钛板、钛环等钛合金材料的特性及切削加工六步法

一、钛合金的材料特性 

钛合金产品的比强度在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为刚材的57% 。另外，钛及其合金的耐热性强，在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，短时间工作温度甚至还可以高些。钛合金具有比重小、热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等特性，但该材料切削加工困难、加工效率低。所以怎么样攻克钛合金加工难，效率低得困难一直是我们的难题。

二、钛合金的切削加工 

1、车削 

钛合金产品车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施： 

刀具材料：根据工厂现有条件选用YG6，YG8，YG10HT。 

刀具几何参数：合适的刀具前后角、刀尖磨圆。 

较低的切削速度， 适中的进给量，较深的切削深度，充分冷却，车外圆时刀尖不能高于工件中心，否则容易扎刀，精车及车削薄壁件时，刀具主偏角要大，一般为75～90°。 

2、铣削 

钛合金产品铣削比车削困难，因为铣削是断续切削，并且切屑易与刀刃发生粘结，当粘屑的刀齿再次切入工件时，粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料，形成崩刃，极大地降低了刀具的耐用度。金属加工微信，内容不错，值得关注。因此对钛合金铣削采取了3点措施： 

铣削方式：一般采用顺铣。刀具材料：高速钢M42。从工件装夹及设备方面提高工艺系统刚性。 

这里需要特别指出的是：一般合金钢的加工均不采用顺铣，因机床丝杠、螺母间隙的影响，顺铣时，铣刀作用在工件上，在进给方向上的分力与进给方向相同，易使工件台产生间隙性窜动，造成打刀。对顺铣而言，刀齿一开始切入就碰到硬皮而导致刀具破损。但由于逆铣切屑是由薄到厚，在最初切入时刀具易与工件发生干摩擦，加重刀具的粘屑和崩刃，就钛合金而言，后一矛盾显得更为突出。 

此外，为使钛合金顺利铣削，还应注意以下几点：相对于通用标准铣刀，前角应减小，后角应加大。;铣削速度宜低。;尽量采用尖齿铣刀，避免使用铲齿铣刀;刀尖应圆滑转接;大量使用切削液。;为提高生产效率，可适当增加铣削深度与宽度，铣削深度一般粗加工为1.5～3.0mm，精加工为0.2～0.5mm。 

3、磨削 

磨削钛合金零件常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。其原因是钛合金的导热性差，使磨削区产生高温，从而使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强烈的化学反应。粘屑和砂轮堵塞导致磨削比显著下降，扩散和化学反应的结果，使工件被磨表面烧伤，导致零件疲劳强度降低，这在磨削钛合金铸件时更为明显。 

为解决这一问题，采取的措施是：选用合适的砂轮材料：绿碳化硅TL。稍低的砂轮硬度：ZR1。较粗的砂轮粒度：60。稍低的砂轮速度：10～20m/s。稍小的进给量，用乳化液充分冷却。 

4、钻削 

钛合金钻削比较困难，常在加工过程中出现烧刀和断钻现象。这主要是由于钻头刃磨不良、排屑不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等几方面原因造成的。因此，在钛合金钻削加工中须注意以下几点：刀具材料：高速钢M42，B201或硬质合金。合理的钻头刃磨：加大顶角、减少外缘前角、增大外缘后角，倒锥加至标准钻头的2～3倍。勤退刀并及时清除切屑，注意切屑的形状和颜色。如钻削过程中切屑出现羽状或颜色变化时，表明钻头已钝，应及时换刀刃磨。 

加足切削液：一般用豆油，必要时可加法国OLTIP钻孔攻丝专用油。提高工艺系统刚性：钻模应固定在工作台上，钻模引导宜贴近加工表面，尽量使用短钻头。还有一个值得注意的问题是：当采取手动进给时，钻头不得在孔中不进不退，否则钻刃摩擦加工表面，造成加工硬化，使钻头变钝。 

5、铰削 

钛合金铰削时刀具磨损不严重，使用硬质合金和高速钢铰刀均可。工厂常用的有W18Cr4V，M42，YW1，YG8，YG10HT等。使用硬质合金铰刀时，要采取类似钻削的工艺系统刚度，防止铰刀崩刃。金属加工微信，内容不错，值得关注。钛合金铰孔时出现的主要问题是铰孔不光，可采取以下解决措施：用油石修窄铰刀刃带宽度，以免刃带与孔壁粘结，但要保证足够的强度，一般刃宽在0.1～0.15mm为好。

切削刃与校准部分转接处应为光滑圆弧，磨损后要及时修磨，并要求各齿圆弧大小一致;必要时可加大校准部分倒锥;两次铰削。粗铰余量0.1mm，精铰余量一般小于0.05mm;主轴转速60r/min;铰完退刀时，手铰不能反转退出，机铰应不停车退出铰刀。 

6、攻丝 

钛合金产品攻丝，特别是M6mm以下的小孔攻丝相当困难。主要因为切屑细小，易与刀刃及工件粘结，造成加工表面粗糙度值大，扭矩大。攻丝时丝锥选用不当及操作不当极易造成加工硬化，加工效率极低并时有丝锥折断现象。其解决办法如下： 

优先选用一丝到位的跳牙丝锥，齿数应较标准丝锥少，一般为2～3齿。切削锥角宜大，锥度部分一般为3～4扣螺纹长度。为便于排屑，还可在切削锥部分磨出负倾角。尽量选用短丝锥以增加丝锥刚性。丝锥的倒锥部分应较标准的适当加大，以减少丝锥与工件的摩擦。

加工螺纹底孔时，先粗钻再用扩孔钻扩孔，以减小底孔的加工硬化。对于螺距为0.7～1.5mm的螺纹，底孔尺寸可加工到国标规定的标准螺纹底孔的上差并允许再加大0.1mm。 

如果不受螺孔位置及工件形状限制，尽量采用机攻，避免手工攻丝进给不匀、中途停顿而造成的加工硬化。