为什么钛合金是难加工材料

为什么我们认为钛合金是一种难加工的材料？由于对其加工机理和现象缺乏深入的了解。

1. 钛加工的物理现象

钛合金加工的切削力仅略高于同硬度的钢，但加工钛合金的物理现象却比加工钢复杂得多，这使得钛合金加工面临很大的困难。

大多数钛合金的导热系数很低，仅为钢的1/7，铝的1/16。因此，切削钛合金过程中产生的热量不会很快传递到工件或被切屑带走，而是积聚在切削区域，产生的温度可高达1000℃，造成刀具的切削刃会迅速磨损、破裂和死亡。积屑瘤、磨损边缘的快速出现，进而在切削区域产生更多的热量，进一步缩短刀具寿命。

切削过程中产生的高温还会破坏钛合金零件的表面完整性，导致零件的几何精度下降，并出现加工硬化现象，严重降低其疲劳强度。

钛合金的弹性有利于零件性能，但在切削过程中，工件的弹性变形是产生振动的重要原因。切削压力使“弹性”工件离开刀具并反弹，使刀具与工件之间的摩擦力大于切削作用。摩擦过程还会产生热量，这加剧了钛合金导热性能差的问题。

在加工易变形的薄壁或环形零件时，这个问题更为严重。将钛合金薄壁零件加工到预期的尺寸精度并不是一件容易的事。因为当工件材料被刀具推开时，薄壁的局部变形已超过弹性范围而产生塑性变形，切削点处的材料强度和硬度显着增加。此时，原来确定的切削速度下的加工变得过高，进一步导致刀具急剧磨损。

“热”是钛合金加工困难的“罪魁祸首”！

2.钛合金加工技术诀窍

在了解钛合金加工机理的基础上，结合以往的经验，加工钛合金的主要工艺诀窍如下：

(1)刀片采用正角槽型，减少切削力、切削热和工件变形。

(2)保持恒定进给，避免工件硬化。切削过程中刀具应始终处于进给状态。铣削时径向切削量ae应为半径的30%。

(3)采用高压大流量切削液，保证加工过程的热稳定性，防止工件表面因温度过高而变质和刀具损坏。

(4)保持刀片刃口锋利，刀具钝了是造成热量积聚和磨损的原因，很容易导致刀具失效。

(5)尽可能在钛合金最软的状态下加工，因为材料硬化后变得更难加工，热处理提高了材料的强度，增加了刀片的磨损。

(6) 使用较大的刀尖半径或倒角，尽可能切入切削刃。这样可以减少各点的切削力和热量，防止局部破损。铣削钛合金时，切削参数中，切削速度对刀具寿命vc影响最大，其次是径向切削量（铣削深度）ae。

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3、从刀片入手解决钛加工问题

钛合金加工时出现的刀槽磨损是前后沿切深方向的局部磨损，往往是由于前次加工留下的硬化层造成的。加工温度超过800℃时刀具与工件材料之间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，工件的钛分子聚集在刀片的前端，在高压高温下“焊接”到刀片上，形成积屑瘤。当积屑瘤从切削刃剥落时，它会带走刀片的碳化物涂层，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

钛合金加工的重点是热处理。必须及时准确地将大量高压切削液喷射到切削刃上，以快速排除热量。市场上有专门用于钛合金加工的铣刀，结构独特。