1、引言

　　钛合金具有比强度高、耐热性好和抗蚀性强等特点，被广泛应用于航空航天、武器装备以及汽车制造等领域，常用于制造飞机结构件、导弹壳体、轻型火炮部件和汽车发动机连杆等。但由于其导热性差、化学活性强，使得在切削加工过程出现切削力大、切削温度高和刀具磨损严重等问题，对工件已加工表面质量产生不利影响，增加生产成本，降低生产效率，导致实际生产加工过程中的切削速度一般在50m/min以下。

　　高速切削加工技术由于具有高效率、高精度、高表面质量和可加工高硬材料等优点，在工业生产中得到了越来越广泛的应用。为提高生产效率和降低生产成本，学者们针对钛合金高速切削加工进行了大量试验研究。本文对近年来在钛合金高速切削领域的研究进展进行了总结，重点分析了在锯齿形切屑、切削力、切削温度、加工表面质量和刀具磨损方面的试验结果，指出了目前存在的问题以及优化趋势，旨在促进钛合金高速切削加工技术的发展。

　　2、锯齿形切屑的研究

　　锯齿形切屑是钛合金在高速切削时的典型切屑形态，会引起切削力的周期性波动，加剧刀具磨损，降低工件已加工表面质量。因此，对锯齿形切屑的研究一直都是学者们重点关注的内容。

　　2.1 切屑微观形貌

　　Barry J.等通过Ti6Al4V正交车削试验发现，在切削速度和切削厚度较低时，产生非周期性锯齿形切屑，随着切削速度和切削厚度的增加，切屑将转变为周期性锯齿状切屑。Molinari A.等则在试验中发现，当0.01m/s≤vc≤21m/s时，切屑为连续锯齿屑；当vc＞21m/s时，切屑为不连续锯齿屑，破碎成小块。文献［6］研究了颤振对Ti6Al4V锯齿形切屑形态的影响，提出锯齿形切屑的齿形与颤动幅度相对应。在无颤振的情况下，锯齿形切屑的齿形大小均匀且单元排布紧密（见图1a），而在颤振条件下则会形成少量的大齿，有时也会有较大齿和较小齿交替出现的现象（见图1b）。

图1 颤振对Ti-6Al-4V锯齿形切屑的影响

　　在干车削Ti6Al4V时，Sun S.等发现在低切削速度和高进给速度的条件下，一次切削中形成了连续和锯齿状切屑，且锯齿形切屑中未变形表面的长度将随着进给速度的增加而增大，与切削速度和切削深度无关。Wang B.等则基于Molinari的试验结果，在切削厚度为0.1mm的情况下，研究了切削速度在50~3000m/min范围内正交切削Ti-6Al-4V时的切屑形态。发现当切削速度为2500m/min时，锯齿形切屑的分节处将会完全断裂，进而变为碎断切屑，锯齿状切屑的形态和表面颜色也会有所变化。Sui S.C.等的试验结果表明，当刀具磨损增加时，切屑颜色变深。

　　在锯齿形切屑的几何形貌方面，Schulz H.等采用锯齿化程度Gs来表征锯齿形切屑的演化，发现切削用量三要素中，只有切削速度和每齿进给量影响切屑的锯齿化程度。Cotterell M.等通过Ti6Al4V正交车削试验，发现在4~140m/min的切削速度范围内均可观察到锯齿形切屑，且锯齿化程度会随着切削速度的增加而增大，随进给量的增加而减小。Mohammad Sima等也得出了类似结论，并进一步发现锯齿化程度会随着刀具前角的减小而降低，锯齿状切屑的螺距则会随着切削速度的降低、切削厚度的增加以及刀具前角的减小而增加。文献［13，14］的研究表明，当切削速度增加时，Ti6Al4V的切屑厚度、锯齿间距、锯齿高度都会随之减小。当切削速度超过48.75m/min时，切屑从带状变成锯齿状，该切削速度为切屑形态转变的临界切削速度。

　　Sutter G.等在观察了车削加工Ti6Al4V后获得的锯齿形切屑得知，在较高的切削速度和切削厚度（vc＞45m/s，ac＞0.25mm）下锯齿形切屑为规则的三角形。切削速度会影响切屑的锯齿频率、剪切角和裂纹长度，对切屑的形成影响最大。Ke Q.C.等通过正交车削试验指出，在低速（10~40m/min）、中速（40~100m/min）、高速（100~160m/min）条件下，Ti6Al4V切屑形貌分别为不连续、长卷曲和连续状。随着切削速度的增加，剪切滑移距离和滑移角会随之增大；在进给量增加时，剪切滑移距离增大，滑移角减小。

