簡述鈦合金材料的機械加工工藝

張偉

【摘 要】 鈦合金材料具有抗蝕性能好、力學性能佳、強度高、質量輕等優點，因此被廣泛應用，但鈦合金材料也具有硬度高、塑性低、導熱系數低、彈性模量低等缺點，所以鈦合金材料的切削加工性能較差。為此，本文就鈦合金材料的機械加工工藝進行介紹。

【關鍵詞】 鈦合金材料 機械加工 切削加工

1 引言

鈦合金材料具有諸多優缺點，而其缺點包括硬度高、塑性低、導熱系數低、彈性變形大、彈性模量低等。因此，鈦合金加工過程，導熱系數小定會使材料的切削溫度過高；比熱小定會使材料的局部溫升過快，進而降低刀具的使用壽命；彈性模量低定會加劇材料表面的加工回彈，進而導致刀具磨損或者崩刃；高溫環境里，化學活性強定會加劇其與氮、氫、氧間的化學作用，進而增加機械加工的難度。此外，鈦合金加工過程，切削條件、刀具材料、切削加工時間均會對切削加工的綜合效率造成影響，因此鈦合金材料切削加工過程，必須對相關方面進行嚴格控制。

2 鈦合金材料的機械加工工藝

鈦合金材料的機械加工工藝種類繁多，比如電火花加工、銑削、車削、磨削、鉆削、攻絲等。鈦合金材料的機械加工過程，刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數均屬重要的影響因素，因此必須予以高度重視。

（1）切削液。鈦合金材料的切削加工過程，切削液的使用既能降低刀刃的熱量，也能沖走切屑，進而實現切削力的降低，可見切削液的使用必須合理，如此方能實現零件加工表面質量以及生產效率的改善。目前，常用的切削液包括非水溶性油質溶液、水基可溶性油質溶液、水或堿性水溶液三種。（2）刀具材料。由前文可知，鈦合金材料具有硬度高、塑性低、導熱系數低的缺點，因此加工過程勢必表現出切削溫度高、切削力度大的特點，進而加劇刀具的磨損以及降低刀具的使用壽命，可見所選刀具材料必須具有耐磨性高、硬性強的特點。目前，常用的刀具材料包括高速鋼牌號、硬質合金牌號、涂層刀具（抗粘結性能強、抗氧化性能強、耐磨性好等）、立方氮化硼刀具（熱硬性高、硬度高等）、聚晶金剛石刀具（硬度高、耐磨性高、導熱性高、摩擦系數低等）五種。（3）刀具的幾何參數。鈦合金材料的粗加工過程，盡量選用前/后角小、剛性高的刀具，比如鈦合金TC4的粗加工，前角取0～3°。鈦合金材料的精加工過程，盡量選用刀刃較鋒利、刀齒較密、前/后角以及螺旋角偏大、刀刃負倒棱小或者無倒棱的刀具，比如鈦合金TC4的精加工，前角取8～15°。若選用鏜刀或者圓車刀加工鈦合金，前/后角分別取10～15°、8～14°，刀尖圓弧半徑取0.2～0.6mm；若選用螺紋車刀，前/后角分別取0°、10°；若選用成型車刀，前/后角分別取5°、10°。鉆頭的設計必須滿足排屑流暢性的要求，即螺旋角取25～30°、就鉆頭螺旋槽進行拋光處理、鉆芯厚度取1/4鉆頭直徑；根據實情就橫刃進行修磨，以確保鉆頭的強度以及定心作用更好，此外鉆頭頂角取135～140°、鉆頭后角取12～15°，以增加切削的寬度以及厚度。銑刀的設計必須滿足鈦合金的切削要求。就立銑刀而言，前/后角分別取6～8°、6～12°，螺旋角取35～40°（前段取3°），而刀尖圓弧半徑取0.5～0.6mm。攻絲的切削環境往往保持著半封閉狀態，因此切削液順利流至切削區的難度較大，且潤滑以及散熱效果較差，外加鈦合金僅有較小的彈性模量，如此極易引起絲錐扭斷或者崩齒。針對該情況，優化攻絲的幾何參數尤其重要，即切削錐部分后角取6～12°，前角取7～10°，切削錐角取5～7°30′，校正齒型面鏟后角取1°。鉸刀的設計必須符合鈦合金彈性模量較小的特性，即鉸刀的前/后角分別取3～5°、10°，切削刃寬度取0.15mm。（4）鈦合金材料的切削加工工藝參數。針對斷續切削以及連續切削的情況，車削的工藝參數詳見表1、表2。

