钛合金车削加工技术

钛合金车削加工技术
摘要：钛合金具有比重小、热强度高，抗腐蚀性好等特性，广泛应用于航空、航天、化工等行业，但钛合金零件的车削加工却非常困难、加工效率低。

本文探讨了钛合金的车削加工措施，对如何加工这种用途广泛的难加工材料将有所帮助。

关键词：钛合金材料切削加工刀具材料刀具几何参数
The processing Technology about turning on titanium alloy
Abstract：Titanium has the proportion of small, high thermal strength ，corrosion resistance and other characteristics, used widely in aviation, aerospace, chemical and other industries, butthe turning of titanium parts is very difficult, the processing efficiency is low. This paper discusses the titanium turning strategy on how to process a wide range of difficult to machine materials for this purpose will be helpful.
Key words：titanium alloy ，machining, Cutting tool materials, Cutting tool geometry parameters
钛合金具有比重小、热强度高、抗腐蚀性好等特性，但钛合金零件的车削加工却非常困难，加工效率低。

所以怎么样攻克钛合金加工难，效率低。

我们对钛合金的性能在车削加工中的影响进行了研究分析，得出了以下钛合金车削加工策略，并在实际加工中取得了良好的
效果。

1 钛合金材料的类型及性能
1.1 钛合金的类型
钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。

钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。

利用钛的两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。

按基本组织分为以下三类：α合金钛,(α+β)钛合金和β钛合金，分别以TA、TC、TB表示。

1.2 钛合金的性能
1.2.1 强度、热强度高
钛合金的密度大，强度高。

因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料。

钛的熔点为1660℃，具有较高的热强度，可在550℃以下工作。

1.2.2 抗腐蚀性好
在500℃以下钛合金，钛合金易形成致密的氧化膜，故不易被进一步的氧化。

对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。

1.2.3 导热系数小、弹性模量小
钛合金的导热系数平均是工业纯钛的一半。

弹性模量约为钢的1/2，弹性模量小。

1.2.4 化学活性大
钛的化学活性大，与大气中O、N、H、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。

含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；氢含量上升，也会形成脆化层。

钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。

2 影响钛合金切削加工的因素
（1）热导系数小，散热条件不好，导致切削温度升高，加快刀具磨损，降低使用寿命。

（2）温度达到600℃以上时，形成氧化层，对刀具具有强烈的磨损作用。

（3）钛合金弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响工件的精度。

（4）钛的化学活性大，在高的切削温度下，易于相接触的金属发生亲和，导致粘结、扩散，加剧刀具磨损。

3 钛合金材料切削加工普遍原则
根据钛合金的特点和切削加工中的出现的问题，加工时需要考虑以下因素：
（1）切削速度不宜太高。

实验表明切削速度越高，切削温度会随之增加，直接影响刀具的磨损和寿命。

因此，要选择合适的切削速度。

（2）切削深度可较大。

切削深度对切削温度影响较小，所以在合理选择切削速度的前提下，尽量增大切削深度，可以使刀具的刀尖在硬化层下工作，提高刀具的耐用度。

（3）工艺系统应具有足够的强度。

机床主轴应具有较小的间隙，跳动量小；刀具伸出不易过长，保持有足够的强度；夹具夹紧力要适当，不易过大防止变形。

（4）加注充分的冷却液。

由于钛合金在加工过程中，温度很高，化学活性大。

在微量切削时，易出现燃烧现象，所以必须加注充分的切削液。

常用的切削液有乳化液和极压水溶性切削液。

4 刀具材料、几何参数及切削用量的选择
4.1 刀具材料的选择
由于钛合金导热系数小，塑性低，易出现加工硬化等，所以切削加工钛合金时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，一般选用硬质合金刀具。

常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG8W、YG10H、YG6A、YS2T、YGRM和YD15等。

（1）粗加工时，应选择YG8、YG8W、YG10H、YG6A等。

（2）精加工时，切削量较小，可以选用YG8W、YD15等。

4.2 刀具几何参数及切削用量选择
以外圆车刀为例：
粗加工时，前角选择3°～7°，后角为8 °～15 °，刀尖圆弧半径为0.5～1.0mm；切削速度25～38 m/min，切削深度3～5 mm，进给量0.3～0.5 mm/r。

精加工时，前角选择10°～15 °，后角为8 °～15°，刀尖圆弧半径为0.3～0.5mm；切削速度50～75 m/min，切削深度0.2～0.5 mm，进给量0.1～.0.15 mm/r。

4.3 其它参数选择
（1）磨出0.05～0.1mm的负倒棱，增强切削刃强度。

（2）粗车时，刃倾角λ=-3°～-5°，精车时刃倾角λ=-3°～0°。

5 钛合金车削时的注意事项
（1）由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。

（2）车削外圆时，刀具刀尖不能高于工件中心，防止出现扎刀现象。

（3）不能使用含氢的切削液。

如果使用含氢的切削液，须采取安全防护措施，同时切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件。

（4）在车削薄壁工件和精加工时，刀具的主偏角不易过小。

（5）经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，防止造成盐的应力腐蚀。

6 结论
综合考虑钛合金的性能对车削加工的影响，为了成功实现钛合金的车削加工，关键是选择合理的刀具材料；合理的刀具几何参数；尽可能选择低的切削速度、较大的切削深度以及进给量，并加注充分的冷却液，最终将会取得良好的加工效果。

参考文献
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