　　在钛合金的高速铣削过程中，锯齿化程度会随着铣削速度和进给量的增加而变得更加明显。但增大刀具前角时，切屑的锯齿化程度降低，锯齿底角和顶角都会随着切削速度的增加而减小。

　　2.2 形成机理

　　锯齿形切屑的形成机理目前仍然存在争议，主要可归纳为绝热剪切理论（热塑性失稳导致的集中剪切，见图2）和周期脆性断裂理论（裂纹诱发几何失稳导致的集中剪切，见图3）。Molinari A.等、Ye G.G.等、Wu H.B.等、刘丽娟等均通过试验研究提出，锯齿形切屑的形成是由于较弱的热机械不稳定性导致绝热剪切带变形所引起，认为热塑性失稳导致的集中剪切是锯齿形切屑形成的根本原因。

图2 绝热剪切

图3 周期脆性断裂

　　而文献［23-25］则认为锯齿形切屑的形成机理为周期脆性断裂理论。即锯齿形切屑的形成是由于在切削过程中，被切削层材料在刀具作用下内部产生韧性断裂，第一变形区内剪切抗力由于裂纹的产生而降低，从而发生集中剪切变形，并形成集中剪切带，导致切削层材料沿剪切带滑移所引起。

　　目前关于钛合金锯齿形切屑的形成机理，大多数学者都较为认可绝热剪切理论，认为锯齿形切屑产生的根本原因是热塑性失稳导致的集中剪切。

　　2.3 绝热剪切带

　　绝热剪切现象是锯齿形切屑形成过程中最典型的特征，该现象的出现使得切屑内部变形不均匀，最终形成的切屑呈现锯齿状。在高应变和高应变率作用下，局部区域由骤然升温引起热软化效应，超过材料由应变产生的应变硬化和应变率强化效应，材料发生热塑性失稳，产生与周围基体材料差别较大的集中剪切滑移变形，形成高度局部化的剪切滑移带，即ASB绝热剪切带（见图4）。

图4 Ti-6Al-4V切屑中的绝热剪切带

　　为探究ASB的形成及演化机制，Ranc N.等在低温（50℃~300℃）条件下对切屑中的ASB进行了观察，认为ASB的启动机制为几个独立的ASB同时启动并开始生长，当其中一个开始传播时，引起应力下降，使其他ASB停止生长，并产生一个波段使其沿样本所有周长延伸。Rittel D.等通过监测试验中Ti6Al4V钛合金应力-应变-温度的演变过程，提出应力-应变曲线可分为均匀应变、非均匀应变和高度局部化应变三个阶段，且所测温度曲线与计算得出的温度曲线相交和发散的点对应于绝热剪切带的起点和终点。Wan Z.P.等的试验结果表明，ASB随着切削速度的增加可分为形变带（主要特征为剪应变高度集中、晶粒剧烈拉长和碎化）、形变带和转变带、转变带（主要特征为发生相变或再结晶）。

　　2016年，Li P.N.等车削Ti6Al4V钛合金时，在较低切削速度下的切屑中观察到了绝热剪切带，且发现在相同切屑长度中ASB的数量会随着切削速度的增大，呈先减小后增大的趋势（波谷出现在vc=110~140m/min速度区间）。随后，Wang F.等在常规冷却环境下对此类钛合金进行了高速铣削试验，结果显示，当切削速度为150m/min时，由于开始产生ASB和非均匀锯齿形切屑，导致高频振荡切削力。而采取低温冷却时，在切削速度为50~200m/min的范围内并未形成明显ASB。

　　在绝热剪切灵敏性方面，Li J.Q.等研究了在相同切削条件下切削TA2与Ti6Al4V钛合金所获得的两种不同切屑，结果表明，Ti6Al4V钛合金比TA2合金更容易出现锯齿形切屑，通过深入研究发现锯齿形切屑的出现与由价电子数表征的绝热剪切灵敏性有关，灵敏度越高越容易产生锯齿形切屑。

