TA15、TB6钛合金切削加工用量和刀具的选择

TA15 TB6钛合金切削加工用量和刀具的选择

加工的研究是必要的，特别是铳削高效加工的探索尤其显得紧迫和重要。

TA15、TB6钛合金材料主要特征

TA15 a钛合金是a相固熔体组成的单相合金。该合金室温强度在930MPa以上，耐热性高于纯钛，组织稳定，抗氧化能力强，500〜600 C下仍保持其强度，抗蠕变能力强，但不

能进行热处理强化。

TB6 b钛合金是b相固熔体组成的单相合金。该合金室温强度在1105MPa以上，但热稳

定性较差，不宜在高温下使用。

TA15、TB6钛合金的切削加工工艺特性

摩擦系数大，导热系数低，刀尖切削温度高。钛合金热导率仅为钢的1/4、铝的1/14、铜的1/25 ,因而散热慢，不利于热平衡。切削时产生的切削热都集中在刀尖上，使刀尖温度很高，易使刀尖很快熔化或粘结磨损而变钝。

弹性模量小。钛合金的弹性模量只有30CrMnSi的56%，这说明零件的刚性差，切削时

易产生弹性变形和振动，不仅影响零件的尺寸精度和表面质量，而且还影响刀具的使用寿命；

同时造成已加工面的弹性恢复较大，刀具后面摩擦增加导致刀具过快磨损。

化学活性大。在300 C以上时有强烈的吸氢、氧、氮的特性，造成加工表面易产生脆硬的化合物，切屑形成短碎片状，使刀具极易磨损。

钛合金化学亲和力较强，极易与其他金属亲和结合。在加工中切屑与刀具的粘结现象严重，使刀具的粘结和扩散磨损加大。

TA15、TB6钛合金零件切削用量和刀具参数的选择

主要加工方法

钛合金零件的加工余量比较大，有的部位很薄（2〜3mm），主要配合表面的尺寸精度、

形位公差又较严，因此每项结构件都必须按粗加工T半精加工T精加工的顺序分阶段安排工序。主要表面分阶段反复加工，减少表面残余应力，防止变形，最后达到设计图的要求。其主要的加工方法有铳削、车削、磨削、钻削、铰削、攻丝等。

铳削用量及刀具的选择

钛合金结构件中大量应用铳削加工，如零件内外型面。

刀具应选择具有高硬度、高抗弯强度和韧性、耐磨性好、热硬性好、工艺性好、散热性

好的材料，主要为高速钢W6Mo5Cr4V2AJ W2Mo9Cr4VCo5（M42和硬质合金YG8 K3O Y330。

刀具几何参数应以保证刀具强度高、刚性好、锋利为原则，细长比不能过大，并分粗、精加工两种，

加工时最好采用顺铳。铳削刀具参数见表1，常规加工铳削用量见表2。

铳削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度，切削液流量应不小

于5L/min ，以延长刀具的使用寿命。

在上述常规加工的基础上，为进一步提高铳削加工效率，我们在强力铳加工中心机床上进行了高效铳削试验，获得了较理想的效果。切削用量、刀具和切削液，铳削用量数据见表

3。

通过高效铳削与常规对比可以看出，高效铳削加工比常规加工效率提高了2〜4倍，零件表面质量也得到较大的提高，加工周期大大缩短，制造成本相应降低。

车削用量及刀具的选择

在刀具、切削用量、切削液选择合理的情况下，钛合金车削并不困难，与加工合金钢接近。但车削钛合金表面氧化皮较为困难，一般在加工前用酸洗方法去掉表面薄层氧化皮，然后车削剩余的氧化皮，车削时切削深度应超过氧化皮深度1〜5倍，走刀量可加大，但切削

速度应降低。

刀具材料应选择YG类硬质合金材料。

刀具几何参数选择：前角gO=4°〜8°,后角a0=12°〜18°,主偏角？45°〜75°,

刃倾角1=0 °，刀尖圆弧半径r=0.5〜1.5mm。

切削用量的选择：主轴转速n》23Or/min，进给量f >0.10〜0.15mm/r，切削深度

ap=1.5 〜2.0mm。

车削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度，提高刀具的耐用度。

磨削用量及刀具的选择

磨削加工可获得较高精度，但由于钛合金的特有性质决定了钛合金磨削非常困难。磨削时砂轮磨损严重，容易变钝，磨削比也较低；同时易在表面产生有害的拉应力及严重的表面

烧伤现象，因此应尽量避免磨削加工，以精铳代替。

磨削材料选择：磨削钛合金选用绿碳化硅（TL）、黑碳化硅（TH）两种磨料。如出现磨削烧伤趋势，应使用人造金刚石或立方氮化硼砂轮，其效果好，但价格昂贵。砂轮硬度选择较软砂轮R3 ZR1、ZR2,粒度选择46、60为佳，选A类结合剂。

磨削用量选择见表4。

钛合金零件在磨削过程中必须充分冷却，否则零件会变色甚至烧伤。磨削液除具有冷却、

润滑和冲洗作用外，更重要的还在于能有效地抑制钛与磨料的粘附和化学反应。

表5

表6

表7

表8钻头直径与切削用量的关系

适当增大钻头顶角，顶角范围由118°〜120°增加到135。〜140°,其目的是增强切削部分并使切削厚度增加，改善钻削效果。

选择合适的螺旋角b, b角增加，前角也增加，切削轻快，易于排屑，扭矩和轴向力也小，见表5。

增大钻心厚度，以提高钻头强度。钻心厚度一般为：K=（0.45〜0.32）D , D为钻头直径。

增大钻头外缘处后角，可以使横刃锋利，改善切削性能，特别对钻心处的钻削加工有明显改善，外缘处后角选择见表6。

加工成倒锥K，减小棱带同孔壁摩擦，使钻头切削时扭矩减小，提高效率，倒锥度见表

7。

钻削用量见表8。

钛合金进行钻削和攻丝加工时最好不用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆。钻削浅孔时，可用电解切削液；钻削深孔时，可用N32机械油加煤油，也可用硫化切削铰削用量及刀具的选用

钛合金铰孔是最后一道精加工工序，不仅要考虑生产率的问题，更重要的是要保证孔的

加工质量（精度和表面粗糙度）。为此必须保证刀具质量，合理选择切削用量，注意铰刀与钻铰模的协调和正确的操作技术。通过钻孔T扩孔（粗铰）T精铰的加工方法，一般都能满足产

品零件规定的要求。

刀具材料一般选用M42高速钢或硬质合金K30b刀具的几何参数为：前角g0=3°〜7 °

后角a0=12°〜18°，主偏角？=5°〜18°，刃倾角1=0 °。校准部分刃带宽度b=0.05〜0.15mm，过宽容易同钛合金加工表面粘结，过窄容易在铰削时产生振动。铰刀齿数Z=4〜