前言
在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域，鈦合金憑借其高強度、低密度、良好的耐腐蝕性和優(yōu)異的生物相容性等特性，成為航空航天、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)等眾多高端領(lǐng)域的 “心頭好”。然而，這種性能卓越的材料，卻讓加工制造人員頭疼不已。究竟是什么原因讓鈦合金的加工困難重重？今天，我們就來一探究竟，揭開鈦合金加工難題背后的 “罪魁禍?zhǔn)住薄盁帷薄?/span>
1.面對溫度，鈦難加工
“熱” 如何讓鈦合金加工舉步維艱從切削力來看，鈦合金加工時的切削力只是略高于同等硬度的鋼，這似乎讓人們誤以為它的加工難度不會太高。但實際情況卻是，鈦合金加工過程中的物理現(xiàn)象比加工鋼要復(fù)雜得多，這其中，“熱” 起到了關(guān)鍵的 “搗亂” 作用。
鈦合金有個顯著的特點 —— 熱導(dǎo)率極低。大多數(shù)鈦合金的熱導(dǎo)率只有鋼的 1/7，鋁的 1/16。這就好比給切削區(qū)域穿上了一層厚厚的 “保暖衣”，在切削過程中產(chǎn)生的熱量無法迅速傳遞給工件或被切屑帶走，只能大量集聚在切削區(qū)域。隨著熱量不斷累積，切削區(qū)域的溫度會飆升至 1000℃以上。在如此高溫下，刀具的刃口就像遭遇了 “高溫熔爐”，迅速磨損、崩裂，還會生成積屑瘤。而快速磨損的刀刃，又會使切削區(qū)域產(chǎn)生更多的熱量，形成惡性循環(huán)，大大縮短刀具的使用壽命。
不僅如此，切削過程中產(chǎn)生的高溫還會對鈦合金零件造成 “致命傷害”。它會破壞零件的表面完整性，導(dǎo)致零件幾何精度下降，出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，而這種硬化會嚴(yán)重降低零件的疲勞強度。此外，鈦合金的彈性在切削過程中也 “幫了倒忙”。工件的彈性變形是產(chǎn)生振動的重要原因，切削壓力會使 “彈性” 的工件離開刀具后反彈，使得刀具與工件之間的摩擦現(xiàn)象大于切削作用。摩擦生熱，這無疑又加重了鈦合金導(dǎo)熱性不良的問題。在加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時，這個問題更是被無限放大。當(dāng)?shù)毒咄崎_工件材料，薄壁的局部變形超出彈性范圍產(chǎn)生塑性變形，切削點的材料強度和硬度明顯增加，此時若還按照原先的切削速度加工，刀具就會急劇磨損，想要將鈦合金薄壁零件加工到預(yù)期的尺寸精度，簡直難如登天。
2.面對鈦合金材料，優(yōu)化工藝
攻克鈦合金加工難題的工藝訣竅面對鈦合金加工的重重困難，科研人員和工程師們經(jīng)過不斷研究和實踐，總結(jié)出了一系列行之有效的工藝訣竅。
在刀具選擇上，采用正角型幾何形狀的刀片是關(guān)鍵。這種刀片能夠有效減少切削力、切削熱和工件的變形，為加工過程奠定良好基礎(chǔ)。在切削過程中，保持恒定的進給至關(guān)重要，這樣可以避免工件的硬化。刀具要始終處于進給狀態(tài)，銑削時徑向吃刀量ae應(yīng)為半徑的 30%，確保切削的穩(wěn)定性。
切削液的使用也大有講究。采用高壓大流量切削液，就像給加工過程安裝了一個 “強力空調(diào)”，能夠保證加工過程的熱穩(wěn)定性，防止因溫度過高導(dǎo)致工件表面變性和刀具損壞。同時，保持刀片刃口鋒利同樣不容忽視，鈍的刀具是熱集結(jié)和磨損的 “催化劑”，容易導(dǎo)致刀具失效，所以要及時對刀具進行維護和更換。
此外，盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工也是一個重要策略。因為淬硬后的鈦合金材料會變得更難加工，熱處理會提高材料的強度，進而增加刀片的磨損。在加工方式上，使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，讓更多的刀刃參與切削，這樣可以減少每一點的切削力和熱量，防止局部破損。在銑削鈦合金時，各切削參數(shù)中切削速度對刀具壽命vc的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）ae次之，合理調(diào)整這些參數(shù)，能夠顯著提升加工效率和質(zhì)量。
3.考慮從刀具選型上突破
從刀片和刀體結(jié)構(gòu)入手破局鈦合金加工過程中，刀片的磨損問題不容忽視。刀片溝槽磨損是常見現(xiàn)象，它是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，前期加工留下的硬化層是導(dǎo)致這種磨損的原因之一。當(dāng)加工溫度超過 800℃，刀具與工件材料之間會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和擴散，這也是形成溝槽磨損的 “幫兇”。在加工過程中，工件的鈦分子會在刀片前面積聚，在高壓高溫下 “焊接” 到刀刃上形成積屑瘤，而積屑瘤剝離時又會帶走刀片的硬質(zhì)合金涂層。因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀，以應(yīng)對這些復(fù)雜的情況。
除了刀片，刀體結(jié)構(gòu)也至關(guān)重要。鈦合金加工的焦點在于熱，只有將大量高壓切削液及時準(zhǔn)確地噴射到切削刃上，才能快速移除熱量。市場上專門用于鈦合金加工的銑刀擁有獨特結(jié)構(gòu)，它們就像是為鈦合金加工量身定制的 “秘密武器”，能夠更好地滿足加工過程中對排熱和切削的需求。
