第10期 2017年10月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&Automatic ManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2017)10005004
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 10. 012
No.10 Oct.2017
涂层刀具高速车削损伤容限型钛合金的试验研究
孙涛1,2秦录芳，傅玉灿
（1.徐州工程学院机电工程学院，江苏徐州221008;2.南京航空航天大学机电学院，南京210016）摘要：针对TC21这种我国自主研制的高强高韧损伤容限型钛合金，采用TiAIN涂层刀具进行了高速车削试验研究。通过单固素法试验，分析了车削参数对切削力、切削温度和刀具耐用度的影响规律。采用扫描电镜（SEM)和能谱分析（EDS）的观察手段，研究了TiAIN涂层刀具高速车削钛合金TC21
依据。
关键词：损伤容限型钛合金：TiAIN涂层刀具；高速车削
中图分类号：TH161;TG506.1
文献标识码：A
The Experimental Research of Coated Cutting Tool in High Speed Turning Damage-tolerant Titanium Alloy
SUN Tao'?, QIN Lu-fang', FU Yu-can
(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Xuzhou University of Technology, Xuzhou Jiangsu 221008,China;2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China)
Abstract : In order to achieve the goal of high speed turning for damage-tolerant titanium alloy, the TiAiN. coated tool was adopted for high speed turning of TC21. TC21 is a first self-developed high strength and damage-tolerant titanium alloy in China. By means of mono-factorial experiments, the influence rules were analyzed that turning parameters effect on cutting force, cutting temperature, and tool life. By analyses of scanning electron microscope （SEM ）and electron energy spectrum （EDS ),the tool wear mechanism were studied. These researches provide references for high speed turning TC21.
Key words: damage-tolerant titanium alloy; TiAiN coated cutting tool; high speed turning
0引言
损伤容限型钛合金相对于普通的中等强度钛合金（如：TC4），具有高强度、高韧性、较低的疲劳裂纹扩展速率和优良的疲劳性能等综合高性能。TC21作为我国自主研制的高强高韧损伤容限型钛合金，广泛用于航空航天等领域。TC21是名义成分为Ti-6Al-3Mo-2Nb-2Sn-2Zr-1Cr的两相钛合金，在强度、断裂韧性、裂纹扩展抗力、热稳定性的综合匹配方面不低于Ti-1023 合金，与美国的Ti-62222合金相当甚至更好[12]
钛合金TC21的主要力学性能高于同类的α+β钛合金TC4,其切削加工性能逊于TC4。目前，我国对于钛合金TC21的机械加工研究较少。SHIQi等人[34]分析了TC21高速铣削时，切削参数和刀具磨损量对切削力、切削温度以及表面完整性的影响，验证了TC21铣削的刀具耐用度远低于TC4，是其30%左右。周成等人15采用正交试验法和极差分析法，分析广不同切前参数对高
收稿日期：2017-04-26修回日期：2017-05-22
速铣削TC21的粗糙度的影响规律。于超等人[6]通过热氢处理对TC21的切削加工性改善进行了研究,结果表明氢含量在0.25%~0.3%范围时，切削力减小、表面粗糙度值下降、断屑容易，切削加工性变好。现阶段，由于对TC21的切削加工性的研究不够深人，无法形成对其实际切削加工的理论指导，造成工厂普通采用经验来制定TC21的切削参数，使得TC21的加工效率偏低，尤其是车削加工效率偏低，为了保证合适的刀具耐用度，工厂实际的精车切削速度大约为40~50m/min，制约了损伤容限型钛合金TC21的广泛应用。
为提高钛合金TC21的加工效率和刀具耐用度，考虑到高速加工在硬钢和钛合金TC4等难加工材料的切削加工中表现出的材料去除率高、切削力低和加工质量好等优点[79]，本文对钛合金TC21进行高速车削试验，以提高TC21的加工效率和改善表面质量。
对于钛合金TC21的高速车削，刀具是首要考虑的
*基金项目：江苏省基础研究计划-自然科学基金面上项目（BK20171170）；徐州市社会发展一基础应用研项目（KC16SG258）；江苏省普通高校
研究生科研创新计划资助项目（CXLX12_0139）：中央高校基本科研业务费专项资金资助
作者简众：型漆80一），男，安微蚌埠人，徐州工程学院副教授，研究方向为高效精密加工技术，（E-mail)suntao@xzit.edu.en；通讯作者：傅玉灿
方方数据，男，福建厦门人，南京航空航天大学教授，博士生导师，研究方向为难加工材料高效精密加工技术、超硬磨料工具、绿色高效金却技术（