自1790年發(fā)現(xiàn)鈦元素以來(lái)，人類(lèi)為了獲得它超凡的性能，開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá)百年的艱辛探索。1910年人類(lèi)第一次制得金屬鈦，但鈦合金的應(yīng)用之路艱辛漫長(zhǎng)，直到40年后的1951年才最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

       鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫和抗疲勞等特點(diǎn)。同樣大小的鈦合金重量只是鋼的60%，但是卻比合金鋼的強(qiáng)度高。鈦合金由于良好的特性，在航空、航天、發(fā)電設(shè)備、核能、船舶、化工和醫(yī)療器械等領(lǐng)域中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

       鈦合金難加工原因

       鈦合金熱傳導(dǎo)率低、加工硬化嚴(yán)重、與刀具的親和性高、塑性變形小等4個(gè)特點(diǎn)是造成鈦合金難以加工的本質(zhì)原因。其被切削指數(shù)只相當(dāng)于易削鋼的20%。
       熱傳導(dǎo)率低
       鈦合金熱傳導(dǎo)率大約只有45#鋼的16%左右，加工中熱量不能及時(shí)傳導(dǎo)出去，造成切刃局部高溫（加工中的刀尖溫度是45#鋼的1倍以上），容易引發(fā)刀具擴(kuò)散磨損。

       加工硬化嚴(yán)重

       鈦合金加工硬化現(xiàn)象明顯，表面硬化層相比不銹鋼要嚴(yán)重，會(huì)給后續(xù)加工造成一定的困難，比如，刀具邊界損傷增大。

       與刀具的親和性高

       與含鈦的硬質(zhì)合金粘結(jié)嚴(yán)重。

       塑性變形小
       約為45鋼的彈性模量的1/2，故彈性恢復(fù)大，摩擦嚴(yán)重。同時(shí)，工件也容易發(fā)生裝夾變形。
       加工鈦合金的工藝訣竅
       在理解鈦合金加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，加上以往的經(jīng)驗(yàn)，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：
       （1）采用正角型幾何形狀的刀片，以減少切削力、切削熱和工件的變形。
       （2）保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化，在切削過(guò)程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài)，銑削時(shí)徑向吃刀量ae應(yīng)為半徑的30%。
       （3）采用高壓大流量切削液，以保證加工過(guò)程的熱穩(wěn)定性，防止因溫度過(guò)高導(dǎo)致工件表面變性和刀具損壞。
       （4）保持刀片刃口鋒利，鈍的刀具是熱集結(jié)和磨損的原因，容易導(dǎo)致刀具失效。
       （5）盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工，因?yàn)榇阌埠蟛牧献兊酶y加工，熱處理提高了材料的強(qiáng)度并增加刀片的磨損。
       （6）使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，盡可能把更多的刀刃進(jìn)入切削。這可以減少每一點(diǎn)的切削力和熱量，防止局部破損。在銑削鈦合金時(shí)，各切削參數(shù)中切削速度對(duì)刀具壽命的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）次之。
       從刀片入手解決鈦加工難題
       鈦合金加工時(shí)出現(xiàn)的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過(guò)800℃的化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散，也是形成溝槽磨損的原因之一。因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中，工件的鈦分子在刀片的前面積聚，在高壓高溫下“焊接”到刀刃上，形成積屑瘤。當(dāng)積屑瘤從刀刃上剝離時(shí)，將刀片的硬質(zhì)合金涂層帶走，因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。
       適合鈦加工的刀具結(jié)構(gòu)
       鈦合金加工的焦點(diǎn)是熱，大量高壓切削液要及時(shí)準(zhǔn)確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。市場(chǎng)上有專(zhuān)門(mén)用于鈦合金加工的銑刀獨(dú)特結(jié)構(gòu)。

       從具體機(jī)械加工方式入手

       車(chē)削

       鈦合金產(chǎn)品車(chē)削，易獲得較好的表面粗糙度，加工硬化不嚴(yán)重，但切削溫度高，刀具磨損快。針對(duì)這些特點(diǎn)，主要在刀具、切削參數(shù)方面采取以下措施：

       刀具材料：根據(jù)工廠現(xiàn)有條件選用YG6，YG8，YG10HT。

       刀具幾何參數(shù)：合適的刀具前后角、刀尖磨圓。

       較低的切削速度，適中的進(jìn)給量，較深的切削深度，充分冷卻，車(chē)外圓時(shí)刀尖不能高于工件中心，否則容易扎刀，精車(chē)及車(chē)削薄壁件時(shí)，刀具主偏角要大，一般為75~90度。

       銑削

       鈦合金產(chǎn)品銑削比車(chē)削困難，因?yàn)殂娤魇菙嗬m(xù)切削，并且切屑易與刀刃發(fā)生粘結(jié)，當(dāng)粘屑的刀齒再次切入工件時(shí)，粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具材料，形成崩刃，極大地降低了刀具的耐用度。

