鈦合金銑削、打磨需要合適條件

　　與其他大多數金屬材料加工相比，鈦加工不僅要求更高，而且限制更多，傳統鈦金屬加工過程中碰到的許多問題并非不可避免，只要克服鈦屬性對加工過程的影響，就

能取得成功。

　　鈦合金有如下切削特點：

　　(1)變形系數小：這是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。

　　(2)切削溫度高：由于鈦合金的導熱系數很小(只相當于45號鋼的1/5～1/7)，切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產生的熱不易傳出，集中在切削區和切削刃附近的較

小范圍內，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上。

　　(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小20%，由于切屑與前刀面的接觸長度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時，由于鈦合金的

彈性模量小，加工時在徑向力作用下容易產生彎曲變形，引起振動，因此，要求工藝系統應具有較好的剛性。

　　(4)冷硬現象嚴重：由于鈦的化學活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象

不僅會降低零件的疲勞強度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時的一個很重要特點。

　　(5)刀具易磨損：毛坯經過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外，由于

鈦合金對刀具材料的化學親和性強，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產生粘結磨損。

　　（6）在銑削加工中，由于鈦合金材料的導熱系數低，而且切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產生的熱不易傳出，集中在切削變形區和切削刃附近的較小范圍內，加

工時切削刃刃口處會產生極高的切削溫度，將大大縮短刀具壽命。例如對于鈦合金Ti6Al4V來說，在刀具強度和機床功率允許的條件下，切削溫度的高低是影響刀具壽命的關

鍵因素，而并非切削力的大小。

　　【關鍵詞】TC4鈦合金旋轉銼刀氧化層

　　Ti6Al4V（以下簡稱TC4）是目前用量最大的鈦合金材料，其因具有密度小、強度高、比強度大、綜合力學性能和工藝性能（熱變形性、焊接性、耐蝕性）良好等一系列

優點，而在航空航天、船舶、石化、醫藥衛生等領域得到廣泛和成功應用。

　　隨著相關工業的飛速發展，TC4鈦合金的使用量與日俱增，其在機械加工行業的切削加工也日漸成熟。鈦合金銑削作為切削加工量中占比最大的加工方式，加之加工時

易出現旋轉銼刀崩刃，耐用度底等問題，使得TC4的銑削加工受到普遍關注。

　　二、TC4鈦合金的切削加工性

　　TC4鈦合金屬于（α+β）型鈦合金，是典型的難加工材料之一，其切削加工性僅為45鋼的1/5～2/5，介于不銹鋼和高溫合金之間。主要是因為：

　　（一）TC4的導熱率為鐵的1/4、鋁的1/16，比不銹鋼和高溫合金的導熱率還要低，使得加工過程中產生的大量切削熱大部分殘留在刀具內，造成切削溫度高，刀具迅速

磨損。

　　（二）與45鋼相比，TC4的切削力是其2/3～3/4，但切屑與前刀面的接觸面積卻只有其1/2～2/3，所以切削刃承受的應力是鋼的1.3～1.5倍，刀尖或切削刃更容易磨損

或損傷。

　　（三）相同條件下，TC4材料與刀具材料的摩擦系數大于碳鋼，切屑沿前刀面流出的摩擦速度高，導致摩擦功大，摩擦界面溫度高，刀具易磨損。

　　（四）高溫時，鈦合金能與空氣中的氫、氧、氮起化學反應，形成硬化層，造成工件塑性降低，切屑與前刀面接觸面積減小，加速刀具磨損。

　　（五）TC4的彈性模量約為鋼的1/2，小彈性模量和大屈強比使切削加工時工件已加工面產生較大回彈和變形，刀具后角磨損，與零件摩擦加劇。

　　三、TC4鈦合金的銑削打磨加工

　　（一）旋轉銼刀的選擇

　　銑削TC4鈦合金用旋轉銼刀常選高性能高速鋼和硬質合金兩種材質。高速鋼銑刀可選鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2Al和鈷高速鋼W2Mo9Cr4Co8兩種牌號。硬質合金銑刀可選

YG10H和YG8兩種牌號。鈷高速鋼因含鈷而切削性能更好，當切削用量大時考慮使用。YG10H是亞細顆粒合金，硬度及抗彎強度均優于YG8，且耐磨性能、抗沖擊和抗振性

能好，適宜銑削加工TC4材料。

　　1.銑削TC4用的旋轉銼刀，前角應比通用標準銑刀小、后角比它大，盡量采用鋒利的尖齒。同時，考慮過渡刃和刀尖圓弧對銑刀耐用度的影響、考慮銑刀直徑、銑削刃長

度對本身剛性的影響，盡量采用旋轉銼刀工作部分短、具有過渡刃的大直徑旋轉銼刀。

　　2.切削液的使用

　　銑削TC4鈦合金時，可通過使用切削液提高銑刀耐用度，尤其是使用高速鋼刀具時。用硬質合金銑刀銑削時，也可不用切削液，進行干切削。

　　3.鍛造氧化層的銑削

　　TC4鈦合金鍛件的氧化層本身硬度大，且表面凹凸不平，銑削困難。氧化層雖可通過酸洗去掉，但會造成脆氫，需真空退火除氫，還是建議用切削的辦法去除。

　　銑削TC4氧化皮時，切削深度，切削深度應大于氧化層厚度，每齒進給量af一般在0.1mm左右，銑削速度應降至無氧化層時的50%左右。

　　4.旋轉銼刀損傷對策

　　旋轉銼刀的損傷是指嚴重磨損、崩刃、斷齒等。旋轉銼刀出現損傷時，可以通過改變銑刀幾何參數（前角、后角）、切削用量、刀具材料、刀尖圓弧、刀具齒數、銑削

方式，及切削液等對策解決。

　　TC4鈦合金的不良切削加工性給其銑削加工帶來一系列刀具和精度問題。但參照技術資料或根據經驗積累，通過選擇合適的銑刀材質和幾何參數，調整銑削用量和銑削

方式，改善切削條件，并針對性分析和處理銑刀損傷，TC4鈦合金的銑削難題便可迎刃而解。