钛合金切削技术

6. 钛合金的铣削加工
钛合金在惰性气体介质中低速铣削时，切屑 变形系数大于 1.0 ；但在大气中，铣削速度 v c =30 m/min时，切屑变形系数小于1.0，这是因为钛合金 在高温铣削时，对大气中氧和氮的亲和性很大，在 800 ℃高温条件下，钛合金的切屑便激烈地从周围 大气中吸收这些气体，产生相变并使缩短的切屑重 新伸长。钛合金铣削时温度很高，冲击力大，应选 用能很好地承受交变载荷和热冲击的铣刀刀齿材 料。通常选用 Y G 类硬质合金，也可用钴、铝超硬 高速钢。 铣削钛合金时，宜采用不对称顺铣法，这样刀 齿前面远离刀尖部分首先接触工件，刀齿切离时的 切屑很薄，不易粘结在切削刃上。而逆铣时正相 反，容易粘屑，当刀齿再次切入时切屑被碰断，造
4. 钛合金切削的切削用量选择
切削钛合金时，切削温度高、刀具寿命低，切 削用量中切削速度对切削温度的影响最大，因此应 力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近最 佳范围。高速钢刀具切削钛合金时的最佳切削温度 约为480～540℃，硬质合金刀具约为650～750℃。 切削钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削 深度和进给量。 （1）切削速度vc 切削速度对刀具寿命影响最 大，最好能使刀具在相对磨损最小的最佳切削速度 下工作。切削不同牌号的钛合金，由于强度差别较 大，切削速度应适当调整。切削深度对切削速度也 有一定影响，应根据不同的切削深度来确定切削速 度的大小。 （ 2 ）进给量 f 进给量对刀具的寿命影响较 小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选较大的 进给量，一般取 f =0.1 ～ 0.3mm/r 。进给量太小，使 刀具在硬化层内切削，会增加刀具磨损，同时极薄 的切屑在很高的切削温度下容易自燃，因此不允许 f <0.05mm/r。 （ 3 ）切削深度α p 切削深度对刀具寿命的影响 最小，一般选用较大的切削深度，这样不仅可以避 免刀尖在硬化层内切削，减小刀具磨损，还可增加 刀刃工作长度，有利于散热，一般取αp=1～5mm。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
37
C刀 具
utting Tools
（ 4 ）刃倾角 λ s
由于毛坯有硬皮和表层组织
削区域浇注大量的以冷却作用为主的切削液。对切 削液的要求有导热系数大、比热大、热容量大、汽 化热大、汽化速度快、流量大、流速快。一般说 来，水比油的导热系数大 3 ～ 5 倍，比热大 1 倍，汽 化热几乎大 10 倍左右，故用水溶性切削液较为合 适。车、铣削钛合金时，常采用乳化液，或采用有 极压添加剂的水溶性切削液。 对于钻孔、扩孔、铰孔、拉削、攻螺纹等工 序，应该采用润滑作用较大的极压可溶性油作切削 液，如蓖麻油、油酸、硫化油、氯化油等。冷却润 滑的方法最好采用高压喷雾冷却法、高压内冷却法 等，这样才可起到良好的冷却、润滑作用。切削液 流量不少于15～20L/min。
3. 钛合金切削的刀具几何参数选择
（1）前角γ o 钛合金切屑与前刀面的接触长度
短，前角较小时既可增加刀、屑的接触面积，使切 削热和切削力不至于过分集中在切削刃附近，改善 散热条件，又能加强切削刃，减小崩损的可能性。 ～15° 。 一般取γo=5° （2）后角α o 钛合金已加工表面弹性恢复 大、冷硬现象严重，采用大后角可减小对后刀面造 成的摩擦、粘附、粘结、撕裂等现象，以减小后刀 面的磨损。各种切削钛合金刀具的后角基本上都大 于等于15° 。 （ 3 ）主偏角 κ r和副偏角 κ ´ r 切削钛合金时切 削温度高、弹性变形倾向大，在工艺系统刚性允许 的条件下，应尽量减小主偏角，以增加切削部分的 散热面积和减小切削刃单位长度上的负荷，一般采 ，粗加工时取κ r=45° 。减小副偏角可以加 用κ r=30° 强刀尖，有利于散热和降低加工表面粗糙度值，一 ～15° 。 般取κ´r =10°
金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、 643、YS2T和YD15等。涂层刀片和YT类硬质合金 会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结 磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀 具，可选用高钒高速钢（如 W12C r4V4M o ）、高 钴高速钢（如 W2M o9C r4V C o8 ）或铝高速钢（如 W6M o5C r4V2A l 、 M10M o4C r4V3A l ）等刀具材 料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、 拉刀、丝锥等刀具。采用金刚石和立方氮化硼作 刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金 刚石刀具在切削液冷却的条件下，切削速度可达 200m/m i n ；若不用切削液，在同等磨损量时，允 许的切削速度仅为100m/min。
冷加工
2. 钛合金切削的刀具选择
切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结 两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热 性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料， Y G 类硬 质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此 应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合
2013年 第3期 www.metalworking1950.com
不均匀，粗车时切削刃容易崩损，为了增加切削刃 的强度和锋利程度，应加大切屑的滑动速度，一般 ～－5° ，精车时λs=0° 。 取 λ s= － 3 ° （5）刀尖圆弧半径rε 切削钛合金时，刀尖是 最薄弱的部分，容易崩掉和磨损，需磨出刀尖圆 弧，一般rε=0.5～1.5mm。 车 削 时 采 用 负 倒 棱 （ b γ= 0 . 0 3 ～ 0 . 0 5 m m ， ～0° ），断（卷）屑槽的槽底圆弧半径 γ o1= － 10 ° Rn=6～8mm。 另外，刀具刃磨质量对提高其寿命也十分重 要。硬质合金刀具宜用金刚石砂轮刃磨，切削时 刃口必须锋利，前后刀面的表面粗糙度值R a应小于 0.4μ m，刃口部分不允许有微小的缺口。刀具刃磨 后进行研磨，其寿命可提高30%。
1. 钛合金切削特点
钛合金的硬度大于350HBW时切削加工特别困 难，小于300HBW时则容易出现粘刀现象，也难于 切削。 此外，毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工 后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现 象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工 序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性 强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件 下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有 时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量 f <0.1m m/r时，磨损主要发生在后刀面上；当 f >0.2mm/r时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀 具精车和半精车时，后刀面的磨损以VB max<0.4mm 较合适。
栏目主持 蒋亚宝
C刀 具
utting Tools
钛合金的切削技术
北京环鼎科技有限责任公司 （102200） 饶立强
我们公司使用的钛合金材料是Ti-TC4钛合金， 属于α + β双相钛合金。它具有良好的综合性能， 组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性 能。能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效 使合金强化，热处理后的强度约比退火状态提高 50% ～ 100% 。高温强度高，可在 400 ～ 500 ℃的温 度下长期工作。特别适用于本公司生产的部分石油 测井仪器，各个方面均能满足井下仪器的苛刻环境 要求。