鈦合金機(jī)械性能優(yōu)良，而工藝性能較差,，這就導(dǎo)致了其應(yīng)用前景看好但加工較為困難這一矛盾。本文通過(guò)分析鈦合金材料的金屬切削性能,，結(jié)合多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),，在加工鈦合金刀具的選用,、切削速度的確定、不同切削方法的特點(diǎn),、加工余量及加工注意事項(xiàng)等多方面進(jìn)行了探討,，闡明了本人對(duì)鈦合金機(jī)械加工方面的見解和建議。
關(guān)鍵詞：鈦合金,；機(jī)械性能,；工藝方法；材料
0 引言
鈦合金密度低,、比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）高,、抗腐蝕性能好、耐熱性高,、韌性,、塑性、可焊性均較好,，目前在航空航天,、汽車、醫(yī)學(xué),、體育用品及電解工業(yè)等許多領(lǐng)域均已大量使用鈦合金,。但導(dǎo)熱性能差、硬度高,、彈性模量低等特性也導(dǎo)致鈦合金成為較難加工的金屬材料,。本文是針對(duì)其工藝特性總結(jié)出的鈦合金切削加工中的一些工藝措施。
1 鈦合金材料的主要優(yōu)點(diǎn)
?。?）鈦合金強(qiáng)度高而密度?。?.4kg/dm3）、重量輕,，為一些大型結(jié)構(gòu)件減輕重量提供了解決方案,。
（2）熱強(qiáng)性高,。鈦合金在400～500℃條件下仍能維持較高的強(qiáng)度,，可以穩(wěn)定的工作，而鋁合金的工作溫度只能在200℃以下,。
?。?）與鋼材相比鈦合金固有的高耐蝕性可以節(jié)省飛機(jī)日常運(yùn)行和維護(hù)保養(yǎng)的成本。
2 鈦合金加工特性分析
?。?）導(dǎo)熱系數(shù)低,。TC4在200℃時(shí)熱導(dǎo)率l=16.8W/m?℃，導(dǎo)熱系數(shù)是0.036卡/厘米?秒?℃，僅是鋼的1/4,，鋁的1/13,，銅的1/25。在切削加工過(guò)程中散熱和冷卻效果差,，縮短了刀具壽命,。
（2）彈性模量低,，零件已加工表面回彈大,，導(dǎo)致已加工表面與刀具的后刀面接觸面積增大，既影響零件尺寸精度又降低了刀具耐用度,。
?。?）硬度因素。硬度值低的鈦合金加工時(shí)會(huì)發(fā)粘,，切屑沾在刀具前刀面的切削刃附近形成積屑瘤,，影響加工效果；硬度值高的鈦合金加工時(shí)容易使刀具產(chǎn)生崩刃和磨蝕,。這些特性導(dǎo)致鈦合金金屬去除率低,，僅為鋼件的1/4，加工時(shí)間較同尺寸鋼件要長(zhǎng)得多,。
?。?）化學(xué)親和性強(qiáng)。鈦不僅可以與空氣中的主要成分氮,、氧,、一氧化碳等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在合金表面形成TiC及TiN硬化層,，而且在切削加工產(chǎn)生的高溫條件下還能與刀具材料起反應(yīng),，降低了刀具的耐用度。
?。?）切削過(guò)程中的安全性能差,。鈦屬于易燃金屬，微量切削時(shí)加工中產(chǎn)生的高溫和火花可能引起鈦屑燃燒,。
3 鈦合金加工工藝方法
?。?）盡可能使用硬質(zhì)合金刀具，鎢鈷類硬質(zhì)合金具有強(qiáng)度高,、導(dǎo)熱性較好的特點(diǎn),，與鈦高溫下也不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，適合用來(lái)加工鈦合金,。
?。?）合理選擇刀具幾何參數(shù)。為降低切削溫度,，減少刀具粘結(jié)現(xiàn)象,，可適當(dāng)減小刀具前角，通過(guò)增加切屑與前刀面的接觸面積來(lái)散熱,；同時(shí)增大刀具后角,，減少因已加工表面回彈與刀具后刀面摩擦接觸而產(chǎn)生刀具粘結(jié)、已加工表面精度降低的現(xiàn)象,；刀尖宜采用圓弧過(guò)渡以增強(qiáng)刀具強(qiáng)度,。加工鈦合金要經(jīng)常修磨刀具以保證其刃形鋒利、排屑順暢,。