鈦合金鉆削加工過程，時常會出現斷鉆以及燒刀現象，而此現象的成因包括鉆頭刃磨欠佳、冷卻不佳、排屑不及時、工藝系統剛性差等。針對上述情況，必須對下列方面進行嚴格控制：一是勤退刀以及及時清除切屑，同時對切屑的顏色以及形狀進行跟蹤觀察；二是加足切屑液；三是把鉆模與工作臺固定起來，同時鉆模引導與加工表面應盡量貼近，以縮短鉆頭；四是手動進給過程，孔內鉆頭應前后運動，以免因鉆刃摩擦加工表面而造成鉆頭變鈍。銑削要求進行斷續切削，因此銑削過程時常出現銑刀崩刃、切削與刀齒粘結等現象，而粘結嚴重者甚至會損傷刀齒或者引起崩刃。針對此情況，最好采取順銑的切削方法，因為順銑切削較平穩，且刀齒切削路徑較短，同時從厚至薄的切削順序能夠有效控制切削粘結現象的出現，如此既能控制銑刀的磨損量，又能增強刀具的耐用度以及降低加工表面的粗糙度。切削錐角盡量大些，而錐度部分取3～4扣螺紋長度為宜。此外，切削錐部分應盡量磨出負傾角，以方便排屑；盡可能使用短絲錐，由此實現絲錐剛性的增加；絲錐的倒錐部分盡量大些（較標準值），由此控制工件與絲錐間的摩擦。鈦合金磨削時常因粘屑問題而導致零件表面燒傷或者砂輪堵塞，因為鈦合金導熱性較差，定會加劇磨削區的溫升，進而引起鈦合金與磨料粘結或者發生化學反應，如此知道燒傷工件的加工面以及降低零件的疲勞強度。針對上述情況，常見的控制方法為優化磨削的工藝參數，比如：砂輪材料——綠碳化硅TL；砂輪硬度——ZRI；砂輪速度——10～20m/s；砂輪粒度——60，此外進給量盡量控制到較低水平，同時用乳化液進行完全冷卻。就鈦合金的攻絲而言，應優選跳牙絲錐，注意齒數取2～3齒。

3 結語

綜上所述，鈦合金材料具有諸多優缺點，而其缺點嚴重影響著鈦合金材料的切削加工，因此鈦合金材料的切削加工過程，必須充分考慮到可能的影響因素以及必須滿足的特性要求，尤其應從刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數方面對鈦合金材料的切削加工進行控制，以提高鈦合金材料加工的綜合效率。

參考文獻：

[1]李富長，宋祖銘，楊典軍.鈦合金加工工藝技術研究[J].新技術新工藝，2010（5）.

[2]周宇.新型醫用鈦合金的制備、熱機械加工工藝及表面生物活化研究[D].2010.

[3]王國彪.鈦合金殼體件數控加工工藝研究[J].現代制造技術與裝備，2012（2）.endprint

【摘 要】 鈦合金材料具有抗蝕性能好、力學性能佳、強度高、質量輕等優點，因此被廣泛應用，但鈦合金材料也具有硬度高、塑性低、導熱系數低、彈性模量低等缺點，所以鈦合金材料的切削加工性能較差。為此，本文就鈦合金材料的機械加工工藝進行介紹。

【關鍵詞】 鈦合金材料 機械加工 切削加工

1 引言

鈦合金材料具有諸多優缺點，而其缺點包括硬度高、塑性低、導熱系數低、彈性變形大、彈性模量低等。因此，鈦合金加工過程，導熱系數小定會使材料的切削溫度過高；比熱小定會使材料的局部溫升過快，進而降低刀具的使用壽命；彈性模量低定會加劇材料表面的加工回彈，進而導致刀具磨損或者崩刃；高溫環境里，化學活性強定會加劇其與氮、氫、氧間的化學作用，進而增加機械加工的難度。此外，鈦合金加工過程，切削條件、刀具材料、切削加工時間均會對切削加工的綜合效率造成影響，因此鈦合金材料切削加工過程，必須對相關方面進行嚴格控制。

2 鈦合金材料的機械加工工藝

鈦合金材料的機械加工工藝種類繁多，比如電火花加工、銑削、車削、磨削、鉆削、攻絲等。鈦合金材料的機械加工過程，刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數均屬重要的影響因素，因此必須予以高度重視。

