鈦合金銑削、打磨需要合適條件

　　與其他大多數(shù)金屬材料加工相比，鈦加工不僅要求更高，而且限制更多，傳統(tǒng)鈦金屬加工過程中碰到的許多問題并非不可避免，只要克服鈦屬性對(duì)加工過程的影響，就

能取得成功。

　　鈦合金有如下切削特點(diǎn)：

　　(1)變形系數(shù)小：這是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn)，變形系數(shù)小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。

　　(2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當(dāng)于45號(hào)鋼的1/5～1/7)，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較

小范圍內(nèi)，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號(hào)鋼時(shí)高出一倍以上。

　　(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時(shí)約小20%，由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時(shí)，由于鈦合金的

彈性模量小，加工時(shí)在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動(dòng)，因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。

　　(4)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時(shí)切削過程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象

不僅會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時(shí)的一個(gè)很重要特點(diǎn)。

　　(5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外，由于

鈦合金對(duì)刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。

　?。?）在銑削加工中，由于鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，而且切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削變形區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，加

工時(shí)切削刃刃口處會(huì)產(chǎn)生極高的切削溫度，將大大縮短刀具壽命。例如對(duì)于鈦合金Ti6Al4V來說，在刀具強(qiáng)度和機(jī)床功率允許的條件下，切削溫度的高低是影響刀具壽命的關(guān)

鍵因素，而并非切削力的大小。

　　【關(guān)鍵詞】TC4鈦合金旋轉(zhuǎn)銼刀氧化層

　　Ti6Al4V（以下簡(jiǎn)稱TC4）是目前用量最大的鈦合金材料，其因具有密度小、強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大、綜合力學(xué)性能和工藝性能（熱變形性、焊接性、耐蝕性）良好等一系列

優(yōu)點(diǎn)，而在航空航天、船舶、石化、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域得到廣泛和成功應(yīng)用。

　　隨著相關(guān)工業(yè)的飛速發(fā)展，TC4鈦合金的使用量與日俱增，其在機(jī)械加工行業(yè)的切削加工也日漸成熟。鈦合金銑削作為切削加工量中占比最大的加工方式，加之加工時(shí)

易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)銼刀崩刃，耐用度底等問題，使得TC4的銑削加工受到普遍關(guān)注。

　　二、TC4鈦合金的切削加工性

　　TC4鈦合金屬于（α+β）型鈦合金，是典型的難加工材料之一，其切削加工性僅為45鋼的1/5～2/5，介于不銹鋼和高溫合金之間。主要是因?yàn)椋?/span>

　　（一）TC4的導(dǎo)熱率為鐵的1/4、鋁的1/16，比不銹鋼和高溫合金的導(dǎo)熱率還要低，使得加工過程中產(chǎn)生的大量切削熱大部分殘留在刀具內(nèi)，造成切削溫度高，刀具迅速

磨損。

　?。ǘ┡c45鋼相比，TC4的切削力是其2/3～3/4，但切屑與前刀面的接觸面積卻只有其1/2～2/3，所以切削刃承受的應(yīng)力是鋼的1.3～1.5倍，刀尖或切削刃更容易磨損

或損傷。

　?。ㄈ┫嗤瑮l件下，TC4材料與刀具材料的摩擦系數(shù)大于碳鋼，切屑沿前刀面流出的摩擦速度高，導(dǎo)致摩擦功大，摩擦界面溫度高，刀具易磨損。

　?。ㄋ模└邷貢r(shí)，鈦合金能與空氣中的氫、氧、氮起化學(xué)反應(yīng)，形成硬化層，造成工件塑性降低，切屑與前刀面接觸面積減小，加速刀具磨損。

　?。ㄎ澹㏕C4的彈性模量約為鋼的1/2，小彈性模量和大屈強(qiáng)比使切削加工時(shí)工件已加工面產(chǎn)生較大回彈和變形，刀具后角磨損，與零件摩擦加劇。

　　三、TC4鈦合金的銑削打磨加工

　?。ㄒ唬┬D(zhuǎn)銼刀的選擇

　　銑削TC4鈦合金用旋轉(zhuǎn)銼刀常選高性能高速鋼和硬質(zhì)合金兩種材質(zhì)。高速鋼銑刀可選鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2Al和鈷高速鋼W2Mo9Cr4Co8兩種牌號(hào)。硬質(zhì)合金銑刀可選

YG10H和YG8兩種牌號(hào)。鈷高速鋼因含鈷而切削性能更好，當(dāng)切削用量大時(shí)考慮使用。YG10H是亞細(xì)顆粒合金，硬度及抗彎強(qiáng)度均優(yōu)于YG8，且耐磨性能、抗沖擊和抗振性

能好，適宜銑削加工TC4材料。

　　1.銑削TC4用的旋轉(zhuǎn)銼刀，前角應(yīng)比通用標(biāo)準(zhǔn)銑刀小、后角比它大，盡量采用鋒利的尖齒。同時(shí)，考慮過渡刃和刀尖圓弧對(duì)銑刀耐用度的影響、考慮銑刀直徑、銑削刃長(zhǎng)

度對(duì)本身剛性的影響，盡量采用旋轉(zhuǎn)銼刀工作部分短、具有過渡刃的大直徑旋轉(zhuǎn)銼刀。

　　2.切削液的使用

　　銑削TC4鈦合金時(shí)，可通過使用切削液提高銑刀耐用度，尤其是使用高速鋼刀具時(shí)。用硬質(zhì)合金銑刀銑削時(shí)，也可不用切削液，進(jìn)行干切削。

　　3.鍛造氧化層的銑削

　　TC4鈦合金鍛件的氧化層本身硬度大，且表面凹凸不平，銑削困難。氧化層雖可通過酸洗去掉，但會(huì)造成脆氫，需真空退火除氫，還是建議用切削的辦法去除。

　　銑削TC4氧化皮時(shí)，切削深度，切削深度應(yīng)大于氧化層厚度，每齒進(jìn)給量af一般在0.1mm左右，銑削速度應(yīng)降至無(wú)氧化層時(shí)的50%左右。

　　4.旋轉(zhuǎn)銼刀損傷對(duì)策

　　旋轉(zhuǎn)銼刀的損傷是指嚴(yán)重磨損、崩刃、斷齒等。旋轉(zhuǎn)銼刀出現(xiàn)損傷時(shí)，可以通過改變銑刀幾何參數(shù)（前角、后角）、切削用量、刀具材料、刀尖圓弧、刀具齒數(shù)、銑削

方式，及切削液等對(duì)策解決。

　　TC4鈦合金的不良切削加工性給其銑削加工帶來一系列刀具和精度問題。但參照技術(shù)資料或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累，通過選擇合適的銑刀材質(zhì)和幾何參數(shù)，調(diào)整銑削用量和銑削

方式，改善切削條件，并針對(duì)性分析和處理銑刀損傷，TC4鈦合金的銑削難題便可迎刃而解。