鈦合金微銑削的最新進展

湯愛君　李同　王紅梅　王洪祥

摘 要 近年來，由于航空、航天等科技的飛速發展，鈦合金的微加工，特別是微銑削引起了研究人員的高度重視。當銑削微米尺寸的特征時，該工藝與傳統銑削不同。因此，這個過程必須進行廣泛的分析。首先，本文介紹了微銑削的主要特點，如尺度效應。之后，報道了鈦合金微銑削的最新趨勢。主要介紹了一些關于微銑削重要課題的研究綜述。這些研究分為諸如表面完整性，切削刀具，有限元方法，工藝優化等主題。

關鍵詞 鈦合金 微銑銷 刀具 有限元方法

0引言

目前的行業需要發展技術來制造高精度高質量微米或納米尺寸的部件。這就促進了多種不同技術的發展，如微加工。在微加工中，零件的尺寸在千分尺范圍內（1-999微米），因此出現新的挑戰，例如尺度效應。

眾所周知，目前在航空，汽車和醫療等領域中使用鈦合金是最常用的Ti-6Al-4V合金。這種合金屬于%Z+%[族，它的性質（低密度，低腐蝕等級，高強度，良好的耐熱性和耐化學性）使其適用于廣泛的應用。然而，由于其硬度與刀具的硬度相似，加工困難，并且其低導熱性使得難以從切削區域散熱。

在本文中，介紹了微銑削的主要特點。之后，報道了鈦合金微銑削的最新趨勢。特別是諸如表面完整性，工具，冷卻/潤滑系統，有限元方法，過程優化和監測等主題的研究。

1鈦合金微銑削的主要研究課題

1.1表面完整性

微銑削提供了高質量的加工表面，包括低表面粗糙度或減少波形起伏。當進行鈦及其合金的微銑削時，應該考慮材料的特性，例如其低導熱率。這種性質引起溫度升高，加速刀具磨損。鈦的硬度也應考慮，因為它會影響切削力和表面粗糙度。此外，加工條件對于獲得預期的表面粗糙度起著重要作用。Baldo等人研究了Ti-6Al-4V合金的微銑削，確定切削速度的增加和進給速率的降低對于減小表面粗糙度是有利的。在Ti-6Al-4V合金的微銑削中，Kuram和Ozcelik確定了主軸轉速是如何影響表面粗糙度的，使加工精度從0.06到0.16微米。

1.2切削工具

由于刀具的高磨損，對鈦合金進行機加工和微加工時，適當選擇切削刀具尤為重要。刀具材料的選擇，足夠的涂層和合適的刀具幾何形狀可以延長刀具壽命并改善過程的結果。趙等人已經確定了刀具失效微裂紋的主要來源以及由于制造過程在表面層中存在殘余應力。Schueler等人使用直徑在7和100%em之間的微粒碳化鎢制作直徑為48%em的微型立銑刀。微型刀具無涂層以保持刀刃盡可能銳利。由于鈦加工過程中的化學反應，金剛石刀具不適用。微研磨工藝可以制造直徑小至7微米，高縱橫比的微型刀具，以獲得僅帶有單個排屑槽的立銑刀，并獲得正的楔角和6暗暮蠼恰4锏槳刖兜陀？.1%em的切削刃的高銳度和精確的拐角。

1.3有限元法（FEM）

有限元法（FEM）已被廣泛用于模擬加工過程，結果、過程不需要進行實驗即可獲得，FEM也被用于微銑削。例如，模擬毛刺形成，切削區域的溫度分布或刀具磨損。Thepsonthi等人使用有限元分析未涂層和cBN涂層工具的研究。使用拉格朗日（Deform-2D）軟件在Ti-6Al-4V合金的微銑削中進行熱機械分析，以預測切屑形成、切削力、溫度和磨損率。研究的主要結論之一是切削力主要受邊緣半徑和每齒進給量的影響。此外，與無涂層WC/ Co工具相比，使用cBN涂層刀具產生更低的切削溫度，更高的切削力和更低的刀具磨損。

1.4流程優化

為了優化Ti-6Al-4V合金微銑削加工參數，已經開發了不同的模型。這些加工參數包括刀具的材料及其幾何形狀，主軸轉速，進給速率或切削深度。Kuram和Ozcelik 分析了刀具路徑和加工條件對Ti-6Al-4V合金微銑削刀具磨損、表面粗糙度和切削力的影響。使用直徑400%em的工具，兩個切削刃和20奧菪恰4送猓髦嶙俸兔砍萁懇膊煌治雋巳值毒唄肪叮荷仙陸島頹邸6雜諫仙橢中蔚毒唄肪叮約懊扛魷陸檔毒唄肪兜鬧髦崴俁群徒浚褂酶咧髦嶙俸兔砍蕕徒炕竦米羆呀峁？

2結論

本文討論的是一個對工業和研究界非常重要的話題。微型制造業重要性不言而喻，因為微型產品的市場需求非常高。由于工藝的特殊性，為了獲得足夠的表面完整性和高生產率，應該對其進行準確的評估。

參考文獻

[1] 盧曉紅，王鳳晨，王華，王鑫鑫，司立坤.銑削過程顫振穩定性分析的研究進展[J].振動與沖擊，2016，35（01）：74-82.

[2] 趙熹.薄壁件銑削技術的研究綜述[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2014（05）：199.

[3] 陳明君，陳妮，何寧，倪海波，劉戰強，李亮.微銑削加工機理研究新進展[J].機械工程學報，2014，50（05）：161-172.