钛合金的数控加工工艺

北京古天联成科技有限公司 张小东
2020/5/26
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冷却方法的选用
充分冷却 由于切削过程中产生大量的热，所以需要充分的 冷却。大剂量的乳化液能得到很好的冷却效果。
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由于刀具前角的减小加上切深的增加，消耗了 较多的切削功率，使切削热也有所增加，但我们 通过采用合理的切削速度和施加充分的冷却可使 切削热总体水平大幅度降低。我们依据对有关材 料的研究，通过实践确认： 对于螺旋立铣刀来讲， 铣刀的齿数宜多不宜少，一般Ｚ＝４－８齿，依 据刀具直径而定。
粗加工刀具： 前角 0-4°，后角 8-10°，螺旋角 2540°
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钛合金的材料特性
钛合金是广泛的运用于航空航天领域的高 性能材料，其重量轻、强度高、韧性好、 耐腐蚀是其最显著的特点。在众多的的金 属材料中，钛合金是唯一同时具有高强度、 低密度，极好的抗疲劳和耐腐蚀性能，以 及较低的弹性模数的材料，钛合金在高温 （600℃以上）时易与氧、氮及氢等产生反 应而使材质劣化，使得后续切削加工相对 困难。
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工艺参数的选用
通过以上分析，我们了解到钛合金的材料特性 和机械加工的特性，为此我们可以在施工中有针 对的加以解决。
在切削过程中，刀具的几何参数和切削用量是相互作 用的因素。当刀具前角增大时，使剪切角增大，变形 系数减小，因此切削变形减小。前面分析到钛合金变 形系数小是产生高温的一个重要原因，所以应当适当 的增大变形系数，途径是减小前角，增大剪切角。其 结果是使切屑变厚，增大了切屑与刀具前面的接触面 积，改善了散热条件。
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工装的设计原则
工装要求结构稳固、刚性好、夹紧牢靠。 优选气压或液压夹紧方式。
工装材料不能选用铝合金等有色金属，因 为不同性质的金属之间容易发生扩散污染。
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当切深增加时可增加切屑与刀刃的接触宽度，从而改 善散热条件。适当增加进给量可得到合适的变形系数。 增大进给量，减少了切屑的总长度，因而减少了切屑 与刀具前面的摩擦，从而降低了切削温度。
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工艺参数的选用
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钛合金零件加工难点
钛合金属于难切削材料，其切削特点是：
1、变形系数小，易加速刀具磨损； 2、导热系数小，切削时产生的热不易传出，使
切削温度高； 3、单位面积上的切削力大，容易造成崩刃； 4、弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产
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提高钛合金加工效率的方法
选择合理切削参数，提高切削效率 钛合金零件的加工周期都非常长，一个零件
从毛坯到成品，有80％的材料变成了切屑。所以 提高切削效率是关键的因素。从实践中我们认识 到合理的工艺过程和合理的切削参数是提高切削 效率的主要方法。
在工艺过程的编排中，充分注意到粗精加工 的不同。在粗加工阶段，高的金属去除率是我们 追求的目标，采用尽可能大的刀具直径、大的切 深和大的每齿进给量。
6、由于毛坯有硬而脆的外皮和对刀具材料化学 亲和性强，易造成刀具磨损和粘刀现象。
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机床选用原则
选择刚性好、没有反向间隙的大功率、强 力切削机床。 因为钛合金属于难加工材料，如果机床 刚性不好或反向间隙过大，加工中刀具会 产生振动，这会导致刀具折断，零件切伤。 同时，因为加工钛合金普遍采用大切深的 强力切削方式，机床的功率必须足够。
钛合金的数控加工工艺
数控知识系列讲座
作者：张小东
大纲
钛合金的材料特性 钛合金零件加工难点 机床选用原则 工装的设计原则 切削刀具的选用 切削参数的选用 钛合金切削工艺设计 提高钛合金加工效率的方法
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低转速（700~800转/分），低进给（280~420毫米/分）， 转角处进给速度减至180毫米/分；粗铣外形要径向分层 （3/4刀具直径）
精加工刀具： 前角 4-8°，后角 10-12°，螺旋角 25-40°
大的螺旋角可使切削平稳，并可增大实际切削前角， 从而减少切削力。
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刀具的选用
优选刀具材料
刀具材料是决定刀具切削性能的重要因素。从 降低切削温度减少粘结的观点出发，要求刀具材 料本身具有摩擦系数小，与钛合金亲合性差，导 热性高，耐磨性好等特点。参考试验研究和生产 实践经验，高钒高钴类高速钢和钨钴类硬质合金 刀具比较适合加工钛合金。
生弯曲变形，引起共振，加大刀具磨损并影响 零件的精度；
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钛合金零件加工难点
5、化学活性大，在高温切削下容易吸收空气中 的氧和氮，在外皮产生冷硬现象，在切削过程 中的塑性变形也会造成冷硬现象，会降低零件 的疲劳强度，加剧刀具磨损；
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Βιβλιοθήκη Baidu
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提高钛合金加工效率的方法
采用“低进给、低转速、大切深”的方式来加工钛合金零 件。“大切深”可以充分利用刀具侧刃参与切削，提高刀 具使用寿命，提高加工效率；“低转速、低进给”可以减 小切削力和发热量，以保护零件和刀具。对深槽必须采用 分层加工，这样可以减小切削应力，防止发生拉刀、让刀、 断刀现象。