       銑削方式：一般采用順銑。

       刀具材料：高速鋼M42。

       一般合金鋼的加工均不采用順銑，因機(jī)床絲杠、螺母間隙的影響，順銑時(shí)，銑刀作用在工件上，在進(jìn)給方向上的分力與進(jìn)給方向相同，易使工件臺(tái)產(chǎn)生間隙性竄動(dòng)，造成打刀。對(duì)順銑而言，刀齒開(kāi)始切入就碰到硬皮而導(dǎo)致刀具破損。但由于逆銑切屑是由薄到厚，在最初切入時(shí)刀具易與工件發(fā)生干摩擦，加重刀具的粘屑和崩刃。為使鈦合金順利銑削，還應(yīng)注意相對(duì)于通用標(biāo)準(zhǔn)銑刀，前角應(yīng)減小，后角應(yīng)加大。銑削速度宜低，盡量采用尖齒銑刀，避免使用鏟齒銑刀。

       攻絲

       鈦合金產(chǎn)品攻絲，因?yàn)榍行技?xì)小，易與刀刃及工件粘結(jié)，造成加工表面粗糙度值大，扭矩大。攻絲時(shí)絲錐選用不當(dāng)及操作不當(dāng)極易造成加工硬化，加工效率極低并時(shí)有絲錐折斷現(xiàn)象。

       需優(yōu)先選用一絲到位的跳牙絲錐，齒數(shù)應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)絲錐少，一般為2～3齒。切削錐角宜大，錐度部分一般為3～4扣螺紋長(zhǎng)度。為便于排屑，還可在切削錐部分磨出負(fù)傾角。盡量選用短絲錐以增加絲錐剛性。絲錐的倒錐部分應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)的適當(dāng)加大，以減少絲錐與工件的摩擦。

       鉸削

       鈦合金鉸削時(shí)刀具磨損不嚴(yán)重，使用硬質(zhì)合金和高速鋼鉸刀均可。使用硬質(zhì)合金鉸刀時(shí)，要采取類(lèi)似鉆削的工藝系統(tǒng)剛度，防止鉸刀崩刃。鈦合金鉸孔時(shí)出現(xiàn)的主要問(wèn)題是鉸孔光潔度不好，必須用油石修窄鉸刀刃帶寬度，以免刃帶與孔壁粘結(jié)，但要保證足夠的強(qiáng)度，一般刃寬在0.1～0.15mm為好。

       切削刃與校準(zhǔn)部分轉(zhuǎn)接處應(yīng)為光滑圓弧，磨損后要及時(shí)修磨，并要求各齒圓弧大小一致；必要時(shí)可加大校準(zhǔn)部分倒錐。

       鉆削

       鈦合金鉆削比較困難，常在加工過(guò)程中出現(xiàn)燒刀和斷鉆現(xiàn)象。這主要是由于鉆頭刃磨不良、排屑不及時(shí)、冷卻不佳以及工藝系統(tǒng)剛性差等幾方面原因造成的。因此，在鈦合金鉆削加工中須注意合理的鉆頭刃磨，大頂角、減少外緣前角、增大外緣后角，倒錐加至標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的2～3倍。勤退刀并及時(shí)清除切屑，注意切屑的形狀和顏色。如鉆削過(guò)程中切屑出現(xiàn)羽狀或顏色變化時(shí)，表明鉆頭已鈍，應(yīng)及時(shí)換刀刃磨。

       鉆模應(yīng)固定在工作臺(tái)上，鉆模引導(dǎo)刀面宜貼近加工表面，盡量使用短鉆頭。還有一個(gè)值得注意的問(wèn)題是當(dāng)采取手動(dòng)進(jìn)給時(shí)，鉆頭應(yīng)在孔中不進(jìn)不退，否則鉆刃摩擦加工表面，造成加工硬化，使鉆頭變鈍。

       磨削

       磨削鈦合金零件常見(jiàn)的問(wèn)題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷。其原因是鈦合金的導(dǎo)熱性差，使磨削區(qū)產(chǎn)生高溫，從而使鈦合金與磨料發(fā)生粘結(jié)、擴(kuò)散以及強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。粘屑和砂輪堵塞導(dǎo)致磨削比顯著下降，擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，使工件被磨表面燒傷，導(dǎo)致零件疲勞強(qiáng)度降低，這在磨削鈦合金鑄件時(shí)更為明顯。

       為解決這一問(wèn)題，采取的措施是：

       選用合適的砂輪材料：綠碳化硅TL。稍低的砂輪硬度：ZR1。
       鈦合金材料的切削加工，必須從刀具材料、切削液、加工工藝參數(shù)方面進(jìn)行控制，才能提高鈦合金材料加工的綜合效率。