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鈦合金難加工的4大原因和6大對(duì)策！
鈦合金有許多優(yōu)點(diǎn)。例如：高耐腐蝕性、低密度高強(qiáng)度、無(wú)磁性、生物相容性、耐高溫等。然而，鈦合金實(shí)際上很難加工，需要特殊的切削工具。本文將討論鈦合金難以加工的原因以及可采取的對(duì)策。
1、鈦合金難以加工的原因
首先，溫度集中
大多數(shù)鈦合金的熱導(dǎo)率都很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16和銅的1/25。因此，鈦合金切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不會(huì)迅速轉(zhuǎn)移到工件或被切屑帶走，而是集中在切削區(qū)域。
切削刃產(chǎn)生的溫度可達(dá)1000℃，導(dǎo)致刀具切削刃快速磨損和開裂，導(dǎo)致切屑堆積，縮短刀具壽命。
切削過(guò)程中產(chǎn)生的高溫也破壞了鈦合金零件的表面完整性，導(dǎo)致零件的幾何精度下降，并出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了其疲勞強(qiáng)度。
第二，彈性變形
鈦合金彈性模量不是很高，例如TC4的彈性模量?jī)H為110Gpa，而45鋼為210Gpa，303，304，316等不銹鋼的彈性模量也在200Gpa左右，所以加工鈦合金時(shí)，容易產(chǎn)生彈性變形。
在加工薄壁或環(huán)形零件時(shí)，這個(gè)問(wèn)題更為嚴(yán)重。將鈦合金薄壁件加工到預(yù)期的尺寸精度并不容易。因?yàn)楫?dāng)工件材料被刀具推開時(shí)，薄壁局部變形已超過(guò)彈性范圍，產(chǎn)生塑性變形，切削點(diǎn)材料強(qiáng)度和硬度顯著增加。
切削壓力使“有彈性”的工件離開刀具并回彈，使刀具與工件之間的摩擦力大于切削作用，摩擦過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量，加劇了鈦合金導(dǎo)熱性差的問(wèn)題。
第三，鈦合金的親和力好，導(dǎo)致在車削和鉆孔過(guò)程中會(huì)形成長(zhǎng)而連續(xù)的切屑，這些切屑會(huì)纏住刀具并妨礙功能。切削深度過(guò)大時(shí)，會(huì)造成粘刀，燒刀，斷裂等。
當(dāng)然親和力好在其他地方也蠻有用，比如在離子泵中，用來(lái)做鈦陰極板，當(dāng)鈦原子被濺射到陽(yáng)極管壁，可起到吸附氣體作用，從而產(chǎn)生超高真空。
第四，振動(dòng)
鈦合金的彈性可能有利于零件的性能，但在切削過(guò)程中，工件的彈性變形是產(chǎn)生振動(dòng)的重要原因。
加工鈦合金產(chǎn)生的振動(dòng)大約是鋼的10倍。由于切削熱集中到切削部分，會(huì)產(chǎn)生鋸齒形切屑，并導(dǎo)致切削功率波動(dòng)。
2、鈦合金難加工的對(duì)策
首先，冷卻
可以使用冷卻液來(lái)降低切削過(guò)程產(chǎn)生的高溫，通常，非可溶性油冷卻液用于低速重載切削和剪切，可溶性切削冷卻液用于高速切削或剪切。
另外可使用低溫切削法，采用液氮（-180℃）或液態(tài)CO2（-76℃）作為切削液，可以降低切削區(qū)的溫度。該方法可將主切削力降低20%，切削溫度可降低300℃以上，同時(shí)積屑瘤消失，加工表面質(zhì)量提高，刀具耐用度提高2到3次。
第二，選擇合適的刀具
選擇正確的切削刀具，可以獲得很好的改進(jìn)。
由于熱量必須通過(guò)切削刃和冷卻液排出，而不是像鋼材那樣通過(guò)切屑排出，因此切削刃的一小部分必須承受極高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，使用鋒利的切削刃減小切削力。
另外，可通過(guò)使用帶有拋光凹槽的研磨和高正角可轉(zhuǎn)位刀片，來(lái)降低切削壓力。
如果需要，還可以使用帶涂層的刀具，抵抗合金的粘性并打碎長(zhǎng)切屑，從而較大限度地減少排屑過(guò)程中的摩擦，這都有助于防止加工過(guò)程中產(chǎn)生熱量。
第三，恒定進(jìn)給或者增加進(jìn)給率
鈦容易加工硬化，即切削材料時(shí)，鈦?zhàn)兊酶玻虼烁啄p工具，恒定進(jìn)給可確保加工硬化保持在較低限度。
當(dāng)然，如果機(jī)器允許，可以增加進(jìn)給率，這意味著刀具在特定區(qū)域花費(fèi)的時(shí)間更少，因此沒有更多的時(shí)間進(jìn)行熱量積累和加工硬化。
第四，降低切割速度
例如使用鋼切割速度的1/3或更低，以進(jìn)行放熱控制。
第五，根據(jù)工藝更換刀具
陶瓷、碳化鈦和氮化鈦涂層刀具用于加工鈦合金，壽命會(huì)變短，通常，使用硬質(zhì)剛刀具切割大量鈦，使用高速硬質(zhì)合金刀具切割少量鈦。
目前，超聲波加工正在研發(fā)中，目標(biāo)是減少刀具的接觸時(shí)間，延長(zhǎng)刀具壽命。
第六，使用高剛性機(jī)床
堅(jiān)固耐用的機(jī)床對(duì)于成功加工鈦合金很重要。
理想的鈦合金銑床必須是剛性的，主軸必須能夠在低轉(zhuǎn)速和高扭矩下運(yùn)行。
這有助于吸收振動(dòng)并減少切削過(guò)程中的顫振，這是加工鈦合金時(shí)的常見問(wèn)題。
然后就是，應(yīng)該定期清潔加工設(shè)備和刀具，以防止碎屑沉積。
