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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(shí)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(shí)產(chǎn)生的熱量很難通過(guò)工件釋放；鈦合金的比熱小，加工時(shí)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(chǎn)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(chǎn)生強烈摩擦，從而磨損刀具和崩刃。

 

鈦合金化學(xué)活性很強，高溫下易與氧、氫、氮發(fā)生作用，使其強度增加，塑性下降，在加熱和鍛造過(guò)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(guò)程中，所選用的刀具材料、切削條件以及切削加工時(shí)間都會(huì )影響鈦合金切削加工的效率和經(jīng)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(shù)條件，合理地選用刀具材料。刀具材料應選擇較常用、價(jià)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(dòng)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(jìn)行適當的熱處理

 

通過(guò)熱處理來(lái)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(zhù)刀具的壽命，所以要選擇合適的切削速度。

 

機械加工技術(shù)

 

1.車(chē)削

 

鈦合金產(chǎn)品車(chē)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(diǎn)，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(chǎng)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(jìn)給量，較深的切削深度，充分冷卻，車(chē)外圓時(shí)刀尖不能高于工件中心，否則容易扎刀，精車(chē)及車(chē)削薄壁件時(shí)，刀具主偏角要大，一般為75-90度。

 

2.銑削

 

鈦合金產(chǎn)品銑削比車(chē)削困難，因為銑削是斷續切削，并且切屑易與刀刃發(fā)生粘結，當粘屑的刀齒再次切入工件時(shí)，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(shí)，銑刀作用在工件上，在進(jìn)給方向上的分力與進(jìn)給方向相同，易使工件臺產(chǎn)生間隙性竄動(dòng)，造成打刀。對順銑而言，刀齒開(kāi)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(shí)刀具易與工件發(fā)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(chǎn)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(shí)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(shí)有絲錐折斷現象。

 

須優(yōu)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(cháng)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(shí)刀具磨損不嚴重，使用硬質(zhì)合金和高速鋼鉸刀均可。使用硬質(zhì)合金鉸刀時(shí)，要采取類(lèi)似鉆削的工藝系統剛度，防止鉸刀崩刃。鈦合金鉸孔時(shí)出現的主要問(wèn)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(shí)修磨，并要求各齒圓弧大小一致;必要時(shí)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(guò)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(shí)、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(shí)清除切屑，注意切屑的形狀和顏色。如鉆削過(guò)程中切屑出現羽狀或顏色變化時(shí)，表明鉆頭已鈍，應及時(shí)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(gè)值得注意的問(wèn)題是當采取手動(dòng)進(jìn)給時(shí)，鉆頭應在孔中不進(jìn)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(jiàn)的問(wèn)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(chǎn)生高溫，從而使鈦合金與磨料發(fā)生粘結、擴散以及強烈的化學(xué)反應。粘屑和砂輪堵塞導致磨削比顯著(zhù)下降，擴散和化學(xué)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(shí)更為明顯。

 

為解決這一問(wèn)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(jìn)行控制，才能提高鈦合金材料加工的綜合效率。