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为什么 钛合金是一种难加工材料?

为什么 我们认为是一种难加工材料?因为对 其加工机理和现象缺乏深刻的认识。


1.钛加工的物理现象


加工时 的切削力只是略高于同等硬度的钢,但是加 工钛合金的物理现象比加工钢要复杂得多,从而使 钛合金加工面临巨大的困难。


大多数 的钛合金的热导率很低,只有钢的1/7,铝的1/16。因此,在切削 钛合金过程中产生的热量不会迅速传递给工件或被切屑带走,而集聚在切削区域,所产生的温度可高达1 000℃以上,使刀具 的刃口迅速磨损、崩裂和生成积屑瘤,快速出现磨损的刀刃,又使切 削区域产生更多的热量,进一步 缩短刀具的寿命。


切削过 程中产生的高温同时破坏了零件的表面完整性,导致零 件几何精度下降和出现严重减少其疲劳强度的加工硬化现象。


的弹性 对零件性能来说可能是有益的,但是在切削过程中,工件的 弹性变形是产生振动的重要原因。切削压力使“弹性”的工件 离开刀具和反弹,从而使 刀具与工件之间摩擦现象大于切削作用。摩擦过程也会产生热,加重了 钛合金导热性不良问题。


加工薄 壁或环形等易变形零件时,这个问题就更加严重,将钛合 金薄壁零件加工到预期的尺寸精度不是一件容易的事。因为随 着工件材料被刀具推开时,薄壁的 局部变形已经超出弹性范围而产生塑性变形,切削点 的材料强度和硬度明显增加。此时,按照原 先确定的切削速度加工就变得过高,进一步 导致刀具急剧磨损。


“热”是难加工的“罪魁祸首”!

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2. 加工钛 合金的工艺诀窍


在理解 加工机理的基础上,加上以往的经验,加工钛 合金的主要工艺诀窍如下:


(1) 采用正 角型几何形状的刀片,以减少切削力、切削热和工件的变形。


(2) 保持恒 定的进给以避免工件的硬化,在切削 过程中刀具要始终处于进给状态,铣削时径向吃刀量a e应为半径的30%。


(3) 采用高 压大流量切削液,以保证 加工过程的热稳定性,防止因 温度过高导致工件表面变性和刀具损坏。


(4) 保持刀片刃口锋利,钝的刀 具是热集结和磨损的原因,容易导致刀具失效。


(5) 尽可能 在最软的状态加工,因为淬 硬后材料变得更难加工,热处理 提高了材料的强度并增加刀片的磨损。


(6) 使用大 的刀尖圆弧半径或倒角切入,尽可能 把更多的刀刃进入切削。这可以 减少每一点的切削力和热量,防止局部破损。在铣削钛合金时,各切削 参数中切削速度对刀具寿命vc的影响最大,径向吃刀量(铣削深度)ae次之。


3. 从刀片 入手解决钛加工难题


加工时 出现的刀片沟槽磨损是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨损,它往往 是由于前期加工留下的硬化层所造成的。刀具与 工件材料在加工温度超过800℃的化学反应和扩散,也是形 成沟槽磨损的原因之一。因为在加工过程中,工件的 钛分子在刀片的前面积聚,在高压高温下“焊接”到刀刃上,形成积屑瘤。当积屑 瘤从刀刃上剥离时,将刀片 的硬质合金涂层带走,因此,钛合金 加工需要特殊的刀片材料和几何形状。


4. 适合钛 加工的刀具结构


加工的焦点是热,大量高 压切削液要及时准确地喷射到切削刃上,才能够 快速地将热量移除。市场上 有专门用于钛合金加工的铣刀独特结构。