鈦及鈦合金不僅是制造飛機(jī)颖杏、導(dǎo)彈螟蒸、火箭等航天器的重要結(jié)構(gòu)材料，而且在機(jī)械工程艇劫、海洋工程吼驶、生物工程及化學(xué)工程中的應(yīng)用也日益廣泛。如在閥門制造中港准，將不銹鋼閥門與鈦制閥門同時在酸性介質(zhì)中使用旨剥，鈦制閥門具有更好的使用壽命。

　　在鈦中加入合金元素形成鈦合金浅缸，其強(qiáng)度顯著提高,σb可從350～700MPa提高到1200MPa，因此在工業(yè)上應(yīng)用鈦合金的意義更具重要性近沐。通常按使用狀態(tài)下的組織將鈦合金分為α鈦合金(以TA表示)庵坛、β鈦合金和(α+β)鈦合金(以TC表示)三類，三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和(α+β)鈦合金象瓤。由于鈦合金可切削性極差恼睹，因此給實(shí)際應(yīng)用帶來很多困難。

　　鈦合金可切削性的研究

　　若以45號鋼的可切削性為100%叨林，則鈦合金的可切削性約為20～40%狞衷，其可切削性比不銹鋼差，但比高溫合金稍好料鲫。在鈦合金中又按β型鈦合金久耍、α+β型鈦合金、α型鈦合金為序其可切削性逐步改善肝慕，而純鈦的可切削性最好椭皿。即在一般情況下掐悄，材料硬度愈高，加入合金元素越多刻渔，材料的可切削性越差帅刀。加工鈦合金時，若材料硬度小于HB 300將會出現(xiàn)強(qiáng)烈粘刀現(xiàn)象远剩，而硬度大于HB370時加工又極其困難扣溺，因此最好使鈦合金材料的硬度在HB300～370之間。

　　1．鈦合金切削機(jī)理的研究

　　(1)氣體雜質(zhì)的影響

　　各種氣體雜質(zhì)對于鈦合金的可切削性有很大影響瓜晤，其中最顯著的是氧锥余、氫和氮；鈦合金的可切削性隨著氣體在鈦合金中的含量增加而惡化活鹰。

　　鈦元素的化學(xué)活潑性高哈恰，具有很強(qiáng)的親和力，很容易與接觸的雜質(zhì)化合志群，鈦在600℃以上能與大氣中的氧起作用着绷，超過650℃時，隨溫度的提高而作用增強(qiáng)锌云。在表面出現(xiàn)氧化皮的同時荠医，氧還向鈦中擴(kuò)散；在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度(882.5℃)以上桑涎，氧在鈦中擴(kuò)散特別強(qiáng)烈彰莲，以至形成脆化層，且其脆化層厚度隨時間的增加而增大烈瘸，即產(chǎn)生所謂“組織α化層”泳疗。這是鈦被氧玷污而引起的額外硬化，鈦中含氧量愈多范般，硬化愈甚驹莽。氫在鈦中隨溫度的增加而出現(xiàn)的氧化能力，其擴(kuò)散極其強(qiáng)烈钟展，并形成間隙固溶體烙巩，產(chǎn)生氫脆性。在室溫下氮對鈦沒有影響肢钙，高溫時氮與鈦強(qiáng)烈化合距堂，形成硬而脆的氮化鈦(TiN)。

　　可以看出遍削，在鈦合金中吹夏，氣體雜質(zhì)氧、氫蛾趣、氮都可使鈦合金脆化冗懦，這些雜質(zhì)還具有磨料性質(zhì)爽冕，在加工鈦合金時能加速刀具的磨損；在鍛壓和沖壓后還可形成比原來材料硬度高得多的硬皮和氧化皮披蕉。所有這些颈畸，在很大程度上惡化了鈦及鈦合金的可切削性。

　　(2)材料性能的影響

　　從可切削性的觀點(diǎn)出發(fā)没讲，鈦的各種物理——機(jī)械性能是很不利于切削的組合眯娱，因?yàn)槊恳环N性能的存在都加重了另一種性能所引起的切削困難。

