钛合金的材料特性

　　钛合金的比强度(强度与重量比)在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为刚材的57% 。另外，钛及其合金的耐热性强，在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，短时间工作温度甚至还可以高些。钛合金具有比重小、热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等特性，但该材料切削加工困难、加工效率低。所以怎么样攻克钛合金加工难，效率低得困难一直是我们的难题。

　　钛合金切屑加工的几种可能因素

　　(1)材料中很有很高的质点，硬度或高温硬度高，加工硬化大。

　　(2)导热性差，切屑温度高。

　　(3)化学活性大，特别是高温强度大，易与刀具粘结，造成其切屑加工性差。

　　(4)钛合金在300以上高温下极易与刀具材料产生亲和，切屑时刀具材料中的一些元素不是溶于钛中，便与钛发生化学作用，造成导热性差，热扩散率很小，切屑温度很高，钛合金的切屑温度很高，钛合金的切屑温度比45#钢高一倍以上。

　　(5)钛合金的切屑力虽然不大，约为碳钢的75% 。但是切屑钛合金时刀尖所受的应力却是切屑碳钢的15倍，造成钛合金加工硬化现象很严重，因而对切屑加工性的影响也更大。

　　用于切削钛合金的刀具材料

　　按照钛合金材料自身加工的特性，要求刀具应具有抗变强度高，硬度高韧性好，热硬性好，耐磨性好及散热性好等特性。目前，国内外用于钛合金切削的刀具材料主要有：

　　(1)TiC(N)基硬质合金 有很高的硬度和耐磨性。

　　(2)涂层硬质合金 涂层刀具是在韧性较好的刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，使刀具既有高的韧性，又有很高的硬度和耐磨性，涂层刀具的寿命比未涂层刀具要高2~5倍。

　　(3)陶瓷刀具 经高温高压烧结而成，具有较好的导热性和耐磨性及高的硬度，但是性质较脆，容易沿晶体的理体而破裂导致大块崩刃。

　　(4)聚晶金刚石PCD和立方氮化硼等 这是在高温高压下将微细的立方氮化硼CBN材料通过结合烧结在一起的多晶材料，具有很高的热稳定性(可承受1200℃以上的切削温度)，硬度和耐磨性。

　　根据我们日常经常加工的钛合金零件实际结果来看，可以证实并分析出一下的特性

　　(1)涂层硬质合金刀具能基本满足钛合金加工

　　(2)采用低转速，降低刀具磨损，延长刀具的使用寿命。

　　(3)快的进给速度，每转的切削在0.01mm左右，不易产生加工硬化现象

　　(4)加工的转速不能太高也不能太低，太高或太低都会加速刀具的磨损。

　　(5)采用进口的硬质合金刀具要比国产和配头的刀具韧性要好，断刀率要低。

　 　总之，钛合金加工不仅需要较好的刀具还需要其他的条件比如油压，刀具长度的合理选着，尾架的压力，机床的的直线度等等由于我们的轴类机床大部分都是锥夹 式自动定位，所以夹具本身的精度也影响加工出质量的好坏，还有工件本身的问题，排除其他的因素要合理的加工钛合金就必须要选者合理的加工参数，根据实际加 工的情况适当的调整。

　　钛合金的切削加工技术：车削、铣削、磨削、钻削、铰削和攻丝

　　车削

　　钛合金车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施： 刀具材料：根据工厂现有条件选用YG6,YG8,YG10HT. 刀具几何参数：合适的刀具前后角、刀尖磨圆。 较低的切削速度， 适中的进给量，较深的切削深度，充分冷却，车外圆时刀尖不能高于工件中心，否则容易扎刀，精车及车削薄壁件时，刀具主偏角要大，一般为75~90°。

　　铣削

　　钛合金铣削比车削困难，因为铣削是断续切削，并且切屑易与刀刃发生粘结，当粘屑的刀齿再次切入工件时，粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料，形成崩刃，极大地降低了刀具的耐用度。因此对钛合金铣削采取了3点措施：

　　铣削方式：一般采用顺铣。

　　刀具材料：高速钢M42.

