由于屈服强度增加、热导率极低以及与切削刀具反应性等因素，钛合金加工并非没有挑战。立铣刀用途广泛，在精密加工钛合金方面发挥着重要作用，而先进的槽形刀具则可用于形成精细的形状和特征。本文旨在通过介绍可用的钛合金立铣刀技术和刀具，培养使用立铣刀充分加工钛合金所需的耐力和知识。详细介绍正确的刀具、切削参数和最佳工作实践将有助于积累知识，而这些知识对于提高读者的加工速度和准确性至关重要。
什么是钛铣削？
了解钛合金的特性
钛金属具有几个关键属性，包括高强度体积比、良好的耐腐蚀性和耐高温性。这些属性使钛得到更广泛的应用，特别是在航空航天、医疗和海洋工业中。由于钛的热导率低，加工时产生的热量集中，并有快速钝化此类程序中使用的工具的风险。此外，钛容易与切削刀具材料结合（通常需要过高的热量），因此必须实施特殊的涂层和冷却技术。注意这些材料特性也很重要，以便正确选择切削条件，例如，6 槽铣刀 – 确保工件和切削刀具之间正确的相互作用。
为什么要使用立铣刀来加工钛合金？
这 立铣刀应是钛合金加工的首选 因为它们具有有效的性能、高精度和克服钛合金带来的麻烦的能力。立铣刀具有锋利的切削刃，不会产生太多热量，而且由于钛铝氮化物等特殊涂层，刀具磨损也很低。立铣刀的设计具有足够的螺旋性，这有利于有效去除切屑，避免损坏工件，并确保良好的表面光洁度。正是由于这些原因，立铣刀在有效精密铣削钛合金方面变得越来越重要。
钛合金铣削加工中的常见挑战
钛铣削面临的第一个障碍（可能也是主要原因）是材料的强度高、导热性低，因此存在加工工具故障和工件碎裂的可能性。这忽略了钛的特性，由于容易与切削工具发生反应，钛在高温下会变硬，因此只能使用涂有氮化铝钛 (TiAlN) 的切削工具。此外，钛的弹性特性导致的回弹效应会导致尺寸精度和表面光洁度较差。去除碎屑对于防止加工硬化和材料衰退非常重要，所有这些都是减慢加工操作和降低表面光洁度的因素。为了有效解决钛铣削的这些挑战，正确选择切削参数、冷却方法和刀具几何形状是必不可少的。
如何选择最佳的钛合金立铣刀？
选择正确的笛子设计
选择适合钛铣削的排屑槽需要了解所涉及材料的特性。通常，立铣刀上的排屑槽越多，表面越光滑，由于结构更轻，振动或颤动更少。然而，在钛铣削的情况下，大多数排屑槽数也限制为 3 或 4。这是因为许多排屑槽使得在切削过程中产生的切屑难以排出，导致材料过热。它还可以去除切削钛产生的切屑，否则会导致材料和刀具损坏。此外，可变螺旋排屑槽可以轻松防止谐波传播，在很大程度上减少颤动，从而提高加工操作的稳定性和效率。
整体硬质合金立铣刀与涂层立铣刀的比较
在考虑使用整体硬质合金和涂层立铣刀材料进行钛合金铣削的可能性时，需要考虑一些方面。整体硬质合金立铣刀因其韧性和承受与加工钛相关的恶劣条件的能力而受到认可。它们非常坚硬，即使在高速下也不易变形；因此，它们适合提供尺寸稳定性和更好的表面质量。
由于采用了 TiAlN 或 TiCN 涂层，涂层立铣刀还具有尖端优势。这些涂层显著改善了立铣刀的操作特性，尤其是在切削时，因为其耐磨性更强、热特性更好、润滑性更强。因此，与未涂层整体硬质合金相比，涂层立铣刀的使用寿命更长，切削速度和进给速度也更高。最好同时考虑整体硬质合金和涂层立铣刀，因为它们的用途相同，但适用于不同的铣削操作，具体取决于预期的表面光洁度、刀具寿命和加工效率。
变距立铣刀的优点
可变螺距立铣刀具有几个显著的优点，可以提高加工性能。首先，螺距可以减少颤动和振动。可变螺距配置打破了切削谐波模式，并在加工过程中提供更好的表面光洁度。因此，这有助于改善加工条件，这在加工钛等其他难加工材料时非常有用。
材料去除率也保持较高水平。非对称排屑槽图案提供了相当激进的切削参数，同时限制了刀具断裂的可能性。这提高了接缝的工作效率和生产率，从而可以降低循环温度并提高产量。
