钛合金由于具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、生物相容性好等优异性能,已经成为航空航天、生物医疗等领域中的重要材料。然而由于钛合金的变形系数小、导热性差、化学活性高、弹性模量小等特性,使得其可加工性差,因此钛合金加工用刀具的研究成为了一个重要课题。刀具基体材料、刀具涂层材料及其涂覆技术、刀具结构设计等对刀具的性能都有重要影响。通过分析其研究现状,本文将从刀具结构设计方面对硬质合金刀具开展研究及优化工作。通过分析四刃平头铣刀的几何结构,建立了四刃平头铣刀的数学解析模型,为刀具的参数化建模提供了基础。为提高刀具的设计效率,采用UG二次开发方法对刀具的参数化建模进行了研究。在此基础上,完成了多种类型的钛合金加工用硬质合金刀具的结构设计工作。使用有限元软件建立了四刃平头铣刀切削Ti-6Al-4V的三维仿真模型,通过分析切削过程中的切削力、切削温度、刀具上的应力分布及切屑形貌等,对刀具的几何参数进行了优选。并对刀具的结构进行了改进以提升其排屑性能。通过对刀具的几何参数进行正交优选,发现四刃刀具在螺旋角、前角和后角分别为45°、10°、13°时切削性能较好,并对两刃及六刃平头铣刀的几何参数进行了优选。对刀具的动态性能进行了分析,结果表明所设计的四刃平头铣刀有较好的动态性能,而小的刀具悬伸量有利于防止刀具共振。使用二刃、四刃及六刃平头铣刀进行了不同切削参数的Ti-6Al-4V切削仿真探究,通过对比分析仿真结果中的温度和切削力,发现自主设计的四刃平头铣刀具有最好的切削性能,两刃平头铣刀次之,六刃平头铣刀最差。使用制备的四刃平头铣刀进行了初步的工艺实验,发现切深为1.0mm、主轴转速为2000r/min、进给速度为120mm/min左右时,该刀具所切槽质量较好。分别使用自主设计并制备的两刃、四刃、六刃平头铣刀及商用四刃平头铣刀进行了切削性能对比实验,并通过分析刀具所切槽的毛刺长度、槽底表面质量及刀具的磨损程度来评判刀具的切削性能。结果表明所设计的两刃及四刃刀具切削性能优于商用四刃平头铣刀及自主设计的六刃平头铣刀,这与仿真结果相吻合,从而验证了仿真模型的正确性,同时验证了所设计刀具的切削性能。