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高速切削钛合金PCBN及陶瓷刀具磨损特性的研究
摘要
随着先进制造技术的发展，钛合金材料越来越广泛地应用于航空、航天、轨道交通等领域中，而钛合金材料的加工难度也相应增加。本文以高速切削为研究对象，探讨了PCBN及陶瓷刀具在钛合金材料高速切削中的磨损特性。实验结果表明，PCBN刀具磨损较快，但切削效率较高；陶瓷刀具具有较高的耐磨性，但切削效率相对较低。因此，在实际应用中，需要根据具体的加工需要综合考虑刀具的切削效率和耐磨性，选择适合的刀具以提高钛合金加工的效率和质量。
关键词：高速切削；钛合金；PCBN刀具；陶瓷刀具；磨损特性
Abstract
Withthedevelopmentofadvancedmanufacturingtechnology,Titaniumalloymaterialsareincreasinglyappliedinaviation,aerospace,railtransitandotherfields,andthedifficultyoftitaniumalloyprocessinghasalsoincreased.Thispaperfocusesonthehigh-speedcutting,exploresthewearcharacteristicsofPCBNandceramiccuttingtoolsinthehigh-speedcuttingoftitaniumalloymaterials.TheexperimentalresultsshowthatPCBNtoolwearisfaster,butthecuttingefficiencyishigher;ceramiccuttingtoolshavehigherwearresistance,butcuttingefficiencyisrelativelylower.Therefore,inpracticalapplications,thecuttingefficiencyandwearresistanceofthetoolshouldbecomprehensivelyconsideredaccordingtothespecificprocessingneedstochoosesuitabletoolstoimprovetheefficiencyandqualityoftitaniumalloyprocessing.
Keywords:high-speedcutting,titaniumalloy,PCBNtool,ceramictool,wearcharacteristics
1.引言
钛合金是一种重要的金属材料，具有高强度、优良的综合机械性能、低密度和良好的抗腐蚀性等优点，在航空、航天、轨道交通等领域中得到广泛应用。然而，由于其材料性质的特殊性，钛合金的切削加工难度很大，常常引起加工中刀具磨损严重等问题，从而影响加工效率和加工质量。
在钛合金加工领域，高速切削是一种重要的加工方法，具有切削效率高、加工质量好、生产效率高等优点。而刀具是高速切削的关键因素之一，不同的刀具材料以及结构对切削效率和磨损特性有着重要的影响。因此，选择适合的刀具是高速切削钛合金的关键。
本文以高速切削为研究对象，研究了PCBN及陶瓷刀具在钛合金材料高速切削中的磨损特性及其影响因素，以期为高速切削钛合金提供理论依据和实验数据。
2.实验设计
2.1实验材料
本实验选用的钛合金材料为TC4，其化学成分为Ti6Al4V，硬度为HRC38-42，用于飞行器制造、医用设备、紧固件和模具等领域中。
2.2实验刀具
本实验选用了两种刀具：PCBN刀具和陶瓷刀具。其中，PCBN刀具采用CNGA120412铺层PCBN刃，刃面刃角为80度，刃厚为0.4mm。陶瓷刀具采用YBC151号涂层钨钛钢刃尖的陶瓷刃，刃角为90度，刃厚为0.8mm。具体参数见表1。
表1刀具参数
刀具类型刃面刃角/度刃厚/mm
PCBN刀具800.4
陶瓷刀具900.8
2.3实验设备
本实验采用了大型数控车床进行高速切削实验，切削速度为90m/min，进给速度为0.10mm/r。
3.实验结果及分析
3.1切削力分析
PCBN切削钛合金时，切削力随着切削时间的增加而逐步增大，如图1所示。而陶瓷刀具切削钛合金时，切削力相对PCBN刀具较小，且相对稳定，如图2所示。
图1PCBN切削力变化曲线
图2陶瓷刀具切削力变化曲线
通过对两个刀具的切削力曲线分析可知，PCBN刀具切削效率较高，但切削力较大，容易产生振动。而陶瓷刀具切削效率相对较低，但切削力较小，切削过程相对稳定。
3.2磨损特性分析
3.2.1PCBN刀具磨损
在高速切削钛合金的过程中，PCBN刀具很容易受到表面氧化、化学反应和热反应等因素的影响，导致刃面产生磨损