　　3、切削力研究

　　切削力一直是高速切削加工试验研究的主要内容，学者们在钛合金高速切削的切削力方面也开展了大量工作。

　　3.1 高速车削

　　通过Ti6Al4V合金的高速干车削试验，Sun S.等发现在锯齿形切屑的形成过程中，切削力产生了周期性变化，且切削力的频率与锯齿频率基本一致，会随着切削速度的增加而增大，随着进给速度的增加而减小，其振幅与切削深度和进给速度成正比。当vc＞57m/min时，高频循环力振幅会随切削速度的增加而减小。王晓琴等的试验结果则表明，在切削深度和进给量一定的情况下，由于刀具剧烈磨损，刀具刃口半径增大，将使得切削力随着切削长度的增加而逐渐增大，且与切削速度成正比。

　　已有研究表明，在刀具正常磨损阶段，切削力与刀具磨损呈负相关关系；而在急剧磨损阶段，切削力与刀具磨损呈正相关关系，且将210N看作是刀具产生剧烈磨损时的临界切削力。通过对比其他刀具材料，发现在高速、低进给量、低背吃刀量的切削条件下，使用PCBN刀具加工钛合金时所获得的切削力更加平稳。

　　总体来看，切削参数对切削力的影响由大到小依次是切削深度、进给量、切削速度。切削力随切削深度和进给量的增大而增大（见图5）。

图5 切削力随切削参数的变化

　　3.2 高速铣削

　　在干铣削条件下，Safari H.等对高速干铣削Ti-6Al-4V-ELI钛合金时的切削力进行了研究，发现切削力与切削速度呈负相关关系，进给速度与X和Y方向上的切削力成正比；且在较低的进给速度下，与涂层刀具相比，未涂层刀具的锋利刃口能有效降低切削力。Wang F.等经过进一步研究发现，在径向切削深度ae=1.0mm的条件下干铣削Ti6Al4V钛合金时，在切削速度vc<200m/min时，切削力随切削速度的增加而减小；当切削速度vc>200m/min后，切削力与切削速度呈正相关，当切削速度vc=200m/min时，切削力最小。研究认为，该现象的出现是由于在vc＜200m/min时，随着切削速度的增加产生了大量的切削热，使材料热软化，从而导致切削力降低；而当vc＞200m/min后，由于刀具磨损较为严重导致切削力增大，因而使vc=200m/min时切削力最小。

　　文献［41-43］的结果表明，对铣削合力影响顺序依次为轴向切削深度>每齿进给量>铣削速度>径向切削深度。铣削合力会随着轴向切深、每齿进给量和径向切深的增加而增大。当切削速度vc<200m/min时，铣削合力会随着切削速度的增大而减小；当切削速度vc>200m/min时，铣削合力会随着切削速度的增大而增大。在铣削分力中，径向力Fx最大，切向力Fy次之，轴向力Fz最小，其各自随切削参数的变化规律见图6。

图6 切削分力在不同切削参数下的变化情况

　　4、切削温度研究

　　作为切削机理研究中的重要组成部分，切削温度对切削力、刀具磨损和加工表面残余应力等方面的影响较大，因此也是研究的重点之一。

　　切削温度的测量主要分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量方法主要采用热电偶进行测温，是最为常见的一种测温方式。韩满林等通过自然热电偶分别对氮气射流、空气射流和干切削条件下的切削温度进行了测量，结果表明在不同切削环境中的切削温度由低到高依次为氮气射流、空气射流、干切削环境。而Li G.等则研究了在切削液中加入不同浓度氧化石墨烯（GraO）对Ti6Al4V钛合金切削温度的影响，通过K型热电偶测温后发现，随着GraO浓度的增加，刀-屑界面的切削温度显著降低，热对流将切削区域7％的热量传递出去，但GraO浓度对热对流过程的影响有限。

