钛合金难加工的4大原因和6大对策！

发布时间：2024-04-26 15:33:16 丨 浏览次数：233

       钛合金有许多优点。例如：高耐腐蚀性、低密度高强度、无磁性、生物相容性、耐高温等。然而，钛合金实际上很难加工，需要特殊的切削工具。本文将讨论钛合金难以加工的原因以及可采取的对策。

1、钛合金难以加工的原因

       首先，温度集中       

       大多数钛合金的热导率都很低，只有钢的1/7，铝的1/16和铜的1/25。因此，钛合金切削过程中产生的热量不会迅速转移到工件或被切屑带走，而是集中在切削区域。

切削刃产生的温度可达1000℃，导致刀具切削刃快速磨损和开裂，导致切屑堆积，缩短刀具寿命。

       切削过程中产生的高温也破坏了钛合金零件的表面完整性，导致零件的几何精度下降，并出现加工硬化现象，严重降低了其疲劳强度。

       第二，弹性变形

       钛合金弹性模量不是很高，例如TC4的弹性模量仅为110Gpa，而45钢为210Gpa，303，304，316等不锈钢的弹性模量也在200Gpa左右，所以加工钛合金时，容易产生弹性变形。

       在加工薄壁或环形零件时，这个问题更为严重。将钛合金薄壁件加工到预期的尺寸精度并不容易。因为当工件材料被刀具推开时，薄壁局部变形已超过弹性范围，产生塑性变形，切削点材料强度和硬度显着增加。

       切削压力使“有弹性”的工件离开刀具并回弹，使刀具与工件之间的摩擦力大于切削作用，摩擦过程会产生热量，加剧了钛合金导热性差的问题。

       第三，钛合金的亲和力好，导致在车削和钻孔过程中会形成长而连续的切屑，这些切屑会缠住刀具并妨碍功能。切削深度过大时，会造成粘刀，烧刀，断裂等。

       当然亲和力好在其他地方也蛮有用，比如在离子泵中，用来做钛阴极板，当钛原子被溅射到阳极管壁，可起到吸附气体作用，从而产生超高真空。

       第四，振动

       钛合金的弹性可能有利于零件的性能，但在切削过程中，工件的弹性变形是产生振动的重要原因。

       加工钛合金产生的振动大约是钢的10倍。由于切削热集中到切削部分，会产生锯齿形切屑，并导致切削功率波动。

2、钛合金难加工的对策

首先，冷却

       可以使用冷却液来降低切削过程产生的高温，通常，非可溶性油冷却液用于低速重载切削和剪切，可溶性切削冷却液用于高速切削或剪切。

       另外可使用低温切削法，采用液氮（-180℃）或液态CO2（-76℃）作为切削液，可以降低切削区的温度。该方法可将主切削力降低20%，切削温度可降低300℃以上，同时积屑瘤消失，加工表面质量提高，刀具耐用度提高2到3次。

第二，选择合适的刀具

       选择正确的切削刀具，可以获得很好的改进。

       由于热量必须通过切削刃和冷却液排出，而不是像钢材那样通过切屑排出，因此切削刃的一小部分必须承受极高的热应力和机械应力，使用锋利的切削刃减小切削力。

       另外，可通过使用带有抛光凹槽的研磨和高正角可转位刀片，来降低切削压力。

       如果需要，还可以使用带涂层的刀具，抵抗合金的粘性并打碎长切屑，从而较大限度地减少排屑过程中的摩擦，这都有助于防止加工过程中产生热量。

第三，恒定进给或者增加进给率

       钛容易加工硬化，即切削材料时，钛变得更硬，因此更易磨损工具，恒定进给可确保加工硬化保持在较低限度。

       当然，如果机器允许，可以增加进给率，这意味着刀具在特定区域花费的时间更少，因此没有更多的时间进行热量积累和加工硬化。

第四，降低切割速度

       例如使用钢切割速度的1/3或更低，以进行放热控制。

第五，根据工艺更换刀具

       陶瓷、碳化钛和氮化钛涂层刀具用于加工钛合金，寿命会变短，通常，使用硬质刚刀具切割大量钛，使用高速硬质合金刀具切割少量钛。

       目前，超声波加工正在研发中，目标是减少刀具的接触时间，延长刀具寿命。

第六，使用高刚性机床

       坚固耐用的机床对于成功加工钛合金很重要。

       理想的钛合金铣床必须是刚性的，主轴必须能够在低转速和高扭矩下运行。

       这有助于吸收振动并减少切削过程中的颤振，这是加工钛合金时的常见问题。

       然后就是，应该定期清洁加工设备和刀具，以防止碎屑沉积。

钛合金管

锆靶块

铬棒