【摘 要】 鈦合金材料具有抗蝕性能好、力學(xué)性能佳、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用，但鈦合金材料也具有硬度高、塑性低、導(dǎo)熱系數(shù)低、彈性模量低等缺點(diǎn)，所以鈦合金材料的切削加工性能較差。為此，本文就鈦合金材料的機(jī)械加工工藝進(jìn)行介紹。

　　【關(guān)鍵詞】 鈦合金材料 機(jī)械加工 切削加工

　　1.引言

　　鈦合金材料具有諸多優(yōu)缺點(diǎn)，而其缺點(diǎn)包括硬度高、塑性低、導(dǎo)熱系數(shù)低、彈性變形大、彈性模量低等。因此，鈦合金加工過程，導(dǎo)熱系數(shù)小定會使材料的切削溫度過高；比熱小定會使材料的局部溫升過快，進(jìn)而降低刀具的使用壽命；彈性模量低定會加劇材料表面的加工回彈，進(jìn)而導(dǎo)致刀具磨損或者崩刃；高溫環(huán)境里，化學(xué)活性強(qiáng)定會加劇其與氮、氫、氧間的化學(xué)作用，進(jìn)而增加機(jī)械加工的難度。此外，鈦合金加工過程，切削條件、刀具材料、切削加工時間均會對切削加工的綜合效率造成影響，因此鈦合金材料切削加工過程，必須對相關(guān)方面進(jìn)行嚴(yán)格控制。

　　2.鈦合金材料的機(jī)械加工工藝

　　鈦合金材料的機(jī)械加工工藝種類繁多，比如電火花加工、銑削、車削、磨削、鉆削、攻絲等。鈦合金材料的機(jī)械加工過程，刀具材料、切削液、加工工藝參數(shù)、刀具幾何參數(shù)均屬重要的影響因素，因此必須予以高度重視。

　　（1）切削液。鈦合金材料的切削加工過程，切削液的使用既能降低刀刃的熱量，也能沖走切屑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)切削力的降低，可見切削液的使用必須合理，如此方能實(shí)現(xiàn)零件加工表面質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的改善。目前，常用的切削液包括非水溶性油質(zhì)溶液、水基可溶性油質(zhì)溶液、水或堿性水溶液三種。（2）刀具材料。由前文可知，鈦合金材料具有硬度高、塑性低、導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點(diǎn)，因此加工過程勢必表現(xiàn)出切削溫度高、切削力度大的特點(diǎn)，進(jìn)而加劇刀具的磨損以及降低刀具的使用壽命，可見所選刀具材料必須具有耐磨性高、硬性強(qiáng)的特點(diǎn)。目前，常用的刀具材料包括高速鋼牌號、硬質(zhì)合金牌號、涂層刀具（抗粘結(jié)性能強(qiáng)、抗氧化性能強(qiáng)、耐磨性好等）、立方氮化硼刀具（熱硬性高、硬度高等）、聚晶金剛石刀具（硬度高、耐磨性高、導(dǎo)熱性高、摩擦系數(shù)低等）五種。（3）刀具的幾何參數(shù)。鈦合金材料的粗加工過程，盡量選用前/后角小、剛性高的刀具，比如鈦合金TC4的粗加工，前角取0～3°。鈦合金材料的精加工過程，盡量選用刀刃較鋒利、刀齒較密、前/后角以及螺旋角偏大、刀刃負(fù)倒棱小或者無倒棱的刀具，比如鈦合金TC4的精加工，前角取8～15°。若選用鏜刀或者圓車刀加工鈦合金，前/后角分別取10～15°、8～14°，刀尖圓弧半徑取0.2～0.6mm；若選用螺紋車刀，前/后角分別取0°、10°；若選用成型車刀，前/后角分別取5°、10°。鉆頭的設(shè)計必須滿足排屑流暢性的要求，即螺旋角取25～30°、就鉆頭螺旋槽進(jìn)行拋光處理、鉆芯厚度取1/4鉆頭直徑；根據(jù)實(shí)情就橫刃進(jìn)行修磨，以確保鉆頭的強(qiáng)度以及定心作用更好，此外鉆頭頂角取135～140°、鉆頭后角取12～15°，以增加切削的寬度以及厚度。銑刀的設(shè)計必須滿足鈦合金的切削要求。就立銑刀而言，前/后角分別取6～8°、6～12°，螺旋角取35～40°（前段取3°），而刀尖圓弧半徑取0.5～0.6mm。攻絲的切削環(huán)境往往保持著半封閉狀態(tài)，因此切削液順利流至切削區(qū)的難度較大，且潤滑以及散熱效果較差，外加鈦合金僅有較小的彈性模量，如此極易引起絲錐扭斷或者崩齒。針對該情況，優(yōu)化攻絲的幾何參數(shù)尤其重要，即切削錐部分后角取6～12°，前角取7～10°，切削錐角取5～7°30′，校正齒型面鏟后角取1°。鉸刀的設(shè)計必須符合鈦合金彈性模量較小的特性，即鉸刀的前/后角分別取3～5°、10°，切削刃寬度取0.15mm。（4）鈦合金材料的切削加工工藝參數(shù)。針對斷續(xù)切削以及連續(xù)切削的情況，車削的工藝參數(shù)詳見表1、表2。