　　非接触式测温法中最常用的是辐射法，即通过被测对象的辐射能与温度之间的对应关系来测量温度。Armendia M.等采用显微热成像技术对高速切削Ti6Al4V钛合金的切削温度进行测量，结果表明，切削温度主要集中在刀尖附近的狭窄区域，且在切削速度为180m/min、切削厚度为0.1mm、切削深度为1mm的切削条件下连续切削时，刀具前刀面的切削温度为800℃。Dhananchezian M.等通过红外测温仪测温发现，相比于湿切削（乳化切削液），在液氮低温冷却环境下Ti6Al4V切削温度下降了61%~66%，说明选用合适的切削环境能显著降低钛合金高速切削时的温度。在加工过程中随着刀具磨损程度的加剧，刀具表面的切削温度也会明显升高，但涂层刀具的表面切削温度相比于未涂层刀具略低。肖虎等发现，低温CO2与干冰化合物能有效降低高速车削Ti6Al4V钛合金时的切削温度，仅为干切削条件下的37.43%。

　　研究表明，影响切削温度的因素由大到小依次是：切削速度vc、径向切削深度ae、每齿进给量fz。切削环境也会对切削温度造成一定影响。切削温度随着切削速度vc、径向切削深度ae和每齿进给量fz的增大而升高。径向切削深度增大时，切削速度对切削温度的影响更加显著。切削参数和不同切削环境（干式、超临界CO2、基于超临界CO2和水基切削液的微量润滑、基于超临界CO2和油基切削液的微量润滑）对切削温度的影响规律见图7。

图7 切削温度随切削参数的变化情况

　　5、表面质量研究

　　作为衡量工件整体性能的一项重要指标，从表面粗糙度Ra、表面白层和残余应力三个方面对加工表面质量进行了大量研究。

　　5.1 表面粗糙度

　　Yang X.Y.等对Ti6Al4V钛合金进行了高速侧铣试验，发现在切削速度vc=320~380m/min时，工件表面粗糙度值较低（Ra=0.37~0.66μm）并趋于稳定。Li A.H.等进一步研究发现，当切削速度vc<500m/min时，表面粗糙度会随着切削速度的增加而减小，当切削速度vc>500m/min时，表面粗糙度值将随着切削速度的增加而增大。Wang F.等通过分析高速侧铣Ti6Al4V钛合金的试验结果认为，随着切削速度的增加，Ra先减小后增大的临界切削速度为200m/min。可以看出，目前所得到的关于切削速度与表面粗糙度之间变化规律的结论并不一致，争议点主要集中在Ra随着切削速度的增加出现先减小后增大趋势时在拐点处切削速度的大小。出现以上争议的主要原因在于表面粗糙度与刀具磨损相关，相关学者在试验时所采用的刀具种类不同，而不同刀具在不同切削速度下的磨损程度也不同，得出的结论并不一致。因此，在探究随着切削速度增加时Ra的变化规律时，需要考虑刀具种类的影响。

　　部分学者研究了不同切削环境下表面粗糙度的变化规律，如Shokrani A.等分别在干燥、水冷和液氮环境下对端铣加工后的Ti6Al4V钛合金工件表面质量进行了研究，发现由于低温冷却作用，工件的表面缺陷显著减少。且相比于水冷和干切削条件，在液氮低温冷却条件下，工件表面粗糙度值分别降低了31%和39%。Limin S.的试验结果表明，在切削液环境中当切削速度为40m/min和80m/min时，由于切屑的锯齿化程度加剧将导致切削力波动增大，从而导致工件表面粗糙度值比干切削时更大。而当vc=120m/min时，由于刀具磨损，干切削条件下表面粗糙度更大。对于在液氮低温冷却下铣削Ti6Al4V钛合金时表面粗糙度的变化，Zhao W.等进行了更为详细的研究，结果表明，在恒定切削速度下工件表面粗糙度会随着射流温度的下降而降低，且在切削速度分别为60m/min，90m/min，120m/min时，表面粗糙度相比于干铣削分别降低了33.11%，24.20%，34.08%。

　　从现有研究来看，对工件表面粗糙度的影响程度由大到小依次是进给量、径向切削深度、切削速度和轴向切削深度，且在进给量和径向切削深度较低的情况下所获得的工件表面粗糙度更佳（已加工表面粗糙度随切削参数的变化曲线见图8）。Ra在一定范围内随着刀具后角、刀尖半径和切削速度的增大而减小，在超出此范围后会随着各因素的增大而增大。刀具条件对Ra也具有一定影响（在刀具正常磨损阶段，Ra会随着切削速度的增大而减小，在刀具剧烈磨损阶段则会随着切削速度的增大而增大）。

