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采（cǎi）用伊斯卡刀具為鈦合金銑削加工帶來競爭優勢

2022-3-25 來源：伊斯卡技術經理作者： Andrei Petrilin

前言

鈦金屬材（cái）料具有出（chū）色的比強度和高（gāo）耐腐蝕性能，這些（xiē）優點使得鈦合金成為了重要的工（gōng）程材料，在許多（duō）要求高的領域得（dé）到了越來越多的應用。使用鈦材（cái）料製造的（de）關鍵結構（gòu）件，在確保所需的性能和可靠性的同時能（néng）顯著減小結構件的質量，這點在航空航天（tiān）工業表現尤為突出，因（yīn）為這（zhè）些（xiē）優點正好可以提高航空（kōng）器的整體性能以（yǐ）及燃油經濟性（xìng）。

鈦的加工性

鈦材料屬於難加工材料，因此在生產過程（chéng）中需要權衡（héng）許多加工過程中可能會遇到的問題。在金屬加工行業中，“鈦”材料通常（cháng）不僅指純鈦材料，還包括鈦合金（jīn）材料。根據冶金特性，依據所含元素不同可（kě）以將鈦分為：商業（yè）純鈦（tài）（非合（hé）金）、α-鈦合金、β-鈦合（hé）金、α-β-鈦合金，以及其它鈦合金（jīn）材料。人們有時認為（wéi）鈦的切削性能與奧（ào）氏體不鏽鋼相似；不過這種說法僅適用於純鈦材料，並不適用於α-β-鈦合（hé）金材料，尤其是β-鈦合金材料。

可加工（gōng）性評定（dìng）在很大程（chéng）度上取決於鈦的類型及其熱處理方法。廣泛應用的退火（huǒ）鈦TiAl6V4的加工性（xìng）能比（bǐ）退火不鏽鋼AISI 304的加（jiā）工性（xìng）能低35-40%左右。但是，如果我們將退火（huǒ）鈦TiAl6V4的加工性視為100％，那麽讓眾多加工車間（jiān）感到頭痛的Ti5553（人們也稱之為（wéi）”TRIPLE 5”）的加工困難程度是退火鈦（tài）TiAl6V4的兩（liǎng）倍。

隨著機（jī）床製造商們持續的技術創新和研發（fā），鈦材料的加（jiā）工越來越高效。現代化機（jī）床使得操作人員能采用更先進的加（jiā）工（gōng）策略（luè）和小餘量、短（duǎn）接觸加工方（fāng）法。但是，鈦加工中的低切（qiē）削速度嚴重抑製了機（jī）床高（gāo）效（xiào）率加工的潛能（néng），同時也導致切削（xuē）刀具成為整（zhěng）個技術生產係統中最薄弱的環節。簡而言之，切削刀具成（chéng）為鈦材料加工中的生產效率（lǜ）分水嶺（lǐng），因此，其也成為尋求徹底改（gǎi）善這一狀（zhuàng）況的主要（yào）優化對象。

由於鈦的導熱（rè）係數很低，切削時麵對的主（zhǔ）要問題就是產生的切削熱。導熱性差導致相當大的熱載荷直接傳遞（dì）到刀具（jù）的切削刃。此外，由（yóu）於鈦的彈性模量（liàng）小容易引發（fā）在切削過程中產生振動（dòng），從而影響加工（gōng）表麵的光潔度和精度，而類似問題在鋼材加工中很少出現。

一直以來，刀具生產商們都對研發用於鈦材料（liào）高效加工的先進刀具加以重視。鈦材料的加（jiā）工通常有著較高的（de）買飛比buy-to-fly比率（原（yuán）始材料質量與加工後材料質量的（de）比值），表明零件在（zài）加工過程中（zhōng）有大量的材料需要被去除。通常情況下（xià），加工完成後（hòu）鈦材料的重量僅為原始重量的10％甚至更小。並且零件內部通（tōng）常帶有型腔、凹槽和加強筋，這些特征也決（jué）定了需要使用銑削作為主要的（de）製造方法。因此，每款新型鈦合金加工銑刀的誕（dàn）生都會引起（qǐ）全（quán）球技術界（jiè）的濃厚興趣。伊斯卡（kǎ）公司一直以來被視作是該領（lǐng）域創新引領者，所以伊斯卡的最新產品始終能吸引全球鈦加工製造商的關（guān）注。

伊斯卡新銑刀用於（yú）鈦合金的高效銑削

刀具材料（liào）對刀具的成功起著至（zhì）關重要的作用，特別是對可轉位銑刀銑削難切削的航空航天材料而言，而這些材料中鈦材料首當其衝。在這一充滿（mǎn）挑戰的領域（yù），伊斯（sī）卡公司開發了（le）一種全新（xīn）硬質合金牌號IC840。“新（xīn）”指向所有（yǒu）與牌號相關的元素：IC840的特點是具有最新的硬質合金基體和技術（shù）創新的（de）高韌性PVD塗層。刀具的基體具有有較強的耐熱衝（chōng）擊性能；古（gǔ）銅色的“巧克力”塗層具有高抗氧化性和抗崩刃（rèn）性；而先進的後（hòu）塗層處（chù）理進一步提高了整體韌性。這些優勢組合使得IC840為（wéi）用（yòng）戶提供了提升鈦合金切削效率的可能。伊斯卡公司堅信（xìn），這種（zhǒng）新型的“巧克力塗層”刀具完全能提升鈦零件製造商們的體驗，提高可轉位（wèi）刀具的性能。

