鈦合金的特點(diǎn)是重量輕，強(qiáng)度高并且具有極強(qiáng)的耐腐蝕性，但是這些特性對于加工刀具而言卻具有極大的挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)在，很多刀具正在往如何更加自如的加工這一材料而研發(fā)。
根據(jù)飛機(jī)制造商的信息，現(xiàn)在使用鈦合金的工件比以往翻了二倍多。新型飛機(jī)如波音夢想客機(jī)或者空中客車A350 XWB 等，所使用的鈦合金材料已占到15-20%，而以往的飛機(jī)使用的鈦合金材料僅占到7%。不僅如此，隨著鈦合金工件需求的增多，具有高耐溫性的Ti6Al4V合金、新型Ti5553 (Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr)材料顯得日益重要。
當(dāng)鈦合金材料的應(yīng)用越來越廣泛，刀具技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)也更加受到挑戰(zhàn)。譬如航空航天工件的加工很有特點(diǎn)：工件壁薄，形狀復(fù)雜；深型腔銑加工工藝多。另外在高檔摩托車及醫(yī)療器械制造業(yè)中，鈦合金也常應(yīng)用在連接件等小型工件的制造。
三個(gè)因素嚴(yán)重影響了加工鈦合金時(shí)的刀具壽命：非常低的熱傳導(dǎo)系數(shù) (Ti6Al4V = 7.56 W/mK; 鋼Ck45 = 51.9 W/mK), 相對比較低的彈性模量(Ti6Al4V = 110 kN/mm2; 鋼 Ck45 = 210 kN/mm2) 和鮮明的橡膠特性趨勢. 切削刃主要集中在切削刃上，而不會(huì)象加工鋼件一樣被鐵屑帶走. 由于切深相對較淺，所以刃口的很小區(qū)域必須能夠極高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷. 這就決定了必須采用冷卻液加工. 而較低的材料彈性模量非常容易引起振動(dòng), 而材料同時(shí)具有鮮明的橡膠特性趨勢, 易使切削刃產(chǎn)生積屑瘤. 所以切削速度必須大幅下降.加工難題: Ti5553
新材料Ti5553的出現(xiàn)使加工變得更槽。 Ti6Al4V 是一種平衡的阿爾法-貝塔微晶體結(jié)構(gòu)合金(阿爾法 =六角形微晶結(jié)構(gòu), 貝塔 = 中央正方體微晶結(jié)構(gòu))，而Ti5553, 則是一種接近于貝塔但更高階的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅使合金更加耐熱，同時(shí)也使得這種材料更加難以切削,并且Ti5553抗位強(qiáng)度接近于900 N/mm2。
在描述這種狀況時(shí)，Josef Giessler, 瓦爾特圓轉(zhuǎn)類刀具研發(fā)經(jīng)理強(qiáng)調(diào)“專業(yè)的鈦合金加工需要優(yōu)化的刀具方案”。當(dāng)加工直徑在 20-25 mm左右時(shí), 通常會(huì)使用整體硬質(zhì)合金刀具。為減少震動(dòng)和降低積屑瘤的產(chǎn)生，刀具的設(shè)計(jì)極其重要，拋光的前刀面可以帶來極佳的切屑去除，使用AlCrN涂層, 帶內(nèi)冷等都可以大大提高鈦合金加工的質(zhì)量和效率。
瓦爾特-普瑞特（Walter Prototyp）就以采用了這種解決方案：Duo Protostar® Ti40/Ti45整體硬質(zhì)合金銑刀就具有上述特點(diǎn)。Ti40是帶內(nèi)冷的粗加工刀具，Ti45則是精加工刀具。從2007年推廣在市場后, 加工鈦合金的新紀(jì)元就開始了。在空客的一個(gè)項(xiàng)目中，Ti40刀具使一個(gè)Ti6Al4V材料工件的加工壽命增加了2倍。最高切削量達(dá)到了80 cm3/分鐘 (Vc = 25 m/分鐘), 并達(dá)到了HSS-E刀具加工的直徑32 mm。在空客，這種成績自1990年到現(xiàn)在，是首次達(dá)到，是長久以來的第一次效率改進(jìn)。新一代的整硬刀具在25mm加工直徑的情況下，創(chuàng)造了一個(gè)標(biāo)志性的標(biāo)桿，達(dá)到了 160-200 cm3/分鐘 (Vc = 50-60 m/分鐘) 。對于HSS整體銑刀而言，其發(fā)展已到了一個(gè)相對的階段高點(diǎn)“最新的整硬立銑刀– Ti40/Ti45 – 極其的堅(jiān)韌并且加工時(shí)震動(dòng)很小。” Josef Giessler.