　　鈦合金鉆削加工過程，時常會出現(xiàn)斷鉆以及燒刀現(xiàn)象，而此現(xiàn)象的成因包括鉆頭刃磨欠佳、冷卻不佳、排屑不及時、工藝系統(tǒng)剛性差等。針對上述情況，必須對下列方面進(jìn)行嚴(yán)格控制：一是勤退刀以及及時清除切屑，同時對切屑的顏色以及形狀進(jìn)行跟蹤觀察；二是加足切屑液；三是把鉆模與工作臺固定起來，同時鉆模引導(dǎo)與加工表面應(yīng)盡量貼近，以縮短鉆頭；四是手動進(jìn)給過程，孔內(nèi)鉆頭應(yīng)前后運(yùn)動，以免因鉆刃摩擦加工表面而造成鉆頭變鈍。銑削要求進(jìn)行斷續(xù)切削，因此銑削過程時常出現(xiàn)銑刀崩刃、切削與刀齒粘結(jié)等現(xiàn)象，而粘結(jié)嚴(yán)重者甚至?xí)p傷刀齒或者引起崩刃。針對此情況，最好采取順銑的切削方法，因?yàn)轫樸娗邢鬏^平穩(wěn)，且刀齒切削路徑較短，同時從厚至薄的切削順序能夠有效控制切削粘結(jié)現(xiàn)象的出現(xiàn)，如此既能控制銑刀的磨損量，又能增強(qiáng)刀具的耐用度以及降低加工表面的粗糙度。切削錐角盡量大些，而錐度部分取3～4扣螺紋長度為宜。此外，切削錐部分應(yīng)盡量磨出負(fù)傾角，以方便排屑；盡可能使用短絲錐，由此實(shí)現(xiàn)絲錐剛性的增加；絲錐的倒錐部分盡量大些（較標(biāo)準(zhǔn)值），由此控制工件與絲錐間的摩擦。鈦合金磨削時常因粘屑問題而導(dǎo)致零件表面燒傷或者砂輪堵塞，因?yàn)殁伜辖饘?dǎo)熱性較差，定會加劇磨削區(qū)的溫升，進(jìn)而引起鈦合金與磨料粘結(jié)或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如此知道燒傷工件的加工面以及降低零件的疲勞強(qiáng)度。針對上述情況，常見的控制方法為優(yōu)化磨削的工藝參數(shù)，比如：砂輪材料――綠碳化硅TL；砂輪硬度――ZRI；砂輪速度――10～20m/s；砂輪粒度――60，此外進(jìn)給量盡量控制到較低水平，同時用乳化液進(jìn)行完全冷卻。就鈦合金的攻絲而言，應(yīng)優(yōu)選跳牙絲錐，注意齒數(shù)取2～3齒。

　　3.結(jié)語

　　綜上所述，鈦合金材料具有諸多優(yōu)缺點(diǎn)，而其缺點(diǎn)嚴(yán)重影響著鈦合金材料的切削加工，因此鈦合金材料的切削加工過程，必須充分考慮到可能的影響因素以及必須滿足的特性要求，尤其應(yīng)從刀具材料、切削液、加工工藝參數(shù)、刀具幾何參數(shù)方面對鈦合金材料的切削加工進(jìn)行控制，以提高鈦合金材料加工的綜合效率。

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