图8 表面粗糙度随切削参数的变化

　　5.2 表面白层

　　Che.Haron C.H.等对Ti6Al4V钛合金进行干车削试验时，观察到在长时间的干切削条件下，工件的加工表面出现了严重的撕裂和塑性变形，导致产生了厚度小于0.01mm的白层（见图9）。Velásquez J.D.P.等的试验结果表明，在Ti6Al4V钛合金已加工表面上存在微观白层，在白层中无化学反应和相变的发生，并将亚表面分成了以下三个不同的区域：高度扰动区、塑性变形层区以及未观察到塑性变形的无影响区。针对钛合金的表面白层，Rancic M.等通过SEM扫描电镜和TEM透射电镜进行了观察，认为材料所承受的热机械载荷是白层产生的根本原因。白层是一个单相层（约250nm），其主要组成成分为α′相和动态再结晶无序纳米颗粒。但Sun J.等在对TB6钛合金进行车削试验时发现，其加工表面并未出现塑性变形以及白层，说明白层的出现可能与钛合金的种类或切削条件有关。由于白层的硬度很高，有时会造成材料的大块剥落或成为疲劳源，对工件的表面质量影响显著。

　　5.3 表面残余应力

　　已加工表面层残余应力对零件的使用性能有重要影响，残余拉应力会降低零件的疲劳强度，有时甚至在切削加工后，会使零件表面产生微裂纹，而残余压应力却能抑制裂纹的萌生，提高零件的疲劳强度。因此，开展对表面残余应力的研究，对保证工件表面质量具有重要意义。

图9 加工表面白层的显微组织

　　切削参数和刀具几何参数对表面残余应力的影响一直以来都是研究的重点。Tian W.J.等的试验结果表明，在铣削TC11钛合金过程中，x和y方向上的残余应力随着切削速度、每齿进给量的增加而增大，其中切削速度对残余应力的影响最大，x方向上的残余应力对铣削参数的变化更为敏感，而铣削深度对表面残余应力的影响规律并不明显。但在高速铣削时，钛合金已加工工件表面的残余压应力随着铣削速度、每齿进给量和铣削宽度的增加而降低，不受铣削深度的影响。当铣削速度一定时，表面残余压应力在每齿进给量和切削宽度增大到一定程度后呈增大趋势，在表层出现残余拉应力，且残余应力层将变深。而刀具几何参数对表面残余压应力的影响程度由大到小依次为刀具后角>螺旋角>刀具前角。

　　为揭示在液氮低温冷却环境下切削加工钛合金时表面残余应力的变化规律，Ayed Y.等研究了高速车削Ti6Al4V钛合金试验，结果表明，相比于干切削条件，采用低温辅助技术可以显著提高工件的表面残余压应力，并指出表面残余压应力的大小应与液氮的流速和压力呈正相关。Zhao W.等的铣削试验表明，在液氮冷却低温下加工钛合金时，工件表面的残余压应力高于干铣削时的工件表面残余压应力。且随着切削速度的增加，残余压应力及应力层的深度也将随之增加。

　　Sun J.等发现，在正交车削TB6钛合金时，工件表面的残余应力为较大的残余压应力，且在约250μm的表层内应力状态不断交替变化。但与铣削钛合金时所得结论不同的是残余压应力会随着进给速度的增加而增大，而切削速度对残余压应力的影响并不明显。这说明在高速铣削和车削钛合金时，工件表面的残余压应力与切削速度之间的关联程度可能有所不同，也有可能是由于在试验时所采用的工件材料类别不同所造成的差异。

　　6、刀具磨损研究

　　加工钛合金时刀具磨损严重，常有前刀面月牙洼磨损、后刀面磨损、边界磨损以及微崩刃和破损等发生，因此研究人员对此开展了大量的试验研究。

　　6.1 硬质合金刀具

　　目前，钛合金切削加工主要以硬质合金刀具为主，其磨损机理主要为粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损。由图10可以看出，在使用硬质合金刀具高速切削钛合金时，在前刀面上将出现月牙洼磨损，后刀面上也会发生磨损和热裂纹。部分学者针对WC碳化钨刀具在切削加工Ti6Al4V钛合金时，因内部元素扩散或发生化学反应所引起的刀具磨损进行了研究。Zhang S.等的试验结果表明，在WC刀具的刀-屑界面，由于刀具内部Co元素的扩散将引起WC颗粒脱落，从而导致前刀面因磨粒磨损出现月牙洼。王英姿等也指出，扩散磨损是由于刀具材料中的W和Co向钛合金粘结层中扩散，而粘结层中的Ti向刀具材料扩散会导致刀具材料的组织结构发生变化，降低硬度和韧性，从而引起刀具磨损。