　　鈦合金塑性小爬凑，因而極其顯著地影響其切削時的塑性變形徙缴。如果用切屑的收縮表示被切削層的變形，則鈦合金切屑的收縮系數(shù)等于1(甚至小于1)嘁信，而普通碳鋼切屑的收縮系數(shù)ψ約等于3于样，鈦合金較小的ψ值使切屑經(jīng)主切削刃切離后，立即向上翻卷潘靖，使切屑與刀具前刀面間僅有一極小的接觸面積(約為鋼材的1/3)穿剖，從而使作用在車刀接觸面積上的壓力和局部溫度增高；由于鈦合金有很高的強(qiáng)度極限泛汁，故造成接觸面積上受到的壓力和局部溫度更高刽巍；再加上鈦合金的熱導(dǎo)率很低(僅為鐵的1/5、鋁的1/10寿经，TC8熱導(dǎo)率λ=7.955W/mk)鹦堕，極大地限制了刀尖的冷卻條件；此外剖坟，高度活潑的金屬鈦還容易和刀具化合產(chǎn)生焊接和粘剝辆雇。由于上述性能的綜合，在同樣的切削用量下绪桑，加工鈦合金時刀具單位面積所承受的切削力要比加工一般鋼材時大得多蕊肖，切削溫度也高得多，因此使刀具磨損很快语哺，材料的可切削性惡化。

　　(3)含碳量的影響

　　鈦合金的可切削性與含碳量有關(guān)尔粮。當(dāng)含碳量大于0.20%時弛说，合金中會形成硬的碳化物夭寺，使可切削性下降；而含碳量小于0.20%時棒假，可切削性得到改善。

　　(4)加工硬化的影響

　　加工硬化被認(rèn)為是鈦合金加工困難的原因之一精盅。為了確定它的影響程度帽哑，我們進(jìn)行了試驗(yàn)谜酒，結(jié)果表明在任何加工情況下，鈦的加工硬化程度都遠(yuǎn)小于不銹鋼妻枕，也小于其它種類容易硬化的鋼僻族。

　　鈦合金嚴(yán)重的硬化是在切削加工中所產(chǎn)生的局部高溫使鈦很容易吸收大氣中的氧和氮形成又硬又脆的外皮而造成的。在正常切削條件下屡谐，其硬化深度為0.1～0.15mm述么，硬化程度為20%～30%。

　　2．鈦合金相對可切削性切削條件的研究

　　(1)刀具材料

　　加工鈦合金時愕掏，不宜使用YT類硬質(zhì)合金刀片度秘。因?yàn)椋孩資T類硬質(zhì)合金刀片中含有鈦，它會與被加工的鈦合金發(fā)生親和作用饵撑，粘掉刀尖剑梳。②車削鈦合金時，車刀與切屑的接觸遠(yuǎn)比加工鋼時小得多拙故，作用在車刀接觸面積上的單位切削刀較大窃德，由于YT類硬質(zhì)合金刀片較脆，因此容易崩刃舀闻。

　　一般生產(chǎn)中采用YG類刀片加工鈦合金菜缭，盡管其耐磨性較差。通常在粗車和斷續(xù)車削時采用YG8刀片手霎，精車和連續(xù)車削時用YG3刀片宪郑，一般加工則用YG6X刀片。

　　實(shí)踐證明杖进，含鉭的硬質(zhì)合金YA6(屬于細(xì)顆粒鎢鈷類硬質(zhì)合金)效果較好袁垄，由于加入了少量的稀有元素，提高了刀片耐磨性隧庐，代替了原有的YG6X鼓临，其抗彎強(qiáng)度、硬度也都比YG6X高士袜。

