為什么我們會(huì)認(rèn)為鈦合金是一種難加工材料？因?yàn)閷?duì)其加工機(jī)理和現(xiàn)象缺乏深入了解。

01

“熱”是鈦合金難加工的“罪魁禍?zhǔn)住薄?/p>

加工鈦合金時(shí)的切削力只比同硬度的鋼略高，但加工鈦合金的物理現(xiàn)象比加工鋼復(fù)雜得多，這就使鈦合金的加工面臨很大的困難。

大多數(shù)鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低，只有鋼的1/7，鋁的1/16。因此，切削鈦合金過程中產(chǎn)生的熱量不會(huì)很快傳遞到工件上或被切屑帶走，而是聚集在切削區(qū)，產(chǎn)生1 000℃以上的溫度，使刀具的切削刃磨損、開裂并產(chǎn)生碎屑，磨損的切削刃會(huì)很快出現(xiàn)，使切削區(qū)產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)一步縮短刀具的壽命。

同時(shí)，切削過程中產(chǎn)生的高溫破壞了鈦合金零件的表面完整性，導(dǎo)致零件的幾何精度下降和加工硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了其疲勞強(qiáng)度。

鈦合金的彈性可能有利于零件的性能，但工件的彈性變形是切削過程中產(chǎn)生振動(dòng)的重要原因。切削壓力使“彈性”工件離開刀具并反彈，使刀具與工件之間的摩擦力大于切削效果。摩擦過程還會(huì)產(chǎn)生熱量，加劇了鈦合金導(dǎo)熱性差的問題。

當(dāng)加工薄壁或環(huán)形可變形零件時(shí)，這個(gè)問題更為嚴(yán)重。將鈦合金薄壁零件加工到預(yù)期的尺寸精度并不容易。由于工件材料被刀具推開，薄壁的局部變形已超過彈性范圍，產(chǎn)生塑性變形，切削點(diǎn)的材料強(qiáng)度和硬度明顯增加。此時(shí)按照原來的切削速度，加工變得過高，進(jìn)一步導(dǎo)致刀具的急劇磨損。

02

加工鈦合金的技術(shù)訣竅

在了解鈦合金加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下:

(1)采用正角度幾何形狀的刀片，減少切削力、切削熱及工件變形。

(2)保持恒定的進(jìn)給量，以免工件硬化。在切割過程中，刀具應(yīng)始終處于進(jìn)給狀態(tài)。在銑削過程中，徑向進(jìn)給a e應(yīng)為半徑的30%。

(3)采用高壓大流量切削液，保證加工過程的熱穩(wěn)定性，防止高溫引起的工件表面變質(zhì)和刀具損壞。

(4)保持刀片刃口鋒利，鈍器是積熱磨損的原因，容易導(dǎo)致刀具失效。

(5)盡量在鈦合金最軟的狀態(tài)下加工，因?yàn)椴牧嫌不笞兊酶y加工，熱處理提高了材料的強(qiáng)度，增加了刀片的磨損。

(6)使用較大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，以切盡可能多的刀片。這樣可以減少各點(diǎn)的切削力和熱量，防止局部損壞。銑削鈦合金時(shí)，在所有切削參數(shù)中，切削速度對(duì)刀具壽命vc的影響最大，其次是徑向刀具進(jìn)給量(銑削深度)ae。

03

從葉片上解決鈦加工難題

鈦合金加工中的刀片槽磨損是前后切削深度方向的局部磨損，往往是由于前一次加工留下的硬化層造成的。加工溫度超過800℃時(shí)刀具與工件材料之間的化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散也是造成溝槽磨損的原因之一。

因?yàn)樵诩庸み^程中，工件的鈦分子堆積在刀片前方，在高壓高溫下“焊接”到刀片上，形成切屑團(tuán)塊。當(dāng)碎片團(tuán)從刀刃上剝落時(shí)，它帶走了刀片的硬質(zhì)合金涂層。因此，鈦合金加工需要特殊的葉片材料和幾何形狀。

04

適用于鈦加工的工具結(jié)構(gòu)

鈦合金加工的重點(diǎn)是熱量，必須及時(shí)準(zhǔn)確地在切削刃上噴灑大量的高壓切削液，才能快速排除熱量。市場上有專門用于鈦合金加工的獨(dú)特結(jié)構(gòu)的銑刀。