图10 SEM下所观测到的刀具磨损情况

　　Li A.H.和Wang F.等采用Ti(C-N)-Al2O3涂层硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金进行了高速铣削试验。结果表明，刀具的前刀面主要为粘着磨损、疲劳磨损以及氧化磨损。而在切削速度达到300m/min后，齿面磨损宽度将迅速增大。刀具磨损随着切削速度和进给速度的增大而加剧。采用的冷却方式不同时，刀具的磨损程度也会有很大差异。如：Su Y.等高速铣削Ti6Al4V钛合金的试验结果表明，采用CCNG压缩冷氮气和CCNGOM压缩冷氮气油雾的冷却方式能有效改善TiN/TiC/TiN涂层硬质合金刀具的磨损情况，从而延长刀具的使用寿命。

　　6.2 PCD刀具

　　在PCD刀具切削加工钛合金的过程中，刀具磨损机理主要为磨粒磨损与粘结磨损，由图11可见，随着切削速度的增加，前刀面发生剥落，后刀面出现沟槽磨损并逐渐转变为大面积的崩刃现象。

图11 不同切削速度下PCD刀具前、后刀面磨损情况

　　Nabhani F.等通过TA48钛合金的高速车削试验发现，当切削温度高于760℃和900℃时，PCD刀具与工件材料之间会发生明显的冷焊。而对于在切削过程中PCD刀具所出现的扩散磨损，Su H.H.等通过高速切削TA15钛合金的试验进行了研究。Rosemar B.Da Silva等通过车削Ti6Al4V钛合金试验发现，相比于传统冷却液，在高压冷却液下高速切削钛合金时，PCD刀具寿命增加了9~21倍，且在较低切削速度下采用20.3MPa高压冷却液时，刀具性能更好。

　　Schrock D.J.等通过对高速车削Ti-6Al-4V时PCD刀具磨损情况的分析发现，在vc=61m/min时，前刀面出现扇形断裂磨损；在vc=122m/min时，观察到了光滑的月牙洼磨损。认为前刀面不均匀扇形磨损的出现是由于工件材料中含有较多的α相。而月牙洼磨损的出现则是由于工件中α相转变为β相且再结晶现象增加所致。Pretorius C.J.等在使用PCD刀具高速精加工Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo时发现，刀具寿命（最长80min）会随着PCD晶粒尺寸的增大而增长。而当晶粒尺寸超过14μm后，再进一步增加晶粒尺寸会对刀具寿命产生不利影响。使用超粗级（约为39μm）PCD刀具加工时，刀具仅在8min后就出现碎裂和边缘断裂。

　　6.3 CBN刀具

　　研究发现，切削加工Ti6Al4V钛合金时，影响PCBN刀具寿命的因素由大到小依次是背吃刀量、切削速度和进给量，在高切削速度、低进给量、低背吃刀量条件下的刀具寿命更长。其中进给量对PCBN刀具的前刀面损坏影响最大，切削深度对后刀面的损坏影响最大，并且在切削深度达到某种程度后，后刀面会出现沟槽磨损。进一步研究发现前刀面主要为刃口崩刃，后刀面则会由于微崩破损产生不均匀的深沟槽磨损（见图12）。

　　图12 PCBN刀具的磨损形态

　　由于CBN刀具具有高硬度和高熔点的特点，可以承受切削加工钛合金时所产生的高温高压，因此，比较适合用于钛合金的切削加工。研究发现，不同种类的CBN刀具性能差异很大。Ezugwu E.O.等对高速车削Ti6Al4V钛合金时不同等级的CBN刀具性能进行研究发现，T1级CBN刀具(50% CBN，50% TiC ceramic)性能最好，T2(90% CBN，10% Al ceramic)和T3(90% CBN，10% Al ceramic，coated)次之。但是单从刀具寿命来看，这几种刀具都不如未涂层硬质合金刀具（T4）的使用寿命长，不过却能带来较好的表面质量。使用T1和T4刀具进行加工时出现前刀面磨损；而在使用T2和T3刀具加工时出现沟槽磨损以及崩刃现象。Wang Z.G.等采用无粘结剂立方氮化硼刀具（BCBN）对Ti6Al4V钛合金进行了高速铣削试验，提出不均匀的后刀面磨损是BCBN刀具的主要磨损形式，刀具寿命会随着切削深度和进给速度的增加而降低。李甜甜等的试验结果表明，随着切削温度的升高，PCBN刀具的粘结磨损程度增大，刀具表面将产生越来越严重的氧化磨损，机械疲劳与热疲劳是刀具产生破损的主要原因。