　　在低速切削或切削復(fù)雜型面時角黍，可采用高釩高速鋼(W12Cr4V4Mo)和高鈷高速鋼(W2Mo9Cr4VCo8)刀具，它們是加工鈦合金最好的刀具材料蔫仙，但因鈷資源少且價(jià)格昂貴料睛，因此應(yīng)盡可能少用，以保護(hù)稀有資源并降低成本摇邦。

　　(2)刀具幾何角度

　　切削鈦合金時恤煞，車刀后角α0是所有刀具參數(shù)中最敏感的，因?yàn)榍邢鲗酉碌慕饘購椥曰謴?fù)大和加工硬度大施籍，一般采用大后角可使刃口易于切入金屬層居扒，減小后刀面的磨損概漱，但后角過小(小于15°)會出現(xiàn)金屬的粘附現(xiàn)象；而后角過大喜喂，刀具將被削弱瓤摧，刀刃容易崩碎。因此夜惭，大多數(shù)切削鈦合金的車刀采用15°后角姻灶。從刀具耐用度來看，α0小于或大于15°诈茧，都會降低車刀的耐用度铡畜。此外，α0為15°的車刀刀刃比較鋒利粗线，并可降低切削溫度那梭。

　　由于鈦合金在切削過程中，會與空氣中的氧蚂霎、氫竣恃、氮等形成硬脆化合物，造成刀具磨損(主要發(fā)生在車刀前刀面上)贷挠，因此應(yīng)采用小值前角筝驱；此外，鈦合金的塑性低春环，切屑與前刀面的接觸面積小耽炎，為此也應(yīng)選用小值前角，這樣做可增加切屑與前刀面的接觸面積沟密，使切削熱和切削壓力不至于過分集中于刃口附近贱着，既有利于散熱，又加強(qiáng)刃口痹换，避免因切削力集中而產(chǎn)生崩刃征字。因此，用硬質(zhì)合金刀具加工(α+β)鈦合金時娇豫，取前角γ0=5°左右并磨出倒棱f(寬度為0.05～0.1mm)匙姜，γf=0°～10°，刀尖磨成r=0.5mm小值圓弧冯痢，刃傾角λ=+3°搁料。

　　但是研究工作表明，車刀前角在28°～30°范圍內(nèi)時刀具的耐用度最好系羞；刀尖圓弧半徑增大也可以減少刀具的崩落現(xiàn)象。

　　一般車削鈦合金外圓車刀的幾何參數(shù)：倒棱f=0.3～0.7mm霸琴，γf=0°椒振，γ0=8°～10°昭伸，α0=15°，r=0.5mm澎迎，λ=0°庐杨，κr=45°，κ′r=15°夹供。

　　(3)切削用量對切削溫度的影響

　　用YG8刀片車削鈦合金TA2時律愉，由切削參數(shù)的變化與切削溫度變化的關(guān)系可知，加工時切削溫度t隨著切削速度v的提高而急劇提高喂磷，加大走刀量f也使切削溫度t增高俘巡，但其影響比提高速度的影響小。切削深度的變化對切削速度的影響較小欲访。

　　加工時高的切削速度使切削刀具劇烈地磨損变抛，并且使鈦合金具有從周圍大氣中吸收氧和氫的能力，產(chǎn)生所謂“組織的α化”宏动，并使加工表面強(qiáng)化涡拾。

　　通常在選用切削速度和走刀量時，保持切削溫度在800℃左右斜孩，即當(dāng)走刀量f=0.11～0.35mm/r時胆褪，取切削速度v=40～60m/min。

　　(4)切削用量對表面粗糙度的影響

　　由于鈦合金對應(yīng)力集中很敏感臀胞，在有刮傷或凹痕時會嚴(yán)重地降低它的疲勞強(qiáng)度狰绪，因此鈦合金零件表面質(zhì)量的加工要求很高。