如前所述，鈦材料加（jiā）工（gōng）中通常需去除相當多的餘量。在（zài）這個領（lǐng）域（yù）真正（zhèng）的加工“主（zhǔ）力”是可轉位玉米銑（xǐ）刀（dāo），能實現深槽腔、型腔和寬肋（lèi）寬邊的（de）粗加工。針對這些特征，伊斯卡公司研製了（le）HELITANG H490係列立裝夾（jiá）持刀片式玉米銑刀；以及帶有鋸齒狀刀片，可實現有效分屑效果的MILLSHRED P290係列玉米銑刀。此（cǐ）外，公司還研發了專為半精加工而設計的HELITANG FIN係列（liè）銑刀。

伊斯卡公司最近還推（tuī）出了一組新型套式玉米銑刀，即已被驗證的（de）易於推廣普及的XQUAD係列玉（yù）米銑（xǐ）刀（dāo）。該係列玉米銑刀夾持單麵方形刀片，為徑向（xiàng）夾緊。伊斯卡公司以致力於創造（zào）新型有利於切（qiē）削的幾何形狀刀片而聞（wén）名（míng）於世，然（rán）而這次為什（shí）麽會推出“傳統”的（de）看上去簡單的方（fāng）形刀片呢？事實上看似簡單（dān）的新型玉米銑刀具有（yǒu）精心設計的結構，可以顯著提高加工過（guò）程中（zhōng）的動（dòng）態剛性和抗振動（dòng）強度；此外，刀片的徑向夾緊使得排屑槽容屑體積可設計得更大，滿足在高金屬（shǔ）去除率（MRR）下銑削時的切屑流自如排出的要求；再（zài）有，銑刀內部具有專為高壓冷卻（HPC）而（ér）設計（jì）的通（tōng）道。以上種種精心設計，使得看上去“簡單”的方形（xíng）刀片也具有與（yǔ）先進幾何形（xíng）狀刀具相同的性能特性，可以實現鈦材（cái）料的高效加工。（圖1）

圖1 XQUAD玉（yù）米銑刀

因此，在鈦材（cái）料加工中如果將HELITANG H490和MILLSHRED P290用於生產的粗加工，那麽就得采用HELITANG FIN用於半精加工。從應（yīng）用的視角（jiǎo）來看，僅需采用新型XQUAD套式玉米銑刀就可以直接實現被加工表麵質量接近半成品的（de）加工，進而能提高加工效率。

伊斯卡公司最近推出了Ti-TURBO係列整體硬質（zhì）合金立銑刀（dāo），直徑範（fàn）圍為6至20 mm。新係列專門為精加工和槽的高速加工（HSM）而設計，采用擺線銑技（jì）術加工。擺線銑削具有寬度小（xiǎo）、切削（xuē）深度大、刀具軌跡沿擺（bǎi）線（xiàn）曲線運動的特（tè）點。在這種情況下，銑刀會以很高（gāo）的速度對（duì）金屬進行“切片”式加工。因切入角很（hěn）小，使得加工過程產生的切（qiē）屑非常薄。大大降低（dī）了作用於銑刀上的熱載荷。Ti-TURBO型立（lì）銑刀采用獨特的專利設計，擁有7個或9個不（bú）等螺旋角不等間距的齒（類似於防振降噪（zào）CHATTERFREE整（zhěng）體硬質（zhì）合金立銑刀）。（圖2）

圖2 TI-TURBO立銑刀

伊斯（sī）卡公司的變形金剛MULTI-MASTER銑（xǐ）刀具有（yǒu）通用（yòng）性廣泛的特點，刀杆或刀體夾持可更換的硬質合金刀頭，最近由（yóu）於引入了6齒（chǐ）帶中心內冷孔的快進給（gěi）銑削刀頭得到了進一步拓展（zhǎn）。刀頭采用超細晶粒碳化鎢基體及先進的AL-TEC塗層技術，具有優異的耐磨（mó）性和韌性。該刀頭可用於實現大進給（gěi）銑削(HFM)，能大大縮短鈦合金的粗加工時間周期（qī）。（圖3）

圖3 變形金剛立銑刀

結語

鈦零件製造商們不斷對刀具生產商（shāng）提出新的要求。為了應（yīng）對這些（xiē）挑戰，刀具生產商不得不定期跳出思維定式。伊斯卡公司多產（chǎn）的研發團隊持續與眾多世界領先的鈦零件製造商合作，以確保公司在（zài）這一具有挑戰性的領（lǐng）域保持領先地（dì）位。

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