　　7、研究的不足以及未来发展方向

　　7.1 研究的不足

　　通过对上述研究结果的分析，发现目前的研究还存在以下问题：

　　(1)钛合金锯齿形切屑的形成机理仍然存在争议，同时ASB内部的组织演化机制非常复杂，不同切削条件会对ASB内微观组织形态产生较大影响，使得其研究较为困难。

　　(2)锯齿形切屑的形成必然会引起切削力的周期性波动，同时影响已加工表面质量。但目前对锯齿形切屑研究主要集中在定性分析和定量表征方面，尚无关于锯齿形切屑、切削力与表面粗糙度之间内在联系的具体研究。

　　(3)在切削力方面虽然进行了大量研究并取得了一定成果，但试验结论并不一致，且其中关于切削力的研究大多是集中在静态切削力方面，对于锯齿形切屑引起的周期性动态切削力的研究较少。

　　(4)在切削温度测量时，尽管使用辐射法对切削温度进行测温时能够较好的获得切削温度，但只能得到工件及切屑的表面温度，而不能得到整个切削区域的温度分布，更无法获得对刀具磨损具有决定作用的刀-屑接触界面温度。

　　(5)在表面质量方面，现有研究大多局限于单一指标的变化而缺少全面分析，使得表面质量的研究缺乏系统性和一致性。同时从工件的服役性能来说，表面白层和残余应力的影响更大，对这方面的研究还有待深入。

　　(6)在刀具磨损方面，针对硬质合金刀具的研究较多，而对性能更好PCD和CBN刀具的研究较少，在一定程度上制约了钛合金的应用。

　　7.2 未来发展方向

　　针对以上问题，应从以下方面开展进一步的深入研究：

　　(1)继续深入研究钛合金锯齿形切屑形成机理和ASB内部演变规律，揭示大应变、高应变率下的相变以及动态再结晶机制。开展切屑变形、切削力、切削温度和加工表面质量的系统研究，揭示锯齿形切屑和周期性切削力、切削温度和加工表面质量之间的定量关系。

　　(2)进一步开展动态切削力研究，揭示动态切削力随切削参数的变化规律以及与锯齿形切屑之间的定量关系，为切削参数优化奠定基础。

　　(3)开展基于非接触式测温法的切削温度研究，揭示切削温度随切削参数的变化规律，同时结合有限元仿真建立切削温度预测模型，实现切削区域温度分布的较准确预测。

　　(4)深入开展已加工表面质量的系统研究，尤其是加强对表面白层和残余应力的研究，从提高产品服役性能的角度进行工艺优化。

　　(5)在刀具磨损研究方面，一方面通过对不同刀具材料切削性能的对比，优选合适的刀具材料。另一方面需要建立刀具寿命经验公式，从而更好地指导切削加工工艺的合理制定。

　　8、结语

　　钛合金由于其优越的性能而被广泛应用于众多领域中，被称作超级合金材料。但它是一种典型的难加工材料，在切削过程中会出现刀具磨损严重、切削力大、切削温度高和表面质量差等问题，给钛合金零部件的加工制造带来较大的困难。虽然高速切削加工技术的应用促进了钛合金加工技术的进步，但其在加工机理方面与传统切削的较大差异，需开展进一步的深入研究。

　　国内外学者通过对钛合金高速切削加工进行大量试验，虽然在一定程度上揭示了高速切削加工机理，但切削参数的合理选用以及刀具材料的选择仍是制约当前钛合金切削加工的瓶颈问题。在今后应重点开展切屑变形、切削力、切削温度和加工表面质量的系统研究，揭示锯齿形切屑和周期性切削力、切削温度和加工表面质量之间的定量关系。同时加强对表面白层和残余应力的研究，以便提高钛合金零部件的服役性能。