鈦合金加工工藝技術(shù)

劉家濤 張野 柴華

摘要：鈦合金材料作為一種新型輕質(zhì)合金材料，由于強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大、抗腐蝕強(qiáng)、耐熱性能好、無(wú)磁、力學(xué)能力穩(wěn)定等特點(diǎn)，已在航天器、飛機(jī)、輪船、汽車等多種高科技、高精度產(chǎn)品上得到廣泛應(yīng)用，但是也因?yàn)殁伜辖鸩牧系膶?shí)際導(dǎo)熱系數(shù)比較低以及硬度高等問題，在對(duì)鈦合金材料進(jìn)行切削和加工期間，具有較大難度。本文主要針對(duì)幾種重要的鈦合金加工工藝技術(shù)進(jìn)行分析，為今后高效加工鈦合金材料提供重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鈦合金;加工技術(shù);工藝;

1鈦合金

鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金，由于合金元素的作用而呈現(xiàn)出不同的特性。鈦有兩種同素異晶體：882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。按照α相和β相含量可分為TA類合金（α型和近α型）、TB類合金（β型和近β型）、TC類合金（α+β型），其中，α型鈦合金具有較高的耐熱性和可焊性，β型鈦合金具有較高的室溫強(qiáng)度和冷成形性，α+β型鈦合金具有較好的綜合性能。由于鈦合金合金元素種類多、含量差異大，產(chǎn)品加工抗力大，加工溫度范圍窄、生產(chǎn)難度大、產(chǎn)品技術(shù)含量高等特點(diǎn)，因此，鈦合金的研究開發(fā)已成為鈦行業(yè)的重點(diǎn)方向。

2鈦合金加工工藝技術(shù)

2.1磨削加工技術(shù)

鈦合金自身的化學(xué)活性比較大，在300℃、500℃、600℃的溫度狀況下，鈦合金材料會(huì)與氫、氧、氮等物質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，如形成脆硬層表面，硬化程度能夠達(dá)到20%-30%。目前新型的鈦合金長(zhǎng)時(shí)間在溫度比較高的狀況下進(jìn)行加工，其實(shí)際強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于鋁合金材料。在對(duì)鈦合金材料進(jìn)行磨削期間，磨削液自身就要具有較強(qiáng)的冷卻性能，降低實(shí)際磨削的溫度，這樣就能夠加工出質(zhì)量好、性能強(qiáng)的鈦合金材料。一旦磨削的溫度過(guò)高，極易使鈦合金材料出現(xiàn)燒傷或是裂紋的現(xiàn)象。需要注