鈦合金的材料特性

　　鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與重量比)在金屬結(jié)構(gòu)材料中是很高的，它的強(qiáng)度與鋼材相當(dāng)，但其重量?jī)H為剛材的57% 。另外，鈦及其合金的耐熱性強(qiáng)，在500℃的大氣中仍能保持良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，短時(shí)間工作溫度甚至還可以高些。鈦合金具有比重小、熱強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性好等特性，但該材料切削加工困難、加工效率低。所以怎么樣攻克鈦合金加工難，效率低得困難一直是我們的難題。

　　鈦合金切屑加工的幾種可能因素

　　(1)材料中很有很高的質(zhì)點(diǎn)，硬度或高溫硬度高，加工硬化大。

　　(2)導(dǎo)熱性差，切屑溫度高。

　　(3)化學(xué)活性大，特別是高溫強(qiáng)度大，易與刀具粘結(jié)，造成其切屑加工性差。

　　(4)鈦合金在300以上高溫下極易與刀具材料產(chǎn)生親和，切屑時(shí)刀具材料中的一些元素不是溶于鈦中，便與鈦發(fā)生化學(xué)作用，造成導(dǎo)熱性差，熱擴(kuò)散率很小，切屑溫度很高，鈦合金的切屑溫度很高，鈦合金的切屑溫度比45#鋼高一倍以上。

　　(5)鈦合金的切屑力雖然不大，約為碳鋼的75% 。但是切屑鈦合金時(shí)刀尖所受的應(yīng)力卻是切屑碳鋼的15倍，造成鈦合金加工硬化現(xiàn)象很嚴(yán)重，因而對(duì)切屑加工性的影響也更大。

　　用于切削鈦合金的刀具材料

　　按照鈦合金材料自身加工的特性，要求刀具應(yīng)具有抗變強(qiáng)度高，硬度高韌性好，熱硬性好，耐磨性好及散熱性好等特性。目前，國(guó)內(nèi)外用于鈦合金切削的刀具材料主要有：

　　(1)TiC(N)基硬質(zhì)合金 有很高的硬度和耐磨性。

　　(2)涂層硬質(zhì)合金 涂層刀具是在韌性較好的刀體上，涂覆一層或多層耐磨性好的難熔化合物，使刀具既有高的韌性，又有很高的硬度和耐磨性，涂層刀具的壽命比未涂層刀具要高2~5倍。

　　(3)陶瓷刀具 經(jīng)高溫高壓燒結(jié)而成，具有較好的導(dǎo)熱性和耐磨性及高的硬度，但是性質(zhì)較脆，容易沿晶體的理體而破裂導(dǎo)致大塊崩刃。

　　(4)聚晶金剛石PCD和立方氮化硼等 這是在高溫高壓下將微細(xì)的立方氮化硼CBN材料通過(guò)結(jié)合燒結(jié)在一起的多晶材料，具有很高的熱穩(wěn)定性(可承受1200℃以上的切削溫度)，硬度和耐磨性。

　　根據(jù)我們?nèi)粘＝?jīng)常加工的鈦合金零件實(shí)際結(jié)果來(lái)看，可以證實(shí)并分析出一下的特性

　　(1)涂層硬質(zhì)合金刀具能基本滿足鈦合金加工

　　(2)采用低轉(zhuǎn)速，降低刀具磨損，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

　　(3)快的進(jìn)給速度，每轉(zhuǎn)的切削在0.01mm左右，不易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象

　　(4)加工的轉(zhuǎn)速不能太高也不能太低，太高或太低都會(huì)加速刀具的磨損。

　　(5)采用進(jìn)口的硬質(zhì)合金刀具要比國(guó)產(chǎn)和配頭的刀具韌性要好，斷刀率要低。

　 　總之，鈦合金加工不僅需要較好的刀具還需要其他的條件比如油壓，刀具長(zhǎng)度的合理選著，尾架的壓力，機(jī)床的的直線度等等由于我們的軸類機(jī)床大部分都是錐夾 式自動(dòng)定位，所以?shī)A具本身的精度也影響加工出質(zhì)量的好壞，還有工件本身的問(wèn)題，排除其他的因素要合理的加工鈦合金就必須要選者合理的加工參數(shù)，根據(jù)實(shí)際加 工的情況適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

　　鈦合金的切削加工技術(shù)：車削、銑削、磨削、鉆削、鉸削和攻絲

　　車削

　　鈦合金車削易獲得較好的表面粗糙度，加工硬化不嚴(yán)重，但切削溫度高，刀具磨損快。針對(duì)這些特點(diǎn)，主要在刀具、切削參數(shù)方面采取以下措施： 刀具材料：根據(jù)工廠現(xiàn)有條件選用YG6,YG8,YG10HT. 刀具幾何參數(shù)：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，車外圓時(shí)刀尖不能高于工件中心，否則容易扎刀，精車及車削薄壁件時(shí)，刀具主偏角要大，一般為75~90°。

　　銑削

　　鈦合金銑削比車削困難，因?yàn)殂娤魇菙嗬m(xù)切削，并且切屑易與刀刃發(fā)生粘結(jié)，當(dāng)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。因此對(duì)鈦合金銑削采取了3點(diǎn)措施：

　　銑削方式：一般采用順銑。

　　刀具材料：高速鋼M42.

