体的刀片槽内。但ATI Stellram称，最佳规划是选取专门设计的刀具以优化X-Grade刀片的机能。这些刀具的刀槽设计可实现最大限度的排屑、强化的槽型和最佳的冷却。该系列的两种刀具蕴含：①7710VR防转钮扣铣刀：配圆刀片并带有预防刀片在猛进给率切削时产生位移的专利锁紧转位系统；②7792VX高进给铣刀：与传统刀具相比，金属去除率可提高1倍。除高进给表表铣削表，7792VX系列刀具还可用于铣凹腔、铣槽和插铣，由于切削力直接沿轴向传入主轴，因而可减幼主轴摩擦，提高切削不变性。

航空钛合金零件加工案例钻研

以下是选取ATI Stellram刀具和X-Grade刀片加工航空钛合金零件的两个事俘。

（1）加工事俘1

被加工零件：钛合金表覆盖件（军用）

工件资料：Ti-6Al-4V（Allvac Ti-6-4合金）

工件尺寸：110"×18"

加工描述：选取配XDLT-D41可转位刀片的ATI Stellram 7792VX高进给铣刀进行加工，粗铣加工的刀具寿命达到156分钟。

铣刀：C7792VXD12-A3.00Z5R；刀槽数量：5

刀片：XDLT120508ER-D41；商标：X500（选取X-Grade技术设计）

轴向切削深度ap：0.080"

径向切削宽度ae：2.100"

切削速度vc：131sfm

每齿进给量fz：0.023ipt

进给率：19.2ipm

刀具寿命：156分钟/每次转位（每个刀片可转位4次）

（2）加工事俘2

被加工零件：军用飞机的涡轮叶片（新利用）

工件资料：全钛合金

叶片尺寸：23.6"×11.8"

加工描述：选取配防转圆刀片的ATI Stellram 7710VR铣刀加工螺旋桨叶片，粗铣加工的刀具寿命达到110分钟。

铣刀：C7710VR12-A2.00Z5R；刀槽数量：5

刀片：RPHT1204MOE-421-X4；商标：X700（选取X-Grade技术设计）

轴向切削深度ap：0.080"～0.100"

径向切削宽度ae：0.800"～1.37"

切削速度vc：265sfm

每齿进给量fz：0.0086ipt

进给率：21.8ipm

刀具寿命：110分钟/每次转位（每个刀片可转位4次）

有关链接