（1）切削液。鈦合金材料的切削加工過程，切削液的使用既能降低刀刃的熱量，也能沖走切屑，進而實現切削力的降低，可見切削液的使用必須合理，如此方能實現零件加工表面質量以及生產效率的改善。目前，常用的切削液包括非水溶性油質溶液、水基可溶性油質溶液、水或堿性水溶液三種。（2）刀具材料。由前文可知，鈦合金材料具有硬度高、塑性低、導熱系數低的缺點，因此加工過程勢必表現出切削溫度高、切削力度大的特點，進而加劇刀具的磨損以及降低刀具的使用壽命，可見所選刀具材料必須具有耐磨性高、硬性強的特點。目前，常用的刀具材料包括高速鋼牌號、硬質合金牌號、涂層刀具（抗粘結性能強、抗氧化性能強、耐磨性好等）、立方氮化硼刀具（熱硬性高、硬度高等）、聚晶金剛石刀具（硬度高、耐磨性高、導熱性高、摩擦系數低等）五種。（3）刀具的幾何參數。鈦合金材料的粗加工過程，盡量選用前/后角小、剛性高的刀具，比如鈦合金TC4的粗加工，前角取0～3°。鈦合金材料的精加工過程，盡量選用刀刃較鋒利、刀齒較密、前/后角以及螺旋角偏大、刀刃負倒棱小或者無倒棱的刀具，比如鈦合金TC4的精加工，前角取8～15°。若選用鏜刀或者圓車刀加工鈦合金，前/后角分別取10～15°、8～14°，刀尖圓弧半徑取0.2～0.6mm；若選用螺紋車刀，前/后角分別取0°、10°；若選用成型車刀，前/后角分別取5°、10°。鉆頭的設計必須滿足排屑流暢性的要求，即螺旋角取25～30°、就鉆頭螺旋槽進行拋光處理、鉆芯厚度取1/4鉆頭直徑；根據實情就橫刃進行修磨，以確保鉆頭的強度以及定心作用更好，此外鉆頭頂角取135～140°、鉆頭后角取12～15°，以增加切削的寬度以及厚度。銑刀的設計必須滿足鈦合金的切削要求。就立銑刀而言，前/后角分別取6～8°、6～12°，螺旋角取35～40°（前段取3°），而刀尖圓弧半徑取0.5～0.6mm。攻絲的切削環境往往保持著半封閉狀態，因此切削液順利流至切削區的難度較大，且潤滑以及散熱效果較差，外加鈦合金僅有較小的彈性模量，如此極易引起絲錐扭斷或者崩齒。針對該情況，優化攻絲的幾何參數尤其重要，即切削錐部分后角取6～12°，前角取7～10°，切削錐角取5～7°30′，校正齒型面鏟后角取1°。鉸刀的設計必須符合鈦合金彈性模量較小的特性，即鉸刀的前/后角分別取3～5°、10°，切削刃寬度取0.15mm。（4）鈦合金材料的切削加工工藝參數。針對斷續切削以及連續切削的情況，車削的工藝參數詳見表1、表2。

鈦合金鉆削加工過程，時常會出現斷鉆以及燒刀現象，而此現象的成因包括鉆頭刃磨欠佳、冷卻不佳、排屑不及時、工藝系統剛性差等。針對上述情況，必須對下列方面進行嚴格控制：一是勤退刀以及及時清除切屑，同時對切屑的顏色以及形狀進行跟蹤觀察；二是加足切屑液；三是把鉆模與工作臺固定起來，同時鉆模引導與加工表面應盡量貼近，以縮短鉆頭；四是手動進給過程，孔內鉆頭應前后運動，以免因鉆刃摩擦加工表面而造成鉆頭變鈍。銑削要求進行斷續切削，因此銑削過程時常出現銑刀崩刃、切削與刀齒粘結等現象，而粘結嚴重者甚至會損傷刀齒或者引起崩刃。針對此情況，最好采取順銑的切削方法，因為順銑切削較平穩，且刀齒切削路徑較短，同時從厚至薄的切削順序能夠有效控制切削粘結現象的出現，如此既能控制銑刀的磨損量，又能增強刀具的耐用度以及降低加工表面的粗糙度。切削錐角盡量大些，而錐度部分取3～4扣螺紋長度為宜。此外，切削錐部分應盡量磨出負傾角，以方便排屑；盡可能使用短絲錐，由此實現絲錐剛性的增加；絲錐的倒錐部分盡量大些（較標準值），由此控制工件與絲錐間的摩擦。鈦合金磨削時常因粘屑問題而導致零件表面燒傷或者砂輪堵塞，因為鈦合金導熱性較差，定會加劇磨削區的溫升，進而引起鈦合金與磨料粘結或者發生化學反應，如此知道燒傷工件的加工面以及降低零件的疲勞強度。針對上述情況，常見的控制方法為優化磨削的工藝參數，比如：砂輪材料——綠碳化硅TL；砂輪硬度——ZRI；砂輪速度——10～20m/s；砂輪粒度——60，此外進給量盡量控制到較低水平，同時用乳化液進行完全冷卻。就鈦合金的攻絲而言，應優選跳牙絲錐，注意齒數取2～3齒。