瓦爾特的專家對于加工Ti5553 進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，其目的是確定新一代的刀具如何應(yīng)對更復(fù)雜的加工。此次使用的材料其抗拉強(qiáng)度為1,400 N/mm2 并且布氏硬度在430。測試刀具為Protostar® Ti40，直徑為16 mm，z = 4。切削數(shù)據(jù)與加工Ti6Al4V相比，有了很明顯的下降。對于其他加工方式，在刀具直徑為16 mm時(shí)，可以使用以下建議參數(shù):
1. 槽銑 (ae = 16 mm, ap = 8 mm): Vc = 25 m/minute, fz = 0.06 mm
2. 側(cè)面銑, 粗加工 (ae = 4 mm, ap = 8 mm): Vc = 50 m/minute, fz = 0.08 mm
3. 側(cè)面銑, 精加工 (ae = 0.3 mm, ap = 50 mm): Vc = 100 m/minute, fz = 0.12 mm
加工效果見后文附件[圖3a, Ti6Al4V – Ti5553 對比]。Ti5553材料的加工需要降低切削速度約50 % (中等加工條件)。該結(jié)果也顯示也，槽銑時(shí)降低的速度更多，而側(cè)面銑時(shí)降低的速度可以少些。
大型加工時(shí)需要使用可轉(zhuǎn)位刀片
大型工件，或者金屬去除率較大的加工應(yīng)用中，就需要使用大型刀具，如可轉(zhuǎn)位刀具?？赊D(zhuǎn)位刀具這2年和整體硬質(zhì)合金刀具的發(fā)展極其相近，主攻方向也在如何加工難加工材料，即針對包含鈦合金材料的 (ISO-S)材料組?，F(xiàn)在瓦爾特（Walter）加工難加工材料的標(biāo)幟產(chǎn)品是帶PVD氧化鋁涂層的Tiger.tec® 材質(zhì)(“PVD-Tiger”)。現(xiàn)在，另外2種材質(zhì)，帶高耐磨涂層的WSM35和極強(qiáng)韌的WSP45也已上市， “由于加工Ti5553合金需要很高的強(qiáng)度，所以WSP45 PVD-Tiger.tec® 是最可靠和最穩(wěn)定的選擇” Siegfried Bohnet解釋到, 瓦爾特（Walter）刀片研發(fā)部。
與PVD-Tiger同期研發(fā)的另一項(xiàng)目, 則是為了適應(yīng)航空工件的加工應(yīng)用 - G77槽型的設(shè)計(jì)，該槽型的設(shè)計(jì)同樣適用于鈦合金的加工應(yīng)用。其最大特點(diǎn)是帶有一個(gè)20度的前角，并且在該槽型上另有一個(gè)特殊的微型槽型. Siegfried Bohnet 說: “ 我們現(xiàn)在正在將多種技術(shù)溶合在一起：Tiger.tec® 老虎技術(shù), PVD涂層, 高正型槽型和特殊的刀片圓角。” ，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)結(jié)合成一款新刀片ADGT (適用于方肩銑刀，玉米銑刀) 或者 RO.X (圓刀片刀具)。 現(xiàn)在，這系列新產(chǎn)品已成為航空或者鈦合金加工應(yīng)用中的中堅(jiān)力量。
[圖1: 瓦爾特-普瑞特（Walter Prototyp） Protostar® Ti40 整硬立銑刀]
瓦爾特-普瑞特（Walter Prototyp） Protostar® Ti40 是整硬粗加工立銑刀，可用于鈦合金加工
[圖片2: 測試]
加工測試，工件使用 Ti5553 材料，測試刀具瓦爾特-普瑞特（Walter Prototyp） Protostar® Ti40整硬立銑刀 D = 16 mm， Z = 4.
[圖3, Ti6Al4V – Ti5553 對比]
加工Ti6Al4V 和Ti5553時(shí)的切削速度的對比。 Ti5553 在中等加工條件下需要降低50% 的加工速度；粗加工需要降的更多；精加工則降速少一些。
[圖 4a, b: Tiger.tec® 可轉(zhuǎn)位刀片ADGT, RO.X]
瓦爾特（Walter）新技術(shù)Tiger.tec® 刀片ADGT和RO.X，優(yōu)化的槽型，用于航空工件加工，適用于鈦合金加工。
[圖5: Josef Giessler]
Josef Giessler, 圓轉(zhuǎn)類刀具發(fā)展經(jīng)理: “ 專業(yè)的鈦合金加工需要優(yōu)化的刀具”
[圖6: Siegfried Bohnet]
Siegfried Bohnet, 刀片研發(fā)專家“ 由于加工Ti5553合金需要很高的強(qiáng)度，所以WSP45 PVD-Tiger.tec® 是最可靠和最穩(wěn)定的選擇”
[圖 7: Xtra.tec® F4138 玉米銑刀]
Xtra.tec® F4138 玉米銑刀，加工型腔和槽時(shí)經(jīng)常使用的刀具。配備有ADGT刀片，PVD-Tiger.tec® 刀片配上優(yōu)化的槽型，在加工鈦合金和航空工件時(shí)十分高效。
