PCBN、PCD刀具组合加工钛合金材料

    钛合金的强度、密度远大于其他金属结构材料，热强度高，不仅在室温下而且在高温(300～400℃)下都是目前强度最高的合金，加上它的高抗蚀性，是航空航天、海洋石油、汽车造船、化工、军工等工业领域十分重要的工程材料，常见的牌号如TC4、TA7、TB2等。钛合金由于导热性差、塑性较低，在切削过程中由于切削热(600℃以上)易与气体发生剧烈的化学作用，使吸收气体的钛层硬度上升，切削力和切削温度集中在刀尖附近，加剧刀具的磨损，显示很差的可切削性。因此，切削加工钛合金应从降低切削温度和减少黏结两方面出发，选用红硬性好、与钛合金无亲和力的刀具材料。
    加工钛合金不能用含钛元素的硬质合金(YT类)和有钛涂层材料的硬质合金刀具。因为，含钛元素的硬质合金与钛合金产生强烈亲和力，加剧刀具的黏结磨损；YG类硬质合金和高性能高速钢，只能用于小切削用量条件下加工钛合金，效率比较低。陶瓷刀具导热性差，易断裂，韧性小，不适合加工钛合金；金刚石(PCD)材料刀具，不耐高温，成本高，只能用于精加工钛合金，采用PCBN聚晶刀具进行粗加工钛合金；PCBN聚晶刀片在1000℃有卓越的化学及热稳定性，红硬性好，是理想的刀具材料，通过低速、大进给、大吃深，可实现高生产效率。
    CBN含量为85％，粒度2～3um，用金属系钻Co、碳化钨WC作粘合剂的整体PCBN刀具，特别适合粗加工钛合金；金刚石(PCD)聚晶刀具则可用于进行高速精加工(在乳化液冷却条件下)，所以PCBN和PCD组合加工钛合金可取得显著效果。经过长期的实验摸索，笔者认为采用PCBN和PCD组合加工钛合金有一些值得推荐的切削参数范围。

    采用PCBN聚晶刀具粗加工钛合金推荐的刀具几何参数和切削用量如表1所示。

表1

几何参数

取值范围

备注

前角γ

-6°

前刀面光滑处理

后角α

-6°

 

主偏角k

30°~45°

 

副偏角k′

10°~20°

 

刃倾角λ

0°~-5°

 

负倒棱

20°×（0.2~0.5）mm

 

刀尖圆弧R

1.2~2mm

 

    切削用量推荐为：切削速度20～40m／min，切削深度0.5～8.0mm，走刀量0.5～2.0mm。

    采用PCD聚晶刀具精加工钛合金推荐刀具几何参数和切削用量如表2所示。 

表2

几何参数

取值范围

备注

前角γ

3°~10°

前刀面为镜面

后角α

16°+12°

双后角

主偏角k

45°~45°

 

副偏角

10°~15°

 

刃倾角

0°

 

刃尖圆弧

0.5~1.2mm

 

    切削用量推荐为切削速度100～200m／min，切削深度0.05～0.4mm，走刀量0.05～0.2mm。