3 結語

綜上所述，鈦合金材料具有諸多優缺點，而其缺點嚴重影響著鈦合金材料的切削加工，因此鈦合金材料的切削加工過程，必須充分考慮到可能的影響因素以及必須滿足的特性要求，尤其應從刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數方面對鈦合金材料的切削加工進行控制，以提高鈦合金材料加工的綜合效率。

參考文獻：

[1]李富長，宋祖銘，楊典軍.鈦合金加工工藝技術研究[J].新技術新工藝，2010（5）.

[2]周宇.新型醫用鈦合金的制備、熱機械加工工藝及表面生物活化研究[D].2010.

[3]王國彪.鈦合金殼體件數控加工工藝研究[J].現代制造技術與裝備，2012（2）.endprint

【摘 要】 鈦合金材料具有抗蝕性能好、力學性能佳、強度高、質量輕等優點，因此被廣泛應用，但鈦合金材料也具有硬度高、塑性低、導熱系數低、彈性模量低等缺點，所以鈦合金材料的切削加工性能較差。為此，本文就鈦合金材料的機械加工工藝進行介紹。

【關鍵詞】 鈦合金材料 機械加工 切削加工

1 引言

鈦合金材料具有諸多優缺點，而其缺點包括硬度高、塑性低、導熱系數低、彈性變形大、彈性模量低等。因此，鈦合金加工過程，導熱系數小定會使材料的切削溫度過高；比熱小定會使材料的局部溫升過快，進而降低刀具的使用壽命；彈性模量低定會加劇材料表面的加工回彈，進而導致刀具磨損或者崩刃；高溫環境里，化學活性強定會加劇其與氮、氫、氧間的化學作用，進而增加機械加工的難度。此外，鈦合金加工過程，切削條件、刀具材料、切削加工時間均會對切削加工的綜合效率造成影響，因此鈦合金材料切削加工過程，必須對相關方面進行嚴格控制。

2 鈦合金材料的機械加工工藝

鈦合金材料的機械加工工藝種類繁多，比如電火花加工、銑削、車削、磨削、鉆削、攻絲等。鈦合金材料的機械加工過程，刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數均屬重要的影響因素，因此必須予以高度重視。

