上海剛杰機(jī)電提供高效合理的鈦板坡口方案

--------------------針對鈦切削的理性忠告

不難理解為什么汽車、醫(yī)療、化工、微型部件特別是航空領(lǐng)域的設(shè)計師們特別喜歡用鈦。由于鈦的密度僅僅為鋼的一半左右，因此鈦零件的重量大約只有鋼零件的一半。

但是其強(qiáng)度很高：純鈦達(dá)到800,000磅/英寸²(5517MPa)，合金鈦達(dá)到180,000磅/英寸²(1241MPa)以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出許多合金鋼的強(qiáng)度，因此鈦具有很高的強(qiáng)度重量比。

鈦的彈性為鋼的兩倍，成為抗斷裂或折斷要求很高的應(yīng)用場合之理想選擇。此外，鈦合金還比不銹鋼具有更高的耐腐蝕和耐氧化能力。

但是，了解這種材料特點(diǎn)的廠家卻可以成功加工鈦零件，而并不不必花費(fèi)高昂代價。鈦的許多品質(zhì)使它適合大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，但同時也導(dǎo)致其成為*難加工的材料之一。

大部分鈦合金導(dǎo)熱性很差。加工過程中產(chǎn)生的熱不會通過零件和機(jī)床結(jié)構(gòu)擴(kuò)散，而是集中在切削區(qū)。某些情況下達(dá)到的溫度高達(dá)2 ,0000°F(11093℃)，可能導(dǎo)致崩刃和變形；而刀刃變鈍則會產(chǎn)生甚至更高的熱量并進(jìn)一步降低刀具壽命。切削溫度可以達(dá)到如此之高，以至于鈦屑有時候會迸發(fā)火焰。

切削過程中產(chǎn)生的高溫還會引起工件不斷硬化，這種現(xiàn)象會影響鈦的表面完整性，并可能導(dǎo)致零件的幾何精度不**，并嚴(yán)重降低其疲勞強(qiáng)度。

對成品有益且必需的鈦合金彈性，在重負(fù)荷切削中卻對撓曲和振動“火上澆油”。在切削壓力下，“彈性”材料從刀具處挪開。因此，切削刃不進(jìn)行切削而是進(jìn)行摩擦，特別是在進(jìn)刀量比較小的場合。這種摩擦過程也會發(fā)熱，加劇因材料導(dǎo)熱性差而引起的問題。

加工薄壁零件或環(huán)——這是非常常見的工序，除用正傾角刀具外，用任何其他方式都將推動零件并引起零件撓曲，而不是切削零件。這樣就很堆進(jìn)行定尺寸切削。采用不正確的刀具將不會切削零件，而會推動零件，給材料施加應(yīng)力。隨著材料從切削刃處轉(zhuǎn)移、材料發(fā)生塑性變形而不是彈性變形，這樣就提高了材料在切削點(diǎn)處的強(qiáng)度和硬度。隨著合金硬度和強(qiáng)度變得越來越高，在切削環(huán)始時很合適的切削速度此時顯得過高，刀具開始劇烈磨損。

切削工件時所需要的切削速度取決于制成工件的合金。非合金鈦可以以180英尺/分鐘(55m/min)的速度加工，而韌度更高的b合金則要求加工速度低至30英尺/分鐘(9.1m/min)。一般而言，合金中釩和鉻越高，要求的切削速度就越低。在各種情況中，鈦合金都要求用很高的切屑負(fù)荷來克服摩擦和加工硬化問題。

鈦加工過程中所產(chǎn)生的切削力其數(shù)值僅比切削硬度相當(dāng)?shù)匿摃r所產(chǎn)生的切削力大一點(diǎn)點(diǎn)，但鈦加工看起來更難更復(fù)雜。

刀具側(cè)面磨損、缺口和積屑瘤是鈦切削時常見的刀具磨損類型。刀刃缺口以刀具側(cè)面和前面沿對應(yīng)于切深參數(shù)的線條出現(xiàn)局部磨損的形式產(chǎn)生。這種磨損，有一部分是因?yàn)榇饲暗蔫T造、鍛造、熱處理或前面的加工工序而引起的硬化層所導(dǎo)致。