使用耐磨立铣刀还可以延长刀具寿命。切削刃的不对称性使刀具边缘的负载分布更好，从而延长使用寿命。这意味着将使用更少的刀具，从而降低成本。
变距立铣刀的主要特性，包括颤动、材料去除率和刀具的耐磨性，对高速铣削操作有明显的益处。
钛合金高效铣削的最佳实践是什么？
钛合金的最佳加工速度和进给
选择钛合金的最佳切削速度和进给需要在刀具寿命和材料去除效率之间进行权衡。钛合金的操作也非常困难，因为它们强度高，导热性低，因此需要选择合适的切削条件。
- 切割速度：另一方面，钛合金的切割速度从 60 米/分钟到 120 米/分钟（200 英尺/分钟到 400 英尺/分钟）不等，因为它切割的是高硬度等级的钛。建议使用较低的速度来切割硬度等级较高的钛。
- 进给率：对于粗加工，建议进给率为 0.15 至 0.25 毫米/齿（0.006 至 0.010 英寸/齿）。后加工操作在精加工过程中应采用较小的进给率，即采用高进给技术，进给率为 0.05 至 0.15 毫米/齿（0.002 至 0.006 英寸/齿）。
- 切削深度：了解切削深度是切削钛合金时的一个重要考虑因素，尤其是在使用槽形刀具时。相对而言，锯齿状刀具或卡盘允许在粗加工操作中切削至高达 6 毫米（0.24 英寸）的深度。对于精加工工艺，建议使用较小的切削深度，切削深度为 0.5 至 3 毫米（0.02 至 0.12 英寸）。
- 冷却液使用：在操作过程中有效使用冷却液对于减少钛加工产生的热量和减少刀具磨损非常重要。强烈建议使用压力冷却液或刀具冷却液系统。
- 刀具材料：铣削钛时，使用优质涂层硬质合金刀具（例如 TiAlN 涂层刀具）将获得出色的效果。
通过遵循这些建议，可以最大限度地提高钛铣削的效率和质量，并在产量和工具寿命之间建立适当的平衡。
使用冷却液延长刀具寿命
在钛铣削中，通过最佳地使用冷却液，可以延长刀具的使用寿命，但要考虑以下因素：
- 高压冷却液系统：高压冷却液系统还可以排出切削区形成的热量，减轻刀具的过大热应力，从而避免热变形。
- 贯穿刀具的冷却液输送：该系统可促进冷却液在槽形刀具的切削刃上直至刀具边缘的精确应用，从而改善冷却并促进切屑排出。
- 冷却剂成分：选择专为钛加工操作设计的反应性冷却剂，尤其是含有增强冷却剂的冷却剂。
- 冷却液流速：切屑产生似乎是采用替代冷却的主要原因，这种替代冷却方式还可以在槽规内提供更彻底的冷却过程。
- 定期监控：如果使用了脏的冷却液，则必须通过快速更换或恢复冷却液来实现工具的最佳冷却性能，因为脏的冷却液可能会损害工具的寿命。
遵循这些技术，机械师可以在钛铣削过程中最大限度地优化切削刀具的利用率。
实现更高的金属去除率
为了提高钛粗铣削的金属去除率，请考虑以下几点：
- 优化切削速度和进给：通过调整切削速度和进给，最大程度提高速度/进给幅度，并最大程度降低刀具磨损/速度损失比。已确定，高进给率加上低切削速度可提高材料去除率，并在更轻松的切削中消除刀具磨损。
- 先进刀具材料的应用显著提高了用于加工钛合金的铣刀的性能。：在切削刀具中使用最有可能承受加工过程中移动的不利条件的材料，如硬质合金或陶瓷复合材料。
- 更大的切削深度：在机器和刀具的可能性范围内，增加切削深度可以去除更多的材料而不会损坏刀具。
- 动态铣削技术：使用动态铣削或高效铣削下摆，利用恒定的刀具啮合和自适应磨损进给来实现更好的切削条件和更好的金属去除。
- 刚性和稳定性是考虑钛合金立铣刀性能的重要方面。确保加工设置稳定且刚性，以尽量减少混合物和偏转对加工性能中断和刀具寿命的影响。
通过整合这些方法，机械师可以获得更好的金属去除率，同时安全高效地执行钛铣削操作。
如何用立铣刀处理钛合金 6Al4V？
钛合金 6Al4V 的特殊注意事项
钛合金 6Al4V 的铣削加工因其物理和化学特性而面临显著困难。为了应对这些特殊属性，还需注意以下几点：
