為什么鈦合金是一種難加工材料

鈦合金難加工原因鈦合金熱傳導(dǎo)率低、加工硬化嚴(yán)重、與刀具的親和性高、塑性變形小等4個(gè)特點(diǎn)是造成鈦合金難以加工的本質(zhì)原因。其被切削指數(shù)只相當(dāng)于易削鋼的20%。熱傳導(dǎo)率低鈦合金熱傳導(dǎo)率大約只有45#鋼的16%左右，加工中熱量不能及時(shí)傳導(dǎo)出去，造成切刃局部高溫（加工中的刀尖溫度是45#鋼的1倍以上），容易引發(fā)刀具擴(kuò)散磨損。加工硬化嚴(yán)重鈦合金加工硬化現(xiàn)象明顯，表面硬化層相比不銹鋼要嚴(yán)重，會(huì)給后續(xù)加工造成一定的困難，比如，刀具邊界損傷增大。與刀具的親和性高與含鈦的硬質(zhì)合金粘結(jié)嚴(yán)重。塑性變形小

約為45鋼的彈性模量的1/2，故彈性恢復(fù)大，摩擦嚴(yán)重。同時(shí)，工件也容易發(fā)生裝夾變形。

加工鈦合金的工藝訣竅

在理解鈦合金加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，加上以往的經(jīng)驗(yàn)，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：（1）采用正角型幾何形狀的刀片，以減少切削力、切削熱和工件的變形。（2）保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化，在切削過程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài)，銑削時(shí)徑向吃刀量ae應(yīng)為半徑的30%。（3）采用高壓大流量切削液，以保證加工過程的熱穩(wěn)定性，防止因溫度過高導(dǎo)致工件表面變性和刀具損壞。（4）保持刀片刃口鋒利，鈍的刀具是熱集結(jié)和磨損的原因，容易導(dǎo)致刀具失效。（5）盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工，因?yàn)榇阌埠蟛牧献兊酶y加工，熱處理提高了材料的強(qiáng)度并增加刀片的磨損。（6）使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，盡可能把更多的刀刃進(jìn)入切削。這可以減少每一點(diǎn)的切削力和熱量，防止局部破損。在銑削鈦合金時(shí)，各切削參數(shù)中切削速度對(duì)刀具壽命的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）次之。

從刀片入手解決鈦加工難題鈦合金加工時(shí)出現(xiàn)的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過800℃的化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散，也是形成溝槽磨損的原因之一。因?yàn)樵诩庸み^程中，工件的鈦分子在刀片的前面積聚，在高壓高溫下“焊接”到刀刃上，形成積屑瘤。當(dāng)積屑瘤從刀刃上剝離時(shí)，將刀片的硬質(zhì)合金涂層帶走，因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。