　　走刀量對于表面質(zhì)量影響很大饺饭。由加工鈦合金TC6時(速度v=40m/min渤早，切削深度ap=1mm，后刀面磨損h后≤0.1mm)走刀量與已加工表面表面粗糙度的關(guān)系可知瘫俊，為了要獲得表面粗糙度Ra1.6μm鹊杖，必須選擇走刀量f=0.16mm/r；如果加工時分別采用走刀量f=0.25mm/r扛芽、0.35mm/r和0.45mm/r骂蓖，則相應(yīng)獲得的加工表面粗糙度為Ra3.2μm、Ra6.3μm和Ra12.5μm川尖。

　　切削鈦合金時登下，表面粗糙度與切削速度無關(guān)，切削深度的影響也很小叮喳，表面質(zhì)量在同一表面粗糙度內(nèi)變化被芳。

　　精加工鈦合金時，為了得到Ra1.6μm的表面粗糙度，應(yīng)采用YG類硬質(zhì)合金刀片畔濒，研磨車刀的工作表面剩晴，取車刀幾何參數(shù)為：γf=0°，γ0=10°恬皆，α0=15°砰声，r=0.5mm；選擇切削用量為：v=50～70mm/min众附，f=0.1～0.2mm/r沉南，ap=0.3～1.0mm；刀具后面磨損h后≤0.3mm刮跟。

　　通過加大刀尖圓弧半徑r劣晾，減小走刀量f，降低刀具磨損h后0.15mm赠恭，連續(xù)車削鈦合金术拇，可獲得Ra=1.25～0.8μm的表面粗糙度。

　　鈦合金的切削加工及刀具設(shè)計(jì)

　　1．車削加工

　　鈦合金的彈性模數(shù)小棱歹，如TC4的彈性模量E=110GPa祠烁，約為鋼的一半，因而由切削力所引起的被加工件彈性變形大馁梁，將降低工件精度饰吕，為此要改善加工系統(tǒng)的剛性。工件必須很牢固地裝夾隔心，刀具對工件支承點(diǎn)的刀矩減到最小白群。刀具必須鋒利，否則將發(fā)生振動硬霍、磨擦帜慢，使刀具耐用度縮短，工件精度下降唯卖。

　　切削鈦合金時粱玲，僅在切削速度1～5mm/min的范圍內(nèi)，才有積屑瘤形成拜轨。因此在一般生產(chǎn)條件下切削鈦合金時抽减，不會產(chǎn)生積屑瘤。工件與刀具之間的磨擦系數(shù)并不很大橄碾，容易得到良好的表面質(zhì)量卵沉。采用冷卻潤滑液對于改善鈦合金表面微觀幾何形狀是沒有效果的，切削鈦合金時已加工表面粗糙度較低是由于刀具上沒有積屑瘤的緣故法牲。

　　但是史汗，為了改善切削條件足贴，降低切削溫度，提高刀具壽命莱检，同時為了消除火災(zāi)的危險(xiǎn)红最，加工時使用大量可溶性冷卻劑也是必要的。

　　通常鈦合金零件加工時沒有發(fā)火燃燒的現(xiàn)象斗赘，可是在微切削狀態(tài)下加工時有發(fā)火燃燒現(xiàn)象，為了避免這種危險(xiǎn)性喧畏，應(yīng)該：①大量使用冷卻液砍梁；②及時從機(jī)床上掃除切屑；③備有滅火器材愤栽；④及時更換用鈍的刀具嗤雪；⑤工件表面污染時易引起火花，此時必須降低切削速度齿喧；⑥比薄切屑相比妥析，厚切屑不易產(chǎn)生火花，因此要加大走刀量轻欣，加大走刀量不會象加大切削速度那樣使溫度迅速升高省咨。

　　加工鈦合金切削用量的選用準(zhǔn)則：應(yīng)從降低切削溫度的觀點(diǎn)出發(fā)，采用較低的切削速度和較大的走刀量玷室。由于高的切削溫度使鈦合金從大氣中吸收氧和氫造成工件表面硬脆零蓉，使刀具劇烈磨損，因此在加工過程中穷缤，須使刀尖溫度保持在合適的溫度敌蜂，避免溫度過高。