- 冷却：钛合金 6Al4V 的低导热性导致切削区域温度较高。设计良好的冷却系统以带走热量并保护刀具和工件免受热损伤。
- 刀具故障：合金的高强度和切削刀具材料的柔软性可能导致刀具快速故障。具有 TiAlN 或 AlTiN 等硬涂层的刀具可以防止刀具磨损并延长其使用寿命。
- 切屑管理：众所周知，钛合金 6Al4V 会形成长而连续的切屑，这可能会妨碍工作过程甚至磨削。适当使用断屑器和切屑清除系统，以提供高效的工作环境。
- 切削力：鉴于其高强度特性，加工这种合金需要很大的切削力。确保加工装置非常稳定，能够牢固地抵抗这些力，而不会移动或振动，否则可能会损坏表面光洁度或刀具。
- 加工参数：为了在生产率、刀具寿命和生产率三个方面获得最佳效果，应仔细管理速度、进给和切削深度，尤其是切削参数。修改进给率和低速度通常更安全，因为它们可以减少加工硬化和刀具磨损的机会。
考虑到这些要点，可以有效、高效地加工钛合金 6Al4V 立铣刀，最重要的是，可以安全地加工。
钛合金 6Al4V 的推荐切削刀具
选择合适的切削刀具来加工钛合金 6Al4V 时，选择刀具时需要精确，因为这是一种具有特殊特性的合金。根据行业现行标准和专家建议，以下建议如下：
- 硬质合金立铣刀：这些立铣刀用于应对高切削力和极高热量，这是加工钛合金时常见的问题。采用 TiAlN 或 AlTiN 涂层的硬质合金立铣刀更耐用，由于具有更好的耐磨性和耐热性，可以承受更多的操作。
- 高速钢 (HSS) 刀具：HSS 切削铣刀比硬质合金铣刀具有诸多优势，例如成本低。它们可以有效地用于低速切削，而不是高进给切削。由于切削钛会产生大量热量并导致刀具快速磨损，因此 HSS 刀具上还带有涂层。
- 陶瓷切削刀具：这些刀具具有耐高温和高硬度的特点，适合在高速条件下加工钛合金。陶瓷立铣刀非常适合高刚性结构组件以及对尺寸精度和表面光洁度有严格要求的加工。
换句话说，切削刀具类型和涂层的适当组合将帮助您最有效地铣削钛 6Al4V，从而限制刀具的磨损并提高整体性能。
改善表面光洁度的技术
在加工钛合金 6Al4V 时，要获得高端表面效果，需要使用额外的工具或一些技术。最值得注意的是：
- 切削参数优化：除了高切削速度和有限切削之外，还可以尝试降低切削速度并增加进给量。这有助于保持表面光滑。
- 冷却液描述：采用高压、高流量的冷却液，确保去除热量并清除切削区域的切屑，最大限度地减少表面损坏。
- 刀具路径描述：考虑每次都朝同一方向转动刀具，以避免急转弯撕裂材料。例如，当使用 5 刃立铣刀时，应进行顺铣以获得更好的表面效果。
- 刀具磨损监控：始终用新刀具更换钝刀具，以使刀具发挥其功能，从而减少因刀片磨损而导致表面粗糙的可能性。
- 夹具：使用牢固且合适的夹具来消除切削过程中通常会出现的加工表面振动。这些振动往往会对表面光洁度产生不利影响。
一旦应用这些技术，钛 6Al4V 部件的表面光洁度就可以得到改善，同时获得美观的尺寸和视觉质量。
使用螺旋立铣刀加工钛合金有哪些优势？
钛合金铣削中螺旋设计的优势
立铣刀的螺旋结构具有一些显著的优势，特别是在铣削钛合金 6Al4V 时。首先，螺旋槽角度有利于改善所有切屑的排出，从而降低切屑过载的可能性，切屑过载可能会导致刀具发热和磨损。这种设计还有助于分配切削力，从而避免切削过程中出现过度振动，并提高稳定性。此外，螺旋立铣刀的切削扭矩低于直槽刀具，从而可以实现更高精度和更高质量的切削。所有这些因素都提高了钛合金 6Al4V 的加工效率、刀具寿命和更好的表面光洁度。
螺旋解决方案可实现更好的排屑效果
由于螺旋形槽，螺旋立铣刀被认为在去除切屑方面非常高效。这种设计降低了切屑重新切割的风险，因为切屑重新切割也会因产生过多热量而导致刀具磨损增加，因为刀具……在切割金属时。槽式立铣刀的螺旋槽还可以平滑切割动作并有助于实现均匀切割，这对于延长刀具寿命和提高零件质量非常重要。在加工钛合金 6Al4V 时，使用螺旋立铣刀有助于增强切屑控制并改善加工条件。