?。?）適宜的切削參數(shù)。確定切削參數(shù)可參考一下方案：較低的切削速度――切削速度高會(huì)導(dǎo)致切削溫度急劇升高,；適中的進(jìn)給量――進(jìn)給量大則切削溫度高,，進(jìn)給量小則刀刃因在硬化層中切削時(shí)間長(zhǎng)而磨損加快；較大的切削深度――刀尖越過(guò)鈦合金表面的硬化層切削能提高刀具壽命,。
?。?）加工中切削液流量和壓力要大，對(duì)加工區(qū)域要充分連續(xù)的冷卻以降低切削溫度,。
?。?）選用機(jī)床必須始終注意提高穩(wěn)定性以避免振動(dòng)趨勢(shì)。振動(dòng)會(huì)造成刀刃崩碎,、刀片損壞的結(jié)果,。同時(shí)，加工鈦合金工藝系統(tǒng)剛性要好以保證切削時(shí)采用較大的切削深度,，但鈦合金加工回彈大,，夾緊力較大會(huì)加劇工件變形，故精加工時(shí)可以考慮使用拼裝夾具等輔助支撐以滿足工藝系統(tǒng)剛度要求,。
?。?）銑削方式一般采用順銑。鈦合金加工中逆銑造成的銑刀粘屑和崩刃要比順銑產(chǎn)生的銑刀破損嚴(yán)重得多,。
?。?）磨削常見的問(wèn)題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷。故磨削時(shí)宜采用磨粒鋒利,、硬度高,、導(dǎo)熱性好的綠碳化硅砂輪；根據(jù)被加工表面光潔度的不同砂輪粒度可采用 F36～F80,；砂輪硬度應(yīng)較軟,，用以減少磨粒與磨屑的粘附，降低磨削熱；磨削進(jìn)給量要小,、速度偏低,，乳化液充足。
?。?）鈦合金鉆孔時(shí)需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鉆頭進(jìn)行修磨以減少燒刀和鉆頭折斷現(xiàn)象,。修磨方法：適當(dāng)增大頂角、減小切削部位前角,、增大切削部位后角,，圓柱刃倒錐度數(shù)翻倍。加工中應(yīng)增加退刀次數(shù),，鉆頭不得在孔內(nèi)停留,，及時(shí)清除切屑，足量的乳化液冷卻,，注意觀察鉆頭變鈍應(yīng)及時(shí)清除切屑,，足量的乳化液冷卻，注意觀察鉆頭變鈍應(yīng)及時(shí)更換修磨,。
?。?）鈦合金鉸孔也需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鉸刀進(jìn)行改制：鉸刀刃帶寬度應(yīng)小于0.15mm，切削部位與校準(zhǔn)部位宜圓弧過(guò)渡,，避免出現(xiàn)尖點(diǎn),。鉸孔時(shí)可采用組鉸刀多次鉸削，每次增加鉸刀直徑0.1mm以下,，主軸轉(zhuǎn)速宜稍慢,，退刀時(shí)不停車。用這種方法鉸孔能達(dá)到較高的光潔度要求,。
?。?0）攻螺紋是鈦合金加工中最為困難的一環(huán)，因扭矩過(guò)大,，絲錐刀齒很快就會(huì)磨損,，已加工部位的回彈甚至能使絲錐折斷在孔內(nèi)。選用普通絲錐加工時(shí)應(yīng)根據(jù)直徑大小適當(dāng)減少其齒數(shù)以增大容屑空間,，在校準(zhǔn)齒上留出0.15mm寬度的刃帶后需將后角增大至30°左右,，去除1/2～1/3齒背，校準(zhǔn)齒保留3扣后增大倒錐度數(shù),。建議選用跳牙絲錐能有效的減少刀具和工件接觸面積,，加工效果亦較好。
4 加工注意事項(xiàng)
?。?）刀具勤修磨,、保持鋒利,，以確保其加工過(guò)程中產(chǎn)生盡可能少的切削熱。
?。?）設(shè)備,、刀、工,、夾具應(yīng)保持整潔，切屑及時(shí)清除,。
?。?）使用不燃或難燃的工具轉(zhuǎn)移鈦屑。將處理掉的碎屑存放在不可燃容器中覆蓋好,。
?。?）操作清洗過(guò)的鈦合金零件應(yīng)戴干凈的手套，避免以后造成氯化鈉應(yīng)力腐蝕,。
?。?）切削區(qū)域有防火設(shè)施。
?。?）微量切削時(shí),，切下的鈦屑一旦起火，可用干粉滅火劑或干土,、干砂撲滅,。
5 結(jié)束語(yǔ)
與其他大多數(shù)金屬材料相比，鈦合金加工不僅要求更高,，而且限制更多,。但是，如果正確使用適當(dāng)?shù)牡毒?，并按照其加工要求將機(jī)床和配置優(yōu)化到最佳狀態(tài),，同樣可以獲得令人滿意的鈦合金加工效果。