钛合金切削加工难点在哪里如何解决读此文全

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。

　　钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。另外在汽车零部件、医疗器械、电子3C行业，钛合金也有广泛的应用。

　　钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。

战斗机中的钛合金结构件

钛合金鼠标

颅骨修复钛合金网

法拉利钛合金排气管

　　钛合金的硬度大于HB时切削加工特别困难，小于HB时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点：

　　(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。

　　(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。

推荐：山特维克可乐满切削材质S30T和S40T

　　山特维克可乐满的领先材质S30T和S40T采用了切削刀具材料发展历程中的最新技术。铣削钛合金时，产生在刀具刃口上的热量、化学反应和机械负荷已经达到了常用刀具材料所能承受的极限，所以才研发出了这两种材质。

材质S30T用于高速切削和要求更高刀具寿命的场合

　　S30T专为高效率的钛合金铣削而研发。该材质基体是由微晶粒硬质合金组成，配以PVD耐磨涂层。这样可以做成更锋利的刃口，该刃口具有很强的抗疲劳能力和很好的刃口安全性，所以在高速加工时它具有更长的刀具寿命。

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使用材质S30T和S40T的CoroMill?刀具的范围很广

　　材质S30T和S40T可用于各类CoroMill铣刀，包括面铣、方肩铣、长刃铣、插铣、高进给铣削、仿形加工和铣槽等。

应用案例

　　(3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20%，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。

　　(4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。

推荐：OSG不锈钢钛合金专用钻头WDO-SUS

　　WDO-SUS钻头的优点在于：①锋利性的切削刃能抑制加工硬化，从而提高刀具寿命；②采用耐溶着与附着力度优良的WXL涂层，能防止刀具磨损；③新型的槽型设计，可将切屑细小分段；④新型内冷油孔“MEGACOOLER”?，能增大冷却油剂的喷出量，从而达到减少接触区域局部温度过高的问题，并提高排屑性；⑤特殊的横刃设计，减少摩擦面积和摩擦热量，防止刀具磨损过快。

应用案例：

加工孔数

　　(5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量f0.1mm/r时，磨损主要发生在后刀面上；当f0.2mm/r时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax0.4mm较合适。

　　在铣削加工中，由于钛合金材料的导热系数低，而且切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内，加工时切削刃刃口处会产生极高的切削温度，将大大缩短刀具寿命。对于钛合金Ti6Al4V来说，在刀具强度和机床功率允许的条件下，切削温度的高低是影响刀具寿命的关键因素，而并非切削力的大小。

　　切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、、、YS2T和YD15等。

　　涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。

推荐：京瓷铣削用材质PR

铣削PR的特点：

要说到耐熱合金在铣削加工时发生的问题，那就是受到加工时产生热能影响而出现硬化层。铣削加工时，刀具的前端因连续加热与冷却的热疲劳产生龟裂会发生崩损。PR/CA在抑制龟裂进展效果上比以往刀具材质提高23%，更进一步的在热传导率上提高11%，大幅提高了在耐热合金加工时刀具的稳定性。

加工案例

零件名称：化学设备零件

零件材料：钛合金（Ti-6Al-4V）

冷却方式：外冷

加工类型：面铣削

刀具：MFPNR-8T

刀片：PNMUANER-SMPR

切削参数：vc=26m/min，fz=0.46mm/t，ap=3.0mm

客户评价：寿命提高2.5倍

　　采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达m/min；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切削速度仅为m/min。

　　在切削钛合金的过程中，应注意的事项有：

　　(1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。

　　(2)如果使用含氢的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢脆；也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。

　　(3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。

　　(4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。

　　(5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。

　　(6)一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进给量以加大切屑厚度。若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器，也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。