　 　从工件装夹及设备方面提高工艺系统刚性。 这里需要特别指出的是：一般合金钢的加工均不采用顺铣，因机床丝杠、螺母间隙的影响，顺铣时，铣刀作用在工件上，在进给方向上的分力与进给方向相同，易使 工件台产生间隙性窜动，造成打刀。对顺铣而言，刀齿一开始切入就碰到硬皮而导致刀具破损。但由于逆铣切屑是由薄到厚，在最初切入时刀具易与工件发生干摩 擦，加重刀具的粘屑和崩刃，就钛合金而言，后一矛盾显得更为突出。 此外，为使钛合金顺利铣削，还应注意以下几点： 相对于通用标准铣刀，前角应减小，后角应加大。;铣削速度宜低。;尽量采用尖齿铣刀，避免使用铲齿铣刀;刀尖应圆滑转接;大量使用切削液。;为提高生产效 率，可适当增加铣削深度与宽度，铣削深度一般粗加工为1.5~3.0mm,精加工为0.2~0.5mm.?

　　磨削

　 　磨削钛合金零件常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。其原因是钛合金的导热性差，使磨削区产生高温，从而使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强 烈的化学反应。粘屑和砂轮堵塞导致磨削比显着下降，扩散和化学反应的结果，使工件被磨表面烧伤，导致零件疲劳强度降低，这在磨削钛合金铸件时更为明显。为 解决这一问题，采取的措施是：

　　选用合适的砂轮材料：绿碳化硅TL.

　　稍低的砂轮硬度：ZR1. 较粗的砂轮粒度：60.

　　稍低的砂轮速度：10~20m/s.

　　稍小的进给量，用乳化液充分冷却。

　　钻削 钛合金钻削比较困难，常在加工过程中出现烧刀和断钻现象。这主要是由于钻头刃磨不良、排屑不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等几方面原因造成的。因此，在钛合金钻削加工中须注意以下几点： 刀具材料：高速钢M42,B201或硬质合金。 合理的钻头刃磨：加大顶角、减少外缘前角、增大外缘后角，倒锥加至标准钻头的2~3倍。 勤退刀并及时清除切屑，注意切屑的形状和颜色。如钻削过程中切屑出现羽状或颜色变化时，表明钻头已钝，应及时换刀刃磨。 加足切削液：一般用豆油，必要时可加法国OLTIP钻孔攻丝专用油。 提高工艺系统刚性：钻模应固定在工作台上，钻模引导宜贴近加工表面，尽量使用短钻头。 还有一个值得注意的问题是：当采取手动进给时，钻头不得在孔中不进不退，否则钻刃摩擦加工表面，造成加工硬化，使钻头变钝。

　　铰削 钛合金铰削时刀具磨损不严重，使用硬质合金和高速钢铰刀均可。工厂常用的有W18Cr4V,M42,YW1,YG8,YG10HT等。使用硬质合金铰刀时，要采取类似钻削的工艺系统刚度，防止铰刀崩刃。钛合金铰孔时出现的主要问题是铰孔不光，可采取以下解决措施： 用油石修窄铰刀刃带宽度，以免刃带与孔壁粘结，但要保证足够的强度，一般刃宽在0.1~0.15mm为好。 切削刃与校准部分转接处应为光滑圆弧，磨损后要及时修磨，并要求各齿圆弧大小一致;必要时可加大校准部分倒锥;两次铰削。粗铰余量0.1mm,精铰余量一般小于0.05mm;主轴转速60r/min;铰完退刀时，手铰不能反转退出，机铰应不停车退出铰刀。

　　攻丝 钛合金攻丝，特别是M6mm以下的小孔攻丝相当困难。主要因为切屑细小，易与刀刃及工件粘结，造成加工表面粗糙度值大，扭矩大。攻丝时丝锥选用不当及操作不当极易造成加工硬化，加工效率极低并时有丝锥折断现象。其解决办法如下： 优先选用一丝到位的跳牙丝锥，齿数应较标准丝锥少，一般为2~3齿。切削锥角宜大，锥度部分一般为3~4扣螺纹长度。为便于排屑，还可在切削锥部分磨出负倾角。尽量选用短丝锥以增加丝锥刚性。丝锥的倒锥部分应较标准的适当加大，以减少丝锥与工件的摩擦。 加工螺纹底孔时，先粗钻再用扩孔钻扩孔，以减小底孔的加工硬化。对于螺距为0.7~1.5mm的螺纹，底孔尺寸可加工到国标规定的标准螺纹底孔的上差并允许再加大0.1mm. 如果不受螺孔位置及工件形状限制，尽量采用机攻，避免手工攻丝进给不匀、中途停顿而造成的加工硬化。