切削刀具材料和工件之間的化學(xué)反應(yīng)也可能導(dǎo)致發(fā)生缺口磨損機(jī)制。這種情況發(fā)生在加工溫度超出800 ℃ 時，并且會導(dǎo)致刀具和工件之間熱的擴(kuò)散。

適合加工鈦合金和超級合金的*好的刀具基質(zhì)和涂層是一種與物**相沉積(PVD)TiAlN涂層組合的亞微基質(zhì)。這種PVD涂層薄而光滑的表面，連同足夠的剩余應(yīng)力，可以提高刀具對崩刃和缺口磨損的阻力，因此PVD涂層提供更高的耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性和積屑瘤阻力。因?yàn)檎掣郊夹g(shù)和涂層的均勻性得到改善，過去發(fā)生的因早期涂層引發(fā)的加工問題，對PVD涂層不再存在。 成功切削鈦的策略相反，在加工過程中，鈦工件材料的沉積趨向于積聚在刀片的前傾面上。該區(qū)域中形成的高壓可能將這些粒子焊接到切削刃上，形成積屑瘤現(xiàn)象。這些粒子，經(jīng)過連續(xù)的較短間隔，傾向于剝落切削刃，將部分硬質(zhì)合金含量從切削刀片上拔下來。

· 采用正切削幾何結(jié)構(gòu)減少切削力，發(fā)熱及零件撓曲。

· 采用恒定進(jìn)給防止工件出現(xiàn)加工硬化。在刀具切削過程中，千萬別停止進(jìn)給。

· 用大量冷卻液維持熱穩(wěn)定并防止可能導(dǎo)致次表面出現(xiàn)不規(guī)則和可能的刀具故障的溫升問題。

· 保持刀具尖銳。鈍刀會加速溫升，并引起導(dǎo)致刀具發(fā)生故障的磨損和撕裂現(xiàn)象。

· 在盡可能軟的狀態(tài)下加工鈦合金。由于許多合金是時效硬化的——它們在加熱時變硬——在形成**相粒子時，它們變得強(qiáng)度更高，磨蝕度更大。

· 盡可能采用較大的刀具端部半徑或圓形刀片，使刀具更多地進(jìn)入切削。這樣可以降低任意一點(diǎn)的切削力并防止局部損壞。

鈦及其合金

鈦合金有四種變型：a、a/b、b及新研制出的鋁化鈦，由于這四種變型依次添加更多的合金元素，因此它們的加工難度依次提升。

鈦的a相是純鈦，比較軟，并且可以高速加工。

這種材料不存在加工問題。但是，它缺乏其他合金的有益屬性，特別是強(qiáng)度和柔性，因此它的用途有限。

a/b合金是*常見的鈦合金．其中Ti-6Al-4V( 6%鋁、4%釩)在航空領(lǐng)域大*使用，尤其用于噴氣發(fā)動機(jī)。Ti-6Al-4V在醫(yī)療和化工行業(yè)應(yīng)用要少一些。

這些合金的加工難度為中等，由于a/b切屑難于斷裂并具有磨蝕性，因此刀具壽命較短。

b相鈦合金不具備a/b的韌度，但是它們的硬度更高、更脆。它們還更難加工，因?yàn)楹辖鹬械拟C，鉬及鉻的含量很高。鈦的b相合金變得越來越常見，并且向人們提出了嚴(yán)肅的加工挑戰(zhàn)。

鋁化鈦很難加工，但是它們的重量非常輕，而且強(qiáng)度非常高。以前，由于它們?nèi)狈g性而應(yīng)用有限。但是，材料科學(xué)研究己經(jīng)解決了其缺乏韌度的缺點(diǎn)，如今應(yīng)用場合開始拓寬到賽車發(fā)動機(jī)領(lǐng)域(用于推桿和閥桿)及噴氣發(fā)動機(jī)部件中。

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