適合鈦加工的刀具結(jié)構(gòu)鈦合金加工的焦點(diǎn)是熱，大量高壓切削液要及時(shí)準(zhǔn)確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。市場上有專門用于鈦合金加工的銑刀獨(dú)特結(jié)構(gòu)。從具體機(jī)械加工方式入手車削鈦合金產(chǎn)品車削，易獲得較好的表面粗糙度，加工硬化不嚴(yán)重，但切削溫度高，刀具磨損快。針對(duì)這些特點(diǎn)，主要在刀具、切削參數(shù)方面采取以下措施：刀具材料：根據(jù)工廠現(xiàn)有條件選用YG6，YG8，YG10HT。刀具幾何參數(shù)：合適的刀具前后角、刀尖磨圓。較低的切削速度，適中的進(jìn)給量，較深的切削深度，充分冷卻，車外圓時(shí)刀尖不能高于工件中心，否則容易扎刀，精車及車削薄壁件時(shí)，刀具主偏角要大，一般為75~90度。銑削鈦合金產(chǎn)品銑削比車削困難，因?yàn)殂娤魇菙嗬m(xù)切削，并且切屑易與刀刃發(fā)生粘結(jié)，當(dāng)粘屑的刀齒再次切入工件時(shí)，粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具材料，形成崩刃，極大地降低了刀具的耐用度。銑削方式：一般采用順銑。刀具材料：高速鋼M42。一般合金鋼的加工均不采用順銑，因機(jī)床絲杠、螺母間隙的影響，順銑時(shí)，銑刀作用在工件上，在進(jìn)給方向上的分力與進(jìn)給方向相同，易使工件臺(tái)產(chǎn)生間隙性竄動(dòng)，造成打刀。對(duì)順銑而言，刀齒開始切入就碰到硬皮而導(dǎo)致刀具破損。但由于逆銑切屑是由薄到厚，在最初切入時(shí)刀具易與工件發(fā)生干摩擦，加重刀具的粘屑和崩刃。為使鈦合金順利銑削，還應(yīng)注意相對(duì)于通用標(biāo)準(zhǔn)銑刀，前角應(yīng)減小，后角應(yīng)加大。銑削速度宜低，盡量采用尖齒銑刀，避免使用鏟齒銑刀。攻絲鈦合金產(chǎn)品攻絲，因?yàn)榍行技?xì)小，易與刀刃及工件粘結(jié)，造成加工表面粗糙度值大，扭矩大。攻絲時(shí)絲錐選用不當(dāng)及操作不當(dāng)極易造成加工硬化，加工效率極低并時(shí)有絲錐折斷現(xiàn)象。需優(yōu)先選用一絲到位的跳牙絲錐，齒數(shù)應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)絲錐少，一般為2～3齒。切削錐角宜大，錐度部分一般為3～4扣螺紋長度。為便于排屑，還可在切削錐部分磨出負(fù)傾角。盡量選用短絲錐以增加絲錐剛性。絲錐的倒錐部分應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)的適當(dāng)加大，以減少絲錐與工件的摩擦。鉸削鈦合金鉸削時(shí)刀具磨損不嚴(yán)重，使用硬質(zhì)合金和高速鋼鉸刀均可。使用硬質(zhì)合金鉸刀時(shí)，要采取類似鉆削的工藝系統(tǒng)剛度，防止鉸刀崩刃。鈦合金鉸孔時(shí)出現(xiàn)的主要問題是鉸孔光潔度不好，必須用油石修窄鉸刀刃帶寬度，以免刃帶與孔壁粘結(jié)，但要保證足夠的強(qiáng)度，一般刃寬在0.1～0.15mm為好。切削刃與校準(zhǔn)部分轉(zhuǎn)接處應(yīng)為光滑圓弧，磨損后要及時(shí)修磨，并要求各齒圓弧大小一致;必要時(shí)可加大校準(zhǔn)部分倒錐。鉆削鈦合金鉆削比較困難，常在加工過程中出現(xiàn)燒刀和斷鉆現(xiàn)象。這主要是由于鉆頭刃磨不良、排屑不及時(shí)、冷卻不佳以及工藝系統(tǒng)剛性差等幾方面原因造成的。因此，在鈦合金鉆削加工中須注意合理的鉆頭刃磨，大頂角、減少外緣前角、增大外緣后角，倒錐加至標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的2～3倍。勤退刀并及時(shí)清除切屑，注意切屑的形狀和顏色。如鉆削過程中切屑出現(xiàn)羽狀或顏色變化時(shí)，表明鉆頭已鈍，應(yīng)及時(shí)換刀刃磨。鉆模應(yīng)固定在工作臺(tái)上，鉆模引導(dǎo)刀面宜貼近加工表面，盡量使用短鉆頭。還有一個(gè)值得注意的問題是當(dāng)采取手動(dòng)進(jìn)給時(shí)，鉆頭應(yīng)在孔中不進(jìn)不退，否則鉆刃摩擦加工表面，造成加工硬化，使鉆頭變鈍。磨削磨削鈦合金零件常見的問題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷。其原因是鈦合金的導(dǎo)熱性差，使磨削區(qū)產(chǎn)生高溫，從而使鈦合金與磨料發(fā)生粘結(jié)、擴(kuò)散以及強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。粘屑和砂輪堵塞導(dǎo)致磨削比顯著下降，擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，使工件被磨表面燒傷，導(dǎo)致零件疲