為什么鈦合金很難加工？

鈦合金制品在金屬結構材料中具有很高的比強度。它的強度相當于鋼，但重量只有鋼的57%。此外，鈦合金具有比重小、熱強度高、熱穩定性和耐腐蝕性好等特點，但鈦合金材料切割困難，數控機床加工效率低。因此，如何克服鈦合金加工難度大、效率低的問題一直是亟待解決的問題。

鈦合金加工困難的原因

鈦合金導熱系數小，加工時切削溫度很高。在同等條件下，加工TC4的切削溫度是45鋼的兩倍以上，加工過程中產生的熱量難以通過工件釋放；合金比熱小，加工過程中局部溫度上升快。因此，刀具溫度很高，刀尖磨損劇烈，使用壽命降低。

鈦合金的低彈性模量使加工表面容易回彈，薄壁零件的加工回彈更為嚴重。后刀面與加工表面之間容易產生強烈的摩擦，磨損刀具和切屑。

鈦合金具有很強的化學活性，在高溫下容易與氧、氫、氮發生相互作用，從而提高強度，降低塑性。在加熱和鍛造過程中形成的富氧層使加工變得困難。

鈦合金材料的切削原理

在鈦合金的加工過程中，刀具材料的選擇、切削條件和切削時間都會影響鈦合金的切削效率和經濟性。

1.選擇合理的工具材料

針對鈦合金材料的性能、加工方法、加工工藝條件，合理選擇刀具材料。刀具材料應更常用、價格更低、耐磨性好、熱硬度高、韌性足夠。

2.改善切割條件

數控機床夾緊系統的剛度較好。機床各部分間隙調整好，主軸徑向跳動小。夾具應足夠堅固。刀具的切削部分應盡可能短，當切屑量足以提高刀具的強度和剛度時，應盡可能增加切削刃的厚度。

3.對加工材料進行適當的熱處理

通過熱處理改變鈦合金材料的性能和金相組織，達到提高材料可加工性的目的。

4.選擇合理的切削用量

切割速度應較低。由于切削速度對切削刃溫度影響很大，切削速度越高，切削刃溫度急劇升高。切削刃的溫度直接影響刀具的使用壽命，因此選擇合適的切削速度。

機械加工技術

1.車削

車削鈦合金制品容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，主要在刀具和切削參數方面采取以下措施：

工具材料：根據情況選用YG6、YG8、YG10HT。

刀具幾何參數：合適的刀具前后角度、刀尖圓角。

切削速度低，進給量適中，切削深度深，冷卻充分，車削外圈時刀尖不能高于工件中心，否則容易粘刀。精車和車削薄壁零件時，刀具的引導角應較大，一般為75-90度。

2.銑削

鈦合金制品的銑削加工比車削加工困難，因為銑削加工是間歇切削，切屑容易與刃口粘結。當粘性齒再次切入工件時，粘性切屑被敲掉，一小塊工具材料被帶走。碎屑大大降低了工具的耐久性。

銑削方法：一般采用下銑。

工具材料：高速鋼M42。

下銑一般不用于加工合金鋼。由于機床螺桿與螺母間隙的影響，下銑時，銑刀作用在工件上，進給方向的分力與進給方向相同，容易使工件工作臺產生間歇運動，造成刀具碰撞。對于下銑，刀具齒在切削開始時撞擊外殼，導致刀具斷裂。然而，由于上銑切屑由薄到厚不等，刀具在初始切削過程中容易與工件發生干摩擦，增加了刀具的粘著和切屑。為了使鈦合金銑削加工順利進行，需要注意的是，與普通標準銑刀相比，前角應減小，后角應增大。銑削速度要低，盡量使用尖齒銑刀，避免使用鏟齒銑刀。

3.攻絲

鈦合金產品攻絲時，由于切屑較小，容易與刀片和工件粘結，產生較大的表面粗糙度值和較大的扭矩。攻絲時，絲錐選擇不當，操作不當，容易造成加工硬化，加工效率極低，有時絲錐斷裂。

必須優先選用跳齒絲錐，齒數應少于標準絲錐，一般為2～3齒。切削錐角應較大，錐度部分一般為3～4個螺紋長度。為了便于排屑，還可以在切割錐上磨出負傾角。盡量選擇短絲錐，以增加絲錐的剛性。絲錐倒錐部分應比標準適當加大，以減少絲錐與工件之間的摩擦。

4.鉸孔

鈦合金鉸孔時刀具磨損不嚴重，可采用硬質合金和高速鋼鉸刀。在使用硬質合金鉸刀時，應采用類似于鉆削的剛性工藝系統，以防止鉸刀產生切屑。鈦合金鉸孔的主要問題是鉸孔的光潔度差。必須使用較窄寬度的油石鉸刀刀片，以防止刀片粘在孔壁上，但必須確保足夠的強度。葉片寬度一般為0.1～0.15mm。

切削刃與校準件之間的過渡應為平滑的圓弧，磨損后應及時磨尖，各齒的圓弧尺寸必須相同；如有必要，可放大校準件的倒錐。

5.鉆孔

鈦合金加工難度大，數控機床加工過程中經常出現燒刀、斷鉆現象。這主要是由于鉆頭刃磨不良、排屑延遲、冷卻不良、工藝系統剛性差等原因造成的。因此，在鈦合金鉆孔時要注意合理的鉆頭刃磨，增加頂角，減小外緣前角，增加外緣后角，將倒錐增加到標準鉆頭的2～3倍。經常取出刀具，及時取出切屑，注意切屑的形狀和顏色。鉆削過程中，如果出現切屑呈羽毛狀或顏色變化，說明鉆頭鈍，應及時更換和銳化刀具。

鉆模應固定在工作臺上，鉆模的導向面應靠近加工面。盡量使用短鉆頭。另一個值得注意的問題是，當采用手動進給時，鉆頭不應在孔內進退，否則鉆頭刀片會與加工表面摩擦，造成加工硬化，使鉆頭變鈍。

6.研磨

磨削鈦合金零件時的常見問題是粘性碎屑導致砂輪堵塞和零件表面燒傷。原因是鈦合金導熱性差，造成磨削區溫度高，使鈦合金與磨料粘結、擴散并發生強烈的化學反應。粘屑和砂輪堵塞導致磨削比顯著降低，燒傷工件表面，降低零件的疲勞強度。這在磨削鈦合金鑄件時更為明顯。

為解決這一問題，采取的措施有：

選擇合適的砂輪材料：綠色碳化硅TL。砂輪硬度略低：ZR1。

鈦合金材料的數控機床切削加工必須從刀具材料、切削液、工藝參數等方面進行控制，以提高鈦合金材料加工的整體效率。