鈦合金材具有高強(qiáng)度、高硬度和低密度材料特性，如鈦合金 Ti-6Al-4V （簡(jiǎn)稱 Ti-6-4 ）抗拉強(qiáng)度達(dá) 900MPa ，硬度為 250 ～375HB ，密度 4.42 g/cm3 ，使得鈦合金材整體結(jié)構(gòu)件除在現(xiàn)代軍用飛機(jī)上得到廣泛應(yīng)用外， 在現(xiàn)代大型客機(jī)上也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用， 其用材重量占飛機(jī)結(jié)構(gòu)總重量百比數(shù)呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)， 并已開(kāi)始超過(guò)了鋼結(jié)構(gòu)件。 因此， 實(shí)現(xiàn)鈦合金材結(jié)構(gòu)件高效率切削加工已成為大型飛機(jī)制造生產(chǎn)之關(guān)鍵。 然而， 和鋁合金材相比， 鈦合金材屬很難加工金屬材，其切削加工的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下若干方面：

　　大切削力

　　眾所周知， 通常金屬材料的硬度和強(qiáng)度越高， 則其切削加工所需要的切削力就越大， 切削溫度就越高，刀具磨損就越快，故相對(duì)可加工性也就越差。如鋁合金材相對(duì)可加工性系數(shù) Kr為 2.0～7.5 ，高強(qiáng)度鋼 Kr 為 0.3～0.7 ，鈦合金 Kr 為 0.22 ～0.35 ，而航空高強(qiáng)度高溫合金 Kr僅 0.07 ～0.3。因此，和切削加工鋁合金等輕金屬材相比，鈦合金材切削加工需要更大切削力，通常需近 1,000 ～數(shù)千牛（ Newton ，N），是普通鋼材的 2～4 倍，是鋁合金材的 10～40倍。如用一把 4 齒直徑 32mm 的端銑刀 ，切深 19mm ，以 20 cm3/min 金屬切除率切削加工鈦合金材時(shí)將會(huì)產(chǎn)生 4,445N (1,000 lbs) 負(fù)載力，若刀具磨損50% ，負(fù)載力將增加至8,890N 。因此，加工鈦合金等硬合金材需要大切削力就意味著需要高轉(zhuǎn)矩主軸，或就意味著僅允許使用較低切削速度，大約僅為鋁合金材時(shí)的 10% 。

　　高切削溫度

　　切削加工鈦合金材時(shí)，通常切屑與刀具前刀接觸面較小，切削點(diǎn)的溫度極高，可達(dá)1,100~1,200 ℃左右，切削區(qū)高溫狀態(tài)易使刀尖很快熔化或粘結(jié)，導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重。此外，鈦合金材熱傳導(dǎo)系數(shù)低，大約僅為合金鋼的 15% ，鋁合金材的 5%，（鈦熱傳導(dǎo)系數(shù)15.24 W/mK ；鈦合金 Ti-6-4 為 7.56 W/mK ；AISI 4340合金鋼為 44.6 W/mK ；45 號(hào)鋼為50.2 W/mK ；7075 鋁合金為 130W/mK ），大約 80%切削加工過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量傳入到刀具中，而不像典型高速切削加工鋁合金等金屬材那樣有 75% 熱量傳入到切屑中，傳到刀具僅約 15% 。因此，鈦合金切削過(guò)程中刀具切削點(diǎn)的高溫?zé)崃亢茈y由切屑快速帶走，加速了刀具磨損。這也就決定了對(duì)鈦合金材必須采用高壓大流量冷卻液切削加工。

　　易生成硬化層

　　鈦化學(xué)活性高，在高溫狀態(tài)下極易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致切削表面生成硬化層，其深度可達(dá)0.1～0.15 mm ，致使表層硬度大幅度提高，加速了刀具磨損。 同時(shí)，高化學(xué)活性導(dǎo)致加工中切屑與刀具的粘結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，也加速了刀具磨損。

　　高摩擦功

　　鈦合金摩擦系數(shù)大， 導(dǎo)致在切削過(guò)程中， 切屑流經(jīng)刀具前刀面時(shí)所需摩擦功大， 摩擦界面溫度極高，進(jìn)一步加速了刀具磨損。

　　易產(chǎn)生彈性變形和振動(dòng)

　　鈦合金彈性模量小（鈦合金 Ti-6-4 為 110kN/mm2 ，鋼 Ck45110kN/mm2 ，210kN/mm2 ），導(dǎo)致切削時(shí)易產(chǎn)生彈性變形和振動(dòng)， 不僅影響零件加工尺寸精度和加工表面粗糙度，而且已加工面的彈性恢復(fù)較大，約為不銹鋼的 2～3 倍，同樣可加速刀具磨損。同時(shí)，鈦合金低彈性模量使其具有明顯橡膠特性趨勢(shì)，容易使刀具切削刃產(chǎn)生屑瘤， 同樣也可加速刀具磨損，制約了使用高切削速度。

　　低切削速度

　　前面所述的鈦合金切削加工中所存在的問(wèn)題， 將會(huì)導(dǎo)致其切削過(guò)程刀具磨損嚴(yán)重， 刀具耐用度降低。因此， 為改善鈦合金材加工性能，保證切削刀具使用壽命，通常要求切削加工鈦合金材使用較低切削速度。 如采用傳統(tǒng)加工方法切削加工鈦合金材零件， 其切削速度一般不超過(guò) 40~50m/min ，粗加工時(shí)金屬切除率 mrr 一般不超過(guò)40cm3/min ，而精加工時(shí) mrr 一般不超過(guò) l0cm3/min 。而采用 HEM-HSM 加工時(shí)，目前切削速度可達(dá) 100~1,200m/min ，金屬切除率 mrr 最高可達(dá) 700cm3/min ，見(jiàn)圖。但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中一般均低于此最高值以確保刀具具有足夠的耐用度，典型切削速度為 100~400m/min ，金屬切除率 mrr 典型為100~400cm3/min 。