　 　從工件裝夾及設(shè)備方面提高工藝系統(tǒng)剛性。 這里需要特別指出的是：一般合金鋼的加工均不采用順銑，因機(jī)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(tái)產(chǎn)生間隙性竄動(dòng)，造成打刀。對(duì)順銑而言，刀齒一開(kāi)始切入就碰到硬皮而導(dǎo)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，就鈦合金而言，后一矛盾顯得更為突出。 此外，為使鈦合金順利銑削，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 相對(duì)于通用標(biāo)準(zhǔn)銑刀，前角應(yīng)減小，后角應(yīng)加大。;銑削速度宜低。;盡量采用尖齒銑刀，避免使用鏟齒銑刀;刀尖應(yīng)圓滑轉(zhuǎn)接;大量使用切削液。;為提高生產(chǎn)效 率，可適當(dāng)增加銑削深度與寬度，銑削深度一般粗加工為1.5~3.0mm,精加工為0.2~0.5mm.?

　　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(dǎo)熱性差，使磨削區(qū)產(chǎn)生高溫，從而使鈦合金與磨料發(fā)生粘結(jié)、擴(kuò)散以及強(qiáng) 烈的化學(xué)反應(yīng)。粘屑和砂輪堵塞導(dǎo)致磨削比顯著下降，擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，使工件被磨表面燒傷，導(dǎo)致零件疲勞強(qiáng)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. 較粗的砂輪粒度：60.

　　稍低的砂輪速度：10~20m/s.

　　稍小的進(jìn)給量，用乳化液充分冷卻。

　　鉆削 鈦合金鉆削比較困難，常在加工過(guò)程中出現(xiàn)燒刀和斷鉆現(xiàn)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(tǒng)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以下幾點(diǎn)： 刀具材料：高速鋼M42,B201或硬質(zhì)合金。 合理的鉆頭刃磨：加大頂角、減少外緣前角、增大外緣后角，倒錐加至標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)羽狀或顏色變化時(shí)，表明鉆頭已鈍，應(yīng)及時(shí)換刀刃磨。 加足切削液：一般用豆油，必要時(shí)可加法國(guó)OLTIP鉆孔攻絲專用油。 提高工藝系統(tǒng)剛性：鉆模應(yīng)固定在工作臺(tái)上，鉆模引導(dǎo)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(dāng)采取手動(dòng)進(jìn)給時(shí)，鉆頭不得在孔中不進(jìn)不退，否則鉆刃摩擦加工表面，造成加工硬化，使鉆頭變鈍。

　　鉸削 鈦合金鉸削時(shí)刀具磨損不嚴(yán)重，使用硬質(zhì)合金和高速鋼鉸刀均可。工廠常用的有W18Cr4V,M42,YW1,YG8,YG10HT等。使用硬質(zhì)合金鉸刀時(shí)，要采取類似鉆削的工藝系統(tǒng)剛度，防止鉸刀崩刃。鈦合金鉸孔時(shí)出現(xiàn)的主要問(wèn)題是鉸孔不光，可采取以下解決措施： 用油石修窄鉸刀刃帶寬度，以免刃帶與孔壁粘結(jié)，但要保證足夠的強(qiáng)度，一般刃寬在0.1~0.15mm為好。 切削刃與校準(zhǔn)部分轉(zhuǎn)接處應(yīng)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(zhǔn)部分倒錐;兩次鉸削。粗鉸余量0.1mm,精鉸余量一般小于0.05mm;主軸轉(zhuǎn)速60r/min;鉸完退刀時(shí)，手鉸不能反轉(zhuǎn)退出，機(jī)鉸應(yīng)不停車退出鉸刀。

　　攻絲 鈦合金攻絲，特別是M6mm以下的小孔攻絲相當(dāng)困難。主要因?yàn)榍行技?xì)小，易與刀刃及工件粘結(jié)，造成加工表面粗糙度值大，扭矩大。攻絲時(shí)絲錐選用不當(dāng)及操作不當(dāng)極易造成加工硬化，加工效率極低并時(shí)有絲錐折斷現(xiàn)象。其解決辦法如下： 優(yōu)先選用一絲到位的跳牙絲錐，齒數(shù)應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度。為便于排屑，還可在切削錐部分磨出負(fù)傾角。盡量選用短絲錐以增加絲錐剛性。絲錐的倒錐部分應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)的適當(dāng)加大，以減少絲錐與工件的摩擦。 加工螺紋底孔時(shí)，先粗鉆再用擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔，以減小底孔的加工硬化。對(duì)于螺距為0.7~1.5mm的螺紋，底孔尺寸可加工到國(guó)標(biāo)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)螺紋底孔的上差并允許再加大0.1mm. 如果不受螺孔位置及工件形狀限制，盡量采用機(jī)攻，避免手工攻絲進(jìn)給不勻、中途停頓而造成的加工硬化。