鈦合金加工困難的原因

 

鈦合金的導熱系數小，因此在加工鈦合金時切削溫度很高，在相同條件下，加工TC4[i]的切削溫度比45號鋼高出一倍以上，加工時產生的熱量很難通過工件釋放；鈦合金的比熱小，加工時局部溫度上升快。因此，造成刀具的溫度很高，刀尖急劇磨損，使用壽命降低。

 

鈦合金彈性模量低[ii]，使已加工表面容易產生回彈，特別是薄壁零件的加工回彈更為嚴重，易引起后刀面與已加工表面產生強烈摩擦，從而磨損刀具和崩刃。

 

鈦合金化學活性很強，高溫下易與氧、氫、氮發生作用，使其強度增加，塑性下降，在加熱和鍛造過程中形成的富氧層使機械加工困難。

 

鈦合金材料的切削加工原則[1-3]

 

在加工過程中，所選用的刀具材料、切削條件以及切削加工時間都會影響鈦合金切削加工的效率和經濟性。

 

1.選用合理的刀具材料

 

針對鈦合金材料的性能、加工方法、加工技術條件，合理地選用刀具材料。刀具材料應選擇較常用、價格較低、耐磨性好、熱硬性高，并具有足夠韌性的材料。

 

2.改善切削條件

 

機床-夾具-刀具的系統剛性要好。機床各部分間隙要調整好，主軸的徑向跳動要小。夾具裝夾工作要牢固，要有足夠剛性。刀具切削部分盡量要短，在容屑足夠的情況下盡量加大切削刃厚度，提高刀具的強度和剛性。

 

3.對被加工材料進行適當的熱處理

 

通過熱處理來改變鈦合金材料的性能和金相組織[iii]，達到改善材料切削加工性的目的。

 

4.選擇合理的切削用量

 

切削速度要低。因為切削速度對切削刃的溫度影響很大，切削速度越高，則切削刃溫度劇增，切削刃溫度的高低直接影響著刀具的壽命，所以要選擇合適的切削速度。

 

機械加工技術

 

1.車削

 

鈦合金產品車削，易獲得較好的表面粗糙度，加工硬化不嚴重，但切削溫度高，刀具磨損快。針對這些特點，主要在刀具、切削參數方面采取以下措施：

 

刀具材料：根據工廠現有條件選用YG6，YG8，YG10HT。

 

刀具幾何參數：合適的刀具前后角、刀尖磨圓。

 

較低的切削速度，適中的進給量，較深的切削深度，充分冷卻，車外圓時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，刀具主偏角要大，一般為75-90度。

 

2.銑削

 

鈦合金產品銑削比車削困難，因為銑削是斷續切削，并且切屑易與刀刃發生粘結，當粘屑的刀齒再次切入工件時，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[iv]的加工均不采用順銑，因機床絲杠、螺母間隙的影響，順銑時，銑刀作用在工件上，在進給方向上的分力與進給方向相同，易使工件臺產生間隙性竄動，造成打刀。對順銑而言，刀齒開始切入就碰到硬皮而導致刀具破損。但由于逆銑切屑是由薄到厚，在最初切入時刀具易與工件發生干摩擦，加重刀具的粘屑和崩刃。為使鈦合金順利銑削，還應注意相對于通用標準銑刀，前角應減小，后角應加大。銑削速度宜低，盡量采用尖齒銑刀，避免使用鏟齒銑刀。

 

3.攻絲

 

鈦合金產品攻絲，因為切屑細小，易與刀刃及工件粘結，造成加工表面粗糙度值大，扭矩大。攻絲時絲錐[v]選用不當及操作不當極易造成加工硬化，加工效率極低并時有絲錐折斷現象。

 

須優先選用一絲到位的跳牙絲錐，齒數應較標準絲錐少，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傾角。盡量選用短絲錐以增加絲錐剛性。絲錐的倒錐部分應較標準的適當加大，以減少絲錐與工件的摩擦。

 

4.鉸削

 

鈦合金鉸削時刀具磨損不嚴重，使用硬質合金和高速鋼鉸刀均可。使用硬質合金鉸刀時，要采取類似鉆削的工藝系統剛度，防止鉸刀崩刃。鈦合金鉸孔時出現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，但要保證足夠的強度，一般刃寬在0.1～0.15mm為好。

 

切削刃與校準部分轉接處應為光滑圓弧，磨損后要及時修磨，并要求各齒圓弧大小一致;必要時可加大校準部分倒錐。

 

5.鉆削

 

鈦合金鉆削比較困難，常在加工過程中出現燒刀和斷鉆現象。這主要是由于鉆頭刃磨不良、排屑不及時、冷卻不佳以及工藝系統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，倒錐加至標準鉆頭的2～3倍。勤退刀并及時清除切屑，注意切屑的形狀和顏色。如鉆削過程中切屑出現羽狀或顏色變化時，表明鉆頭已鈍，應及時換刀刃磨。

 

鉆模應固定在工作臺上，鉆模引導刀面宜貼近加工表面，盡量使用短鉆頭。還有一個值得注意的問題是當采取手動進給時，鉆頭應在孔中不進不退，否則鉆刃摩擦加工表面，造成加工硬化，使鉆頭變鈍。

 

6.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熱性差，使磨削區產生高溫，從而使鈦合金與磨料發生粘結、擴散以及強烈的化學反應。粘屑和砂輪堵塞導致磨削比顯著下降，擴散和化學反應的結果，使工件被磨表面燒傷，導致零件疲勞強度降低，這在磨削鈦合金鑄件時更為明顯。

 

為解決這一問題，采取的措施是：

 

選用合適的砂輪材料：綠碳化硅TL。稍低的砂輪硬度：ZR1。

 

鈦合金材料的切削加），必須從刀具材料、切削液、加工工藝參數方面進行控制，才能提高鈦合金材料加工的綜合效率。