要想加工好鈦合金 必須對其加工機理和現(xiàn)象理解透徹

鈦合金，主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，僅為鋼的60%，純鈦的密度才接近普通鋼的密度，一些高強度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零部件。飛機的發(fā)動機構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

要想加工好鈦合金，必須對其加工機理和現(xiàn)象理解透徹。很多加工方認為鈦合金是一種極難加工的材料，就是因為對其了解不夠。今天就當小編為大家來分析分析鈦合金的加工機理及現(xiàn)象。

首先要講的是鈦合金加工的物理現(xiàn)象。鈦合金雖然加工時的切削力只是略高于同等硬度的鋼，但是加工鈦合金的物理現(xiàn)象卻比加工鋼要復雜得多，這就使鈦合金加工的困難程度直線上升。

大多數(shù)的鈦合金的熱導率很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16。因此，在切削鈦合金過程中產(chǎn)生的熱量不會迅速傳遞給工件或被切屑帶走，而集聚在切削區(qū)域，所產(chǎn)生的溫度可高達1 000℃以上，使刀具的刃口迅速磨損、崩裂和生成積屑瘤，快速出現(xiàn)磨損的刀刃，又使切削區(qū)域產(chǎn)生更多的熱量，進一步縮短刀具的壽命。

切削過程中產(chǎn)生的高溫同時破壞了鈦合金零件的表面完整性，導致零件幾何精度下降和出現(xiàn)嚴重減少其疲勞強度的加工硬化現(xiàn)象。

鈦合金的彈性對零件性能來說可能是有益的，但是在切削過程中，工件的彈性變形是產(chǎn)生振動的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現(xiàn)象大于切削作用。摩擦過程也會產(chǎn)生熱，加重了鈦合金導熱性不良問題。

在加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時，這個問題就顯得更加嚴重了，要將鈦合金薄壁零件加工到預期的尺寸精度，并不是一件容易的事。因為隨著工件材料被刀具推開時，薄壁的局部變形已經(jīng)超出彈性范圍而產(chǎn)生塑性變形，切削點的材料強度和硬度明顯增加。此時，按照原先確定的切削速度加工就變得過高，進一步導致刀具急劇磨損。可以說，“熱”是導致鈦合金加工難度大的“病根”。

作為刀具行業(yè)的領頭羊，山特維克可樂滿精心整理出了一份加工鈦合金的工藝訣竅，與整個行業(yè)共勉。山特維克可樂滿表示，在理解鈦合金加工機理的基礎上，加上以往的經(jīng)驗，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) 保持恒定的進給以避免工件的硬化，在切削過程中刀具要始終處于進給狀態(tài)，銑削時徑向吃刀量ae應為半徑的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，容易導致刀具失效。

(5) 盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工，因為淬硬后材料變得更難加工，熱處理提高了材料的強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入切削。這可以減少每一點的切削力和熱量，防止局部破損。在銑削鈦合金時，各切削參數(shù)中切削速度對刀具壽命vc的影響最大，徑向吃刀量(銑削深度)ae次之。

鈦合金的硬度大于HB350時切削加工特別困難，小于HB300時則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。因此可以從刀片入手解決鈦加工難題。鈦合金加工時出現(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℃的化學反應和擴散，也是形成溝槽磨損的原因之一。因為在加工過程中，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。當積屑瘤從刀刃上剝離時，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。

值得一提的是，由于鈦合金在加工會產(chǎn)生很高的熱量，因此大量高壓切削液要及時準確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。如今市場上也有專門用于鈦合金加工的銑刀獨特結(jié)構(gòu)，能夠更好地適用于鈦合金加工。

當下，各國都在開發(fā)低成本和高性能的新型鈦合金，努力使鈦合金進入具有巨大市場潛力的民用工業(yè)領域，我國也不遺余力在此領域奮勇前行。相信通過全體行業(yè)人士的共同努力，在未來鈦合金的加工將不再是難題，反而成為我國制造業(yè)發(fā)展的一把利刃，為整個行業(yè)的發(fā)展披荊斬棘。