使用螺旋立铣刀延长刀具寿命
提高螺旋立铣刀的刀具寿命需要仔细考虑材料、切削刀具几何形状和加工条件。螺旋槽轮廓有助于尽可能均匀地分配切削力，从而有助于减少应力集中，从而减少切削刀具的磨损。TiAlN 或 AlTiN 等涂层也可以通过添加坚硬且耐热的层来提高立铣刀的性能，这对于切削刀具来说是非常理想的。此外，根据钛 6Al4V 的特性优化的适当切削参数（例如进给率和主轴转速）将有助于切削并最大限度地减少刀具上的热应力。Aurora 的检查是一项额外的措施，可以增强延长给定立铣刀预期寿命的能力。
参考来源
常见问题 (FAQ)
问：钛合金立铣刀与钢立铣刀的区别是什么？
答：钛合金立铣刀采用特殊配方制成，可承受比钢更难加工的钛合金的因素和特性。在考虑几个参数时，它们通常会在几何形状、涂层类型和排屑槽设计方面有所差异，以提高切削效率并延长刀具寿命。例如，钛合金的圆角刀具具有半径，并且通常会使用氮化钛涂层立铣刀来提高耐磨性。
问：我想知道铣削操作过程中切削刀具对钛合金的平均表面速度（SFM）。
答：使用立铣刀加工钛合金时的表面速度往往比其他材料的表面速度要低，尤其是使用铣刀时。对于这些材料，表面速度通常为 50 到 300 SFM，具体取决于钛合金的等级和切削条件。这是因为这些工具可以承受高温，并延长用于加工钛合金的工具的有效寿命。
问：用于钛合金加工的立铣刀建议刃数是多少？
答：加工钛合金时，常用的立铣刀是 4 刃、5 刃和 6 刃立铣刀。刀具的选择在很大程度上取决于相应的操作；然而，由于排屑和刃口啮合的最佳组合，通常选择 5 刃和 6 刃立铣刀。这种多刃刀具有助于在加工钛合金时实现更好的表面光洁度和更高的进给率。
问：针对钛合金加工，具体推荐使用哪些粗加工和精加工技术？
答：在钛合金粗加工中，使用大圆角半径角铣刀和高进给铣削技术来减少加工时间并去除最大体积。在精加工的情况下，需要使用具有强力阳/阴刃的立铣刀，并且可能需要不同的涂层（特别是如果使用它们），以实现目标表面质量。在这两种情况下，都应注意进给和速度、冷却液的充足性以及摆线铣削的应用。
问：钛合金材质等级对立铣刀的选择和加工参数有何影响？
答：不同等级的钛合金具有不同的特性，这些特性会影响材料的加工效果。例如，纯钛比其合金等级（如 Ti-6Al-4V）更容易加工。钛合金的等级会影响立铣刀几何形状、涂层和切削参数的选择。更难加工的等级可能需要专门设计用于有效加工钛合金的立铣刀（以及进给、速度和切削深度）。
问：铣削钛合金时冷却液的用途是什么，其用途是什么？
答：冷却液在钛合金铣削过程中必不可少，可减少热量积聚并确保有效去除切屑。高压冷却液输送通常是最佳做法，因为它可以到达切削区。大多数 CNC 铣床中配有刀片工具的防水机器系统对于观察钛合金非常有用。从上文可以看出，有效使用冷却液可避免加工钛合金时产生加工硬化，并提高工具性能和表面质量。
问：加工钛合金时，使用硬质合金立铣刀而不是高速钢是否合适？
答：是的，对于钛加工，硬质合金立铣刀比高速钢刀具更可取。硬质合金耐“热”性更强，硬度更高，更耐磨，这在加工钛合金等硬质材料时至关重要。在钛铣削过程中使用硬质合金立铣刀通常会产生比高速钢刀具更长的刀具、更快的硬质合金立铣刀制造技术、新的刀具插入速度和更好的表面质量。
问：利用 Machining Advisor Pro 等工具，您能推荐哪些钛加工的最佳实践？
答：例如，许多从业者在尝试钛铣削时会遇到困难，因为他们没有足够的机会优化钛铣削策略，在这种情况下，Machining Advisor Pro 提供了适当的工具来实现令人满意的刀具速度。这些工具可以改善特定立铣刀/钛合金牌号/机床组合的进给、速度和切削深度。在加工钛合金或任何其他难加工材料时，您可以使用此类顾问来提高 MR、TWC 或整体加工效率。
