為什麼鈦合金是難加工材料

為什麼我們認為鈦合金是一種難加工的材料？由於對其加工機制和現象缺乏深入的了解。

1. 鈦加工的物理現象

鈦合金加工的切削力僅略高於同硬度的鋼，但加工鈦合金的物理現象卻比加工鋼複雜得多，這使得鈦合金加工面臨很大的困難。

大多數鈦合金的導熱係數很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16。因此，切削鈦合金過程中產生的熱量不會很快傳遞到工件或被切屑帶走，而是積聚在切削區域，產生的溫度可高達1000℃，造成刀具的切削刃會迅速磨損、破裂和死亡。積屑瘤、磨損邊緣的快速出現，進而在切削區域產生更多的熱量，進一步縮短刀具壽命。

切削過程中產生的高溫也會破壞鈦合金零件的表面完整性，導致零件的幾何精度下降，並出現加工硬化現象，嚴重降低其疲勞強度。

鈦合金的彈性有利於零件性能，但在切削過程中，工件的彈性變形是產生振動的重要原因。切削壓力使「彈性」工件離開刀具並反彈，使刀具與工件之間的摩擦力大於切削作用。摩擦過程也會產生熱量，加劇了鈦合金導熱性能不佳的問題。

在加工易變形的薄壁或環形零件時，這個問題更為嚴重。將鈦合金薄壁零件加工到預期的尺寸精度並不是一件容易的事。因為當工件材料被刀具推開時，薄壁的局部變形已超過彈性範圍而產生塑性變形，切削點處的材料強度和硬度顯著增加。此時，原來確定的切削速度下的加工變得過高，進一步導致刀具急劇磨損。

「熱」是鈦合金加工困難的「罪魁禍首」！

2.鈦合金加工技術訣竅

在了解鈦合金加工機制的基礎上，結合過去的經驗，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：

(1)刀片採用正角槽型，減少切削力、切削熱和工件變形。

(2)保持恆定進給，避免工件硬化。切削過程中刀具應始終處於進給狀態。銑削時徑向切削量ae應為半徑的30%。

(3)採用高壓大流量切削液，確保加工過程的熱穩定性，防止工件表面因溫度過高而變質刀具損壞。

(4)保持刀片刃口鋒利，刀具鈍了是造成熱量累積和磨損的原因，容易導致刀具失效。

(5)盡可能在鈦合金最軟的狀態下加工，因為材料硬化後變得更難加工，熱處理提高了材料的強度，增加了刀片的磨損。

(6) 使用較大的刀尖半徑或倒角，盡可能切入切割刃。這樣可以減少各點的切削力和熱量，防止局部破損。銑削鈦合金時，切削參數中，切削速度對刀具壽命vc影響最大，其次是徑向切削量（銑削深度）ae。

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3.從刀片入手解決鈦加工問題

鈦合金加工時出現的刀槽磨損是前後沿切深方向的局部磨損，往往是由於前次加工留下的硬化層造成的。加工溫度超過800℃時刀具與工件材料之間的化學反應和擴散也是形成溝槽磨損的原因之一。因為在加工過程中，工件的鈦分子聚集在刀片的前端，在高壓高溫下「焊接」到刀片上，形成積屑瘤。當積屑瘤從切割刃剝落時，它會帶走刀片的碳化物塗層，因此鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。

4.適合鈦加工的刀具結構

鈦合金加工的重點是熱處理。必須及時準確地將大量高壓切削液噴射到切割刃上，以快速排除熱量。市面上有專門用於鈦合金加工的銑刀，結構獨特。