钛合金材料加工在机测量难点解析及测头刀具结构

为什么我们会认为钛合金是一种难加工材料？因为对其加工机理和现象缺乏深入了解。

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“热”是钛合金难加工的“罪魁祸首”。

加工钛合金时的切削力只比同硬度的钢略高，但加工钛合金的物理现象比加工钢复杂得多，这就使钛合金的加工面临很大的困难。

大多数钛合金导热系数低，只有钢的1/7，铝的1/16。因此，切削钛合金过程中产生的热量不会很快传递到工件上或被切屑带走，而是聚集在切削区，产生1 000℃以上的温度，使刀具的切削刃磨损、开裂并产生碎屑，磨损的切削刃会很快出现，使切削区产生更多的热量，进一步缩短刀具的寿命。

同时，切削过程中产生的高温破坏了钛合金零件的表面完整性，导致零件的几何精度下降和加工硬化现象，严重降低了其疲劳强度。

钛合金的弹性可能有利于零件的性能，但工件的弹性变形是切削过程中产生振动的重要原因。切削压力使“弹性”工件离开刀具并反弹，使刀具与工件之间的摩擦力大于切削效果。摩擦过程还会产生热量，加剧了钛合金导热性差的问题。

当加工薄壁或环形可变形零件时，这个问题更为严重。将钛合金薄壁零件加工到预期的尺寸精度并不容易。由于工件材料被刀具推开，薄壁的局部变形已超过弹性范围，产生塑性变形，切削点的材料强度和硬度明显增加。此时按照原来的切削速度，加工变得过高，进一步导致刀具的急剧磨损。

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加工钛合金的技术诀窍

在了解钛合金加工机理的基础上，结合以往的经验，加工钛合金的主要工艺诀窍如下:

(1)采用正角度几何形状的刀片，减少切削力、切削热及工件变形。

(2)保持恒定的进给量，以免工件硬化。在切割过程中，刀具应始终处于进给状态。在铣削过程中，径向进给a e应为半径的30%。

(3)采用高压大流量切削液，保证加工过程的热稳定性，防止高温引起的工件表面变质和刀具损坏。

(4)保持刀片刃口锋利，钝器是积热磨损的原因，容易导致刀具失效。

(5)尽量在钛合金最软的状态下加工，因为材料硬化后变得更难加工，热处理提高了材料的强度，增加了刀片的磨损。

(6)使用较大的刀尖圆弧半径或倒角切入，以切尽可能多的刀片。这样可以减少各点的切削力和热量，防止局部损坏。铣削钛合金时，在所有切削参数中，切削速度对刀具寿命vc的影响最大，其次是径向刀具进给量(铣削深度)ae。

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从叶片上解决钛加工难题

钛合金加工中的刀片槽磨损是前后切削深度方向的局部磨损，往往是由于前一次加工留下的硬化层造成的。加工温度超过800℃时刀具与工件材料之间的化学反应和扩散也是造成沟槽磨损的原因之一。

因为在加工过程中，工件的钛分子堆积在刀片前方，在高压高温下“焊接”到刀片上，形成切屑团块。当碎片团从刀刃上剥落时，它带走了刀片的硬质合金涂层。因此，钛合金加工需要特殊的叶片材料和几何形状。

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适用于钛加工的工具结构

钛合金加工的重点是热量，必须及时准确地在切削刃上喷洒大量的高压切削液，才能快速排除热量。市场上有专门用于钛合金加工的独特结构的铣刀。