關鍵詞：鈦合金 切削加工 車削 銑削
鈦合金材料因比強度高、密度低、耐腐蝕和耐高溫等優良性能而被廣泛應用在航空航天領域中。但由于鈦合金導熱系數小、彈性模量低和化學活性大等特性，使得鈦合金材料在加工時切削溫度高，刀具磨損嚴重等，影響了鈦合金的加工效率，因此如何提高鈦合金的切削效率一直是航空航天行業迫切需要解決的難題。
1 鈦合金材料的特性及加工性能
（1）比強度高：鈦合金密度小，強度高，其強度大于超高強度鋼。
（2）導熱性差：鈦合金導熱、導溫系數小，熱量難以從產生切屑區轉移出去，致使刀具切削刃的溫度更高，對刀具有強烈的磨損作用，降低了刀具耐用度。
（3）化學性能活潑：鈦合金在高溫情況下，與空氣中的O、N、H等元素起化學反應形成加工硬化層，使切削加工困難；同時鈦合金在加工時與刀具材料很容易產生親和作用，發生粘結和擴散現象，導致刀具磨損加快。
（4）彈性模量小：切削加工時工件回彈大，容易造成刀具后刀面磨損的加劇和工件變形。
（5）耐腐蝕：在550 ℃以下鈦合金表面易形成致密的氧化膜，故不容易被進一步氧化，對大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、鹽介質均有較高的抗蝕能力[1]。
2 鈦合金材料切削加工的基本原則
在加工過程中，所選用的刀具材料、刀具幾何角度以及切削參數等都會影響鈦合金切削加工的效率和經濟性，其加工原則如下。
2.1 刀具材料
刀具材料是影響切削加工重要因素，所以盡可能選用硬性好、耐磨性高的刀具材料，如硬質合金刀具、涂層刀具和高速鋼刀具等，圖1為硬質合金刀具和涂層刀具。
2.2 刀具幾何角度
切削難加工材料時，合適的刀具幾何角度有助于充分發揮刀具的切削性能，提高切削效率。切削鈦合金時有三個變形區，如圖2所示。
（1）基本變形區I：變形量大，切削力和切削熱主要自該區域。通過保持刀刃鋒利、刀尖圓弧過渡等，降低鈦合金加工時的摩擦系數和切削溫度，避免粘屑、崩刃。
（2）切屑與前刀面摩擦變形區II：直接影響刀具前刀面磨損。通過選擇較小的前角，以增大切屑與前刀面的長度，減小前刀面磨損。
（3）工件已加工表面與后刀面磨損變形區III：對加工硬化和刀具后刀面磨損有較大影響。通過選擇較大的后角，以減少后刀面與已加工表面之間的摩擦。
2.3 切削參數
切削速度對刀具壽命影響最大，切削速度越高，則切削刃溫度越高，因此要選擇低速切削；同時切削深度對刀具壽命影響較小，所以在零件和機床剛度允許的條件下，采用較大的切削深度。
2.4 冷卻液
可以把刀刃的熱量帶走和沖走切屑，降低切削溫度，有效提高生產率和改善被加工零件表面質量。一般切削液有三類，即水或堿性水溶液，水基可溶性油質溶液和非水溶性油質溶液[2]。
3 鈦合金材料切削加工工藝
3.1 車削
鈦合金車削易獲得較好的表面粗糙度，加工硬化不嚴重，但切削溫度高，刀具磨損快。針對這些特點車削鈦合金時應注意的問題：
（1）車削參數盡量選用低速切削，大切削深度。對于粗加工，切削速度45～70 m/min，進給量0.10～0.15 mm/r；對于精加工，切削速度80～100 m/min，進給量0.05～0.10 mm/r。
（2）精加工時夾緊力不要太大，減小加工零件的變形量。
（3）加工完后，對零件輪廓按最后一次走刀路線再加工一次，消除因切削力造成的零件變形及讓刀。
3.2 銑削
鈦合金銑削比車削困難，因為銑削是斷續切削，并且切屑易與刀刃發生粘結，形成崩刃，極大地降低了刀具的耐用度。針對這些特點銑削鈦合金時應注意的問題：
（1）一般采用順銑，順銑時切削的深度由大變小，切屑由厚變薄，且總是薄的一邊最后離開刀齒，切屑容易折斷，提高了刀具壽命。
（2）粗加工對加工質量的影響較小，應選擇大切深、小進給、低轉速；精加工應減少加工變形、提高表面質量，采用較高的轉速、小切深。
（3）鈦合金加工后，在已加工表面會形成0.1～0.2 mm的硬化層，所以二次切深應大于0.2 mm；粗加工預留單邊余量應大于0.2 mm。
4 結語
該文結合目前的一些研究成果和生產過程中的經驗，主要從鈦合金材料特性、刀具、切削參數和冷卻液等方面進行闡述，總結了鈦合金車削、銑削中通常應注意的問題及采取的工藝措施，希望對同行能起到一定參考作用。
參考文獻
[1] 毛文革.鈦合金的切削加工[J].航空制造技術，2001（1）.
[2] 周澤智.鈦合金材料切削加工刀具的選擇[J].機械制造，2001（8）.
陜公網安備 61030502000103號 
