钛合金切削中刀具材料选用及加工工艺介绍

    由于钛合金具有比重小，比强度与热强度高，热稳定性和抗腐蚀性好，可以显著地减轻产品重量，提高推重比、结构的抗热能力和可靠性，所以在航空、航天、石油、化工、造船等部门得到广泛应用，几年来，由于产品结构要求，我们在钛合金的切削加工工艺上进行了一些探索，下面就此作一介绍。
    钛合金简介
    钛合金是同素异构体，在低于882℃时呈密排六方晶体，称为α钛，在882℃呈体心六方晶体，称为p钛，随着添加其它合金元素的种类、数量不同，相变、温度及相分含量也逐渐改变，从而得到不同的钛合金，室温下可分为α、（α+β）、β型三种?基本组织，各组织对应的典型牌号有α钛：TA6―TA8；α+β：TCl―TCll；β钛；TBl―TB3。
    (1)影响钛合金切削加工性的因素  钛及钛合金的切削加工，从切削的刀具耐用度、加工表面的质量及切屑形成和排屑的难易程度等方面来衡量，钛及钛合金属难加工材料。钛及钛合金的切削加工性比奥氏体不锈钢还差，退火或固溶处理的钛合金切削加工性优于高温合金，而经时效处理后的钛合金切削加工性和高温合金差不多。
    钛合金切削加工性差主要有以下原因：
    ①导热、导温系数小，切削温度高。 钛合金的导热系数平均是工业纯钛的一半，导温系数分别为铁和铝的1／4和1／16，因此在相同的切削条件下，钛合金的切削温度比45钢高1倍以上。
    ②切削变形系数小，单位面积上的切削力大。钛合金的切削变形系数小于1或接近1，钛合金切屑被主切削刃切离后，立即向上翻卷，使切屑与刀具前刀面接触减少，刀具单位面积上所承受的压力要比一般钢材大得多，切削温度急剧上升。
    ③化学活性大。 钛合金在300℃以上高温下极易与刀具材料“亲和”，产生严重的粘刀现象o
    (2)刀具材料的选择  切削加工钛合金的刀具材料，要求抗变强度高、硬度高、韧性好、热硬性好、耐磨性好，还要散热好，决不能用含钛的刀具材料，因为含钛的刀具材料在高温下很容易与钛合金亲和，加剧刀具磨损。切削刀具要求刀面表面光洁，刃口锋利。对多刃刀具，应控制切削刃的跳动量。常用切削钛合金的刀具材料见表1。
    综合因素探讨
    影响钛合金切削加工的因素很多，要依据实际零件加工情况从各个方面进行综合分析，找出最佳途径。下面介绍一下在加工TA7、TC4材料零件中采取的几点措施。
    (1)切削机床、夹具的选择 切削加工钛合金应选择刚性好、功率大、具有大的变速范围和进给范围的机床，以便于调整切削参数。切削加工前认真调整机床导轨间隙，或单独使用某一方向进给加工时，最好将另一方向的螺母锁紧，减少机床振动；夹具刚性要好，使用圆工作台时，应将其间隙调好，螺母锁紧。
    (2)切削用量、刀具几何参数选择 切削加工钛合金时，应重点考虑钛合金切削时会产生较高温度的因素，由于切削温度高，刀具磨损加快。切削温度一般取值为：硬质合金刀具切削温度应控制在600―800℃，高速钢刀具切削温度控制在450―560℃的范围内，还要严格控制切削用量，特别是切削速度不能高。在实际加工中要根据具体材料和不同加工工序进行选择，并使用充足的切削液，提高切削效率。切削钛合金刀具的几何参数见表2。

表1  常用切削钛合金的刀具材料

表2  切削钛合金刀具的几何参数（供参考）