為什么我們認(rèn)為鈦合金是一種難加工材料

鈦合金加工時的切削力只是略高于同等硬度的鋼，但是加工鈦合金的物理現(xiàn)象比加工鋼要復(fù)雜得多，從而使鈦合金加工面臨巨大的困難。
大多數(shù)的鈦合金的熱導(dǎo)率很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16。因此，在切削鈦合金過程中產(chǎn)生的熱量不會迅速傳遞給工件或被切屑帶走，而集聚在切削區(qū)域，所產(chǎn)生的溫度可高達(dá)1000℃以上，使刀具的刃口迅速磨損、崩裂和生成積屑瘤，快速出現(xiàn)磨損的刀刃，又使切削區(qū)域產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)一步縮短刀具的壽命。切削過程中產(chǎn)生的高溫同時破壞了鈦合金零件的表面完整性，導(dǎo)致零件幾何精度下降和出現(xiàn)嚴(yán)重減少其疲勞強度的加工硬化現(xiàn)象。

鈦合金的彈性對零件性能來說可能是有益的，但是在切削過程中，工件的彈性變形是產(chǎn)生振動的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現(xiàn)象大于切削作用。摩擦過程也會產(chǎn)生熱，加重了鈦合金導(dǎo)熱性不良問題。加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時，這個問題就更加嚴(yán)重，將鈦合金薄壁零件加工到預(yù)期的尺寸精度不是一件容易的事。因為隨著工件材料被刀具推開時，薄壁的局部變形已經(jīng)超出彈性范圍而產(chǎn)生塑性變形，切削點的材料強度和硬度明顯增加。此時，按照原先確定的切削速度加工就變得過高，進(jìn)一步導(dǎo)致刀具急劇磨損?！盁帷笔氢伜辖痣y加工的“罪魁禍?zhǔn)住保?br />
在理解鈦合金加工機理的基礎(chǔ)上，加上以往的經(jīng)驗，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：
(1) 采用正角型幾何形狀的刀片，以減少切削力、切削熱和工件的變形。
(2) 保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化，在切削過程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài)，銑削時徑向吃刀量a e應(yīng)為半徑的30%，如圖1所示。
(3) 采用高壓大流量切削液，以保證加工過程的熱穩(wěn)定性，防止因溫度過高導(dǎo)致工件表面變性和刀具損壞。
(4) 保持刀片刃口鋒利，鈍的刀具是熱集結(jié)和磨損的原因，容易導(dǎo)致刀具失效。
(5) 盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工，因為淬硬后材料變得更難加工，熱處理提高了材料的強度并增加刀片的磨損。
(6) 使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，盡可能把更多的刀刃進(jìn)入切削。這可以減少每一點的切削力和熱量，防止局部破損。 在銑削鈦合金時，各切削參數(shù)中切削速度對刀具壽命v c的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）a e次之。

鈦合金加工時出現(xiàn)的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過800℃的化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散，也是形成溝槽磨損的原因之一。因為在加工過程中，工件的鈦分子在刀片的前面積聚，在高壓高溫下“焊接”到刀刃上，形成積屑瘤。當(dāng)積屑瘤從刀刃上剝離時，將刀片的硬質(zhì)合金涂層帶走。

因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。例如，美國ATI集團(tuán)旗下的Stel lram 公司就是一家難加工材料解決方案提供商，其1B和4E車削刀片具有微粒硬質(zhì)合金基體和超硬納米TiAlN PVD涂層，牌號為SP0819，能保證在高溫鈦合金加工時減少積屑瘤的生成。其中IB用于Ti6Al4N鈦合金的精加工，4E用于粗加工和半精加工，4E刀片的特點和性能。鈦合金加工的焦點是熱，大量高壓切削液要及時準(zhǔn)確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。