（1）切削液。鈦合金材料的切削加工過程，切削液的使用既能降低刀刃的熱量，也能沖走切屑，進而實現切削力的降低，可見切削液的使用必須合理，如此方能實現零件加工表面質量以及生產效率的改善。目前，常用的切削液包括非水溶性油質溶液、水基可溶性油質溶液、水或堿性水溶液三種。（2）刀具材料。由前文可知，鈦合金材料具有硬度高、塑性低、導熱系數低的缺點，因此加工過程勢必表現出切削溫度高、切削力度大的特點，進而加劇刀具的磨損以及降低刀具的使用壽命，可見所選刀具材料必須具有耐磨性高、硬性強的特點。目前，常用的刀具材料包括高速鋼牌號、硬質合金牌號、涂層刀具（抗粘結性能強、抗氧化性能強、耐磨性好等）、立方氮化硼刀具（熱硬性高、硬度高等）、聚晶金剛石刀具（硬度高、耐磨性高、導熱性高、摩擦系數低等）五種。（3）刀具的幾何參數。鈦合金材料的粗加工過程，盡量選用前/后角小、剛性高的刀具，比如鈦合金TC4的粗加工，前角取0～3°。鈦合金材料的精加工過程，盡量選用刀刃較鋒利、刀齒較密、前/后角以及螺旋角偏大、刀刃負倒棱小或者無倒棱的刀具，比如鈦合金TC4的精加工，前角取8～15°。若選用鏜刀或者圓車刀加工鈦合金，前/后角分別取10～15°、8～14°，刀尖圓弧半徑取0.2～0.6mm；若選用螺紋車刀，前/后角分別取0°、10°；若選用成型車刀，前/后角分別取5°、10°。鉆頭的設計必須滿足排屑流暢性的要求，即螺旋角取25～30°、就鉆頭螺旋槽進行拋光處理、鉆芯厚度取1/4鉆頭直徑；根據實情就橫刃進行修磨，以確保鉆頭的強度以及定心作用更好，此外鉆頭頂角取135～140°、鉆頭后角取12～15°，以增加切削的寬度以及厚度。銑刀的設計必須滿足鈦合金的切削要求。就立銑刀而言，前/后角分別取6～8°、6～12°，螺旋角取35～40°（前段取3°），而刀尖圓弧半徑取0.5～0.6mm。攻絲的切削環境往往保持著半封閉狀態，因此切削液順利流至切削區的難度較大，且潤滑以及散熱效果較差，外加鈦合金僅有較小的彈性模量，如此極易引起絲錐扭斷或者崩齒。針對該情況，優化攻絲的幾何參數尤其重要，即切削錐部分后角取6～12°，前角取7～10°，切削錐角取5～7°30′，校正齒型面鏟后角取1°。鉸刀的設計必須符合鈦合金彈性模量較小的特性，即鉸刀的前/后角分別取3～5°、10°，切削刃寬度取0.15mm。（4）鈦合金材料的切削加工工藝參數。針對斷續切削以及連續切削的情況，車削的工藝參數詳見表1、表2。

鈦合金鉆削加工過程，時常會出現斷鉆以及燒刀現象，而此現象的成因包括鉆頭刃磨欠佳、冷卻不佳、排屑不及時、工藝系統剛性差等。針對上述情況，必須對下列方面進行嚴格控制：一是勤退刀以及及時清除切屑，同時對切屑的顏色以及形狀進行跟蹤觀察；二是加足切屑液；三是把鉆模與工作臺固定起來，同時鉆模引導與加工表面應盡量貼近，以縮短鉆頭；四是手動進給過程，孔內鉆頭應前后運動，以免因鉆刃摩擦加工表面而造成鉆頭變鈍。銑削要求進行斷續切削，因此銑削過程時常出現銑刀崩刃、切削與刀齒粘結等現象，而粘結嚴重者甚至會損傷刀齒或者引起崩刃。針對此情況，最好采取順銑的切削方法，因為順銑切削較平穩，且刀齒切削路徑較短，同時從厚至薄的切削順序能夠有效控制切削粘結現象的出現，如此既能控制銑刀的磨損量，又能增強刀具的耐用度以及降低加工表面的粗糙度。切削錐角盡量大些，而錐度部分取3～4扣螺紋長度為宜。此外，切削錐部分應盡量磨出負傾角，以方便排屑；盡可能使用短絲錐，由此實現絲錐剛性的增加；絲錐的倒錐部分盡量大些（較標準值），由此控制工件與絲錐間的摩擦。鈦合金磨削時常因粘屑問題而導致零件表面燒傷或者砂輪堵塞，因為鈦合金導熱性較差，定會加劇磨削區的溫升，進而引起鈦合金與磨料粘結或者發生化學反應，如此知道燒傷工件的加工面以及降低零件的疲勞強度。針對上述情況，常見的控制方法為優化磨削的工藝參數，比如：砂輪材料——綠碳化硅TL；砂輪硬度——ZRI；砂輪速度——10～20m/s；砂輪粒度——60，此外進給量盡量控制到較低水平，同時用乳化液進行完全冷卻。就鈦合金的攻絲而言，應優選跳牙絲錐，注意齒數取2～3齒。

3 結語

綜上所述，鈦合金材料具有諸多優缺點，而其缺點嚴重影響著鈦合金材料的切削加工，因此鈦合金材料的切削加工過程，必須充分考慮到可能的影響因素以及必須滿足的特性要求，尤其應從刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數方面對鈦合金材料的切削加工進行控制，以提高鈦合金材料加工的綜合效率。

參考文獻：

[1]李富長，宋祖銘，楊典軍.鈦合金加工工藝技術研究[J].新技術新工藝，2010（5）.

[2]周宇.新型醫用鈦合金的制備、熱機械加工工藝及表面生物活化研究[D].2010.

[3]王國彪.鈦合金殼體件數控加工工藝研究[J].現代制造技術與裝備，2012（2）.endprint