氮气介质下钛合金铣削特性的分析研究

铣削示意图如图1所示。根据在氮气切削介质下和干切削条件下的铣削力数据，建立如图2 所示的对比图。图2中铣削力为X、Y、Z 3 个方向最大力的合成。铣削力的试验结果分析如下：

1. 从图2可以看出，在干切削和以氮气为介质两种切削条件下，随切削条件的变化，铣刀后刀面磨损量在显微镜下进行观测测力的变化趋势基本相同。
2. 在第1 组试验中，氮气介质下的铣削力要小于干切削条件下的铣削力，而后15 组试验中，氮气介质下的铣削力比干切削条件下铣削力平均大100牛顿左右。
3. 初步分析，产生上述结果的原因是在切削过程中氮气和钛生成了硬化层。氮气介质下刚开始切削时，即第1 组试验中，还没有硬化层生成，此时由于氮气的冷却润滑作用，切削力偏小；从第2 组试验开始，已经有硬化层生成，之后试验中虽然仍有氮气的冷却润滑作用，但硬化层对铣削力的影响更明显，所以氮气介质下的铣削力要大于干切削条件下的铣削力。
4. 氮气介质切削条件下，氮气气压对测力仪的冲击也是切削力增大的一个因素。经测量，氮气的气压力仅有5牛顿左右，可见，氮气气压的冲击力并不是导致氮气介质下铣削力增大的主要因素。

5 铣刀后刀面磨损及其结果分析

根据在氮气介质和干切削条件下的试验数据建立如图3至图8所示的磨损曲线图。

试验结果分析：

1. 通过对图3、图4 的分析可得出，切削速度影响铣刀后刀面磨损的至关重要的因素，在上述两种切削介质的条件下，当切削速度增加到2倍时，其刀具寿命将各自会减小到4%左右，同时铣削的度也急剧减少。
2. 根据图5至图8分析可知，在同样的切削条件下，以氮气为切削介质条件下的铣削长度远远超过了在干切削条件下的铣削长度。
3. 初步分析认为，氮气介质下能使刀具寿命延长的原因是其有效的冷却润滑作用使切削区温度降低，减小了刀具与工件之间的摩擦，其具体的作用机理有待进一步深入研究。同时，因为在氮气介质下切削区域没有氧气，加工表面有更高的表面完整性。

6 结论

1. 氮气介质切削条件下铣削钛合金与干切削条件下铣削钛合金相比，铣削力有增大趋势。
2. 氮气作为切削介质切削条件下，与干切削相比，刀具寿命有很大提高。
3. 氮气介质下生成的硬化层使切削力增大，并对刀具磨损有一定影响(磨料磨损)，但是氮气的冷却润滑作用大大降低了切削区温度，减小了加工表面和后刀面之间的摩擦，所以刀具寿命仍有很大提高。
4. 很高的氮气压能将切屑吹离切削区域，减小切屑对工件表面质量的影响。