　　在斷續(xù)切削的條件下用YG8車刀車削帶硬皮的鈦合金工件時津肛，推薦的切削用量為：v=15～28m/min章喉，f=0.25～0.35mm/r，ap=1～3mm身坐。

　　在連續(xù)切削的條件下用YG3車刀精車鈦合金工件時秸脱，推薦的切削用量為：v=50～70m/min，f=0.1～0.2mm/r掀亥，ap=0.3～1mm撞反。表2為車削加工鈦合金時可供選用的切削用量。

　　車削鈦合金時的切削用量工序性質(zhì)-鈦合金材料-硬度-切削余量(mm)-切削速度(mm/min)-走刀量(mm/r)荒車-TA1～7搪花，TC1～2-軟-＞氧化皮厚度-18～36-0.1～0.25荒車-TA8遏片，TC3～8-中-＞氧化皮厚度-12～27-0.08～0.15荒車-TC9～10，TB1～2-硬-＞氧化皮厚度-7.2～18-0.06～0.12粗車-TA1～7岛牺，TC1～2-軟-＞2-30～54-0.2～0.4粗車-TA8辫慎，TC3～8-中-＞2-24～54-0.15～0.3粗車-TC9～10，TB1～2-硬-＞2-15～30-0.1～0.2精車-TA1～7，TC1～2-軟-0.07～0.75-37.5～60-0.07～0.15精車-TA8叶偶，TC3～8-中-0.07～0.75-30～48-0.07～0.12精車-TC9～10跃渠，TB1～2-硬-0.07～0.75-18～36-0.05～0.12

　　用YG6X車刀車削TC4(硬度為HB320～360)，ap=1mm锯运、f=0.1mm/r時的最佳切削速度為60mm/min沛四。在此基礎(chǔ)上不同走刀量和切削深度下的切削速度見表3。

　　車削鈦合金TC4的切削速度ap-1mm-2mm-3mmF(mm/r)-0.1,0.15,0.2,0.3-0.1,0.15,0.2,0.3-0.1,0.2,0.3V(mm/min)-60,52,43,36-49,40,34,28-44,30,26

　　加工鈦合金的典型車刀具有如下特點(diǎn)：①刀片材料為YG6X蛔颖，YG10HT糊晋；②前角較小，一般γ0=4°～6°政拾，增強(qiáng)刀頭強(qiáng)度际器；③有f=0.05～0.1mm的負(fù)倒棱，以增強(qiáng)刀刃的強(qiáng)度贸桶；④后角較大舅逸，一般α0=14°～16°，以減少后面的磨擦皇筛，提高刀具耐用度琉历；⑤一般不允許磨出尖角或過渡刃，而磨出刀尖圓角r=0.5mm左右设联，粗車時可達(dá)r=1～2mm善已，以增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度；⑥精車或車削薄壁件時离例，刀具主偏角要大换团，一般為75°～90°。

　　切削用量：粗車：v=40～50m/min宫蛆，f=0.2～0.3mm/r艘包，ap=3～5mm。半精車：v=40～45m/min耀盗，f=0.2～0.3mm/r想虎，ap=1～2mm。精車：v=50～55m/min猎之，f=0.1～0.15mm/r桶悍，ap=0.2～0.5mm。

　　使用乳化液冷卻鹃远，可有效地提高刀具耐用度讼逐。在保證刀頭強(qiáng)度的前提下使刀頭具有高的耐磨性和硬度是合理加工鈦合金的關(guān)健。因此選用的YG6X刀片在刃磨后應(yīng)當(dāng)用金剛石或碳化硅油石背刀(背出倒棱)嚎闹，達(dá)到消除刃磨鋸口凸翩、增強(qiáng)刀刃強(qiáng)度的目的牙晰。

