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钛 及钛合金因热传导率低，化学活性高，致使刀具与工件间粘附力较强，切削温度升高，钛合金难以切削加工。印度研究人员研究了用立方NB刀具切削钛合金时刀具 的性能。在高速旋转精密的VDF车床上切削α+β型钛合金，该合金含4.5%Al、4.5% Mn，为魏式组织。切削时采用PCBN刀具， 切速为150m/min~350m/min，进给量为0.05mm/r，切削深度0.5mm ，刀具倾角-6°，刀尖半径0.4mm。刀具寿命可用侧磨、切削力、切削温度、动态切削过程和工件表面精度等来进行评价。工件表面质量用表面光洁度、感应 的应力类型及与之相关的特征来表述，它们受切削温度和切削力的影响。切削力工件表面质量在很大程度上取决于切边的性质，因而可用比切削压力和切削力(二者 可间接地表征切边的性质)来表示切削过程的性质。切削初期，切削力稳步降低，继续切削一段时间后，切削力增高。比切削压力与切削力一样，刚开始切削时，比 切削压力稳步降低；再切削时，比切削压力增大。工件和刀具一定时，比切削压力恒定。因此比切削压力发生变化时，切削楔形物失稳。切削温度用非接触型红外高 温计测量切削温度。大多数情况下，切削一定时间时切削温度稳步升高，随后突然升高很多。温度稳步升高表明切削过程正常，无异常情况发生。切削温度突然升高 的时间取决于切削速度，三种切速下刀具均在700℃左右切削温度突然升高，这一临界温度的存在限制了CBN 刀具在钛合金切削中的应用。切削时，会产生热驰豫，刀尖变形产生摩擦热使温度升高。钛在80 0℃~850℃发生相变，由密排六方变至体心立方，切屑变形加速，切屑-刀具间接触距离缩短，刀具接触面积减小，从而使刀尖的温度升高。由于刀具边部磨损 较快，倾斜面上几乎无二次剪切，刀具侧表面与切削的工件表面间存在摩擦，这使得大量的热量集中于洁净的工件表面上，刀具-工件一定时，切削温度升高主要是 因为摩擦热的变化。切削钛合金时热量是影响刀具寿命的主要因素。切削应变刀具-工件间的界面也对刀具寿命影响很大。界面常可用切削力、切削温度及切削应变 来表征。切削应变受剪切角和刀具-工件间的倾斜角影响。切削条件一定时，切削应变随倾斜角的变化而变化。不同切速下，切削一定时间后，切削应变也会突然增 大。表征刀具寿命时，切削力和切削应变具有相似的周期性，700℃也是临界温度。刀具磨损形貌切削钛合金时，工件中产生局部应变块状区，随着切削过程的进 行，局部应变块状区被取代被剪切，形成新的块状区。切屑紧密粘附于应变的块状区上，局部应变块沿倾斜面滑动，刀尖产生振动，摩擦热升高，再加之钛合金热传 导率低，合金中会感应产生较高的温度，因此切削钛合金时刀具中会产生与热量有关的不同程度的磨损。CBN刀具磨损的机制有：侧表面的塑性变形、溶解扩散、 低周疲劳。切削时，CBN刀尖会产生变形(通常为塑变)，这对切削过程不利。切速、进给量增大时，切边部的切削温度升高、应力增大，当刀具不足以承受应力 和温度的综合效应后，刀具开始变形直至失效。钛合金的切削过程中，一部分切屑移至刀具斜面上，此过程连续进行，使刀尖产生振动，刀尖部分感应低周疲劳。切 速较低(温度较低)时，由于刀尖振动，二级侧面上只有临界磨损，但在倾斜面上会形成很宽的月牙洼。切速增大，月牙洼加深，刀尖严重磨损。初始侧面前后部可 见典型的带状磨损花样，二级侧面前缘也严重磨损，这是由于二级切边温度较高，刀具材料氧化所致。高温下(1100℃)，侧面磨损带更宽，工件与刀尖间发生 化学反应形成钛的化合物。此时存在界面扩散，刀具磨损加剧，切削温度为900℃左右时，可见少量的钛的化合物。800℃左右时，CBN刀具可与大气中的 O、N发生反应，这些反应使刀具寿命缩短。这表明CBN刀具中可产生扩散磨损；无扩散存在时， 700℃是切削钛合金的临界温度。表面光洁度 切速为185m/min时，工件表面光洁度较好。表面光洁度取决于刀尖在工件表面往复运动的过程。切速超过极限值，工件表面光洁度变差，这是由于存在热控 制的刀具磨损、切屑失稳所致。切削钛合金的切速应在185m/min~220m/min之间。
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