　　粗車不規(guī)則黑皮工件時，一般將刀片磨出3°～+5°刃傾角肪麦；精車時较谣，一般無刃傾角，此時的刀具磨損主要為前刀面粘附(粘結(jié))磨損孩最。

　　這種典型車刀能較合理地解決加工鈦合金時材料活性隨溫度升高而增加及導(dǎo)熱性差的問題趾赡，因而刀具耐用度大為提高。

　　2．鉆削

　　鈦合金的鉆削加工比較困難眯找，常在加工過程中出現(xiàn)燒刀和斷鉆現(xiàn)象仰铃，其主要原因是鉆頭刃磨不良、排屑不及時授瘦、冷卻不佳以及工藝系統(tǒng)剛性差等。

　　(1)鉆頭的選擇：直徑大于5mm的鉆頭竟宋，最好選用硬質(zhì)合金YG8作為刀具材料提完；加工小于5mm的孔時，可用硬度大于63HRC的高速鋼鉆頭(如M42或B201)丘侠；當(dāng)孔深小于直徑兩倍時徒欣，采用斜槽(短型)的鉆頭；當(dāng)孔深大于直徑兩倍時蜗字，采用麻花鉆頭打肝。鉆頭的幾何參數(shù)：λ=0°～3°，αc=13°～15°挪捕，2φ=120°～130°粗梭。

　　為了易于形成切屑、減少磨擦并改善鉆頭的切削能力级零，可根據(jù)鉆頭直徑減少導(dǎo)向刃帶的寬度至0.1～0.3mm断医，修磨橫刃到0.1D，并雙重刃磨頂角2φ=130°～140°淤汽，2φ=70°～80°葡谅。表4列出了雙重鋒角式鉆頭的幾何參數(shù)。

　　雙重鋒角式鉆頭幾何參數(shù)鉆頭直徑(mm)-頂角2φ-第二頂角2φ0-第二鋒刃后角α-b(mm)-c(mm)>3～6-130°～140°－80°～140°－12°～18°－～1.5-0.4～0.8>6～10-130°～140°－80°～140°－12°～18°－1.5～2.5-0.6～1>10～18-125°～140°－80°～140°－12°～18°－2.5～4-0.8～1>18～30-125°～140°－80°～140°－12°～18°－4～6-1～1.5

　　(2)切削用量

　　硬質(zhì)合金鉆頭：v=9～15m/min卸能，f=0.05～0.2mm/r括柿；高速鋼鉆頭v=4～5m/min，f=0.05～0.3mm/r延坡。

　　(3)鉆削深孔或小直徑孔時饲丢，可采取手動進(jìn)給。鉆孔時必須周期性地從孔中退出鉆頭漫从，以便清除切屑赡脚。為了避免鉆頭強(qiáng)烈磨損纳倒，不能讓鉆頭停留在孔中不進(jìn)不退，否則鉆刃會摩擦加工表面幸持，造成加工硬化苟暗，使鉆頭變鈍。鉆孔時必須充沛地供給冷卻潤滑液川砌。一般用豆油韭寸，必要時可加法國OLTIP鉆孔攻絲專用油。盡可能提高工藝系統(tǒng)剛性荆隘，將鉆模固定在工作臺上恩伺，鉆模宜貼近加工表面，盡量使鉆頭縮短椰拒。

　　取鉆頭后面轉(zhuǎn)角處的磨損h后=0.4～0.5mm作為鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)晶渠。

　　(4)鉆削實(shí)例：用鉬高速鋼鉆頭在α+β型TC4鈦合金工件上進(jìn)行鉆削加工，鉆頭直徑D=6.35mm燃观，孔深H=12.7mm褒脯。選切削參數(shù)v=11.6m/min、f=0.127mm/r缆毁，使用乳化液冷卻番川。刀具耐用度T以磨損寬度h后=0.38mm為標(biāo)準(zhǔn)，每根鉆頭可鉆260個孔脊框，效果極佳颁督。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享浇雹，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)沉御，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布拱矫、編輯整理上傳漂手，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)牌聋。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻曼散、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題嫂前，請第一時間告知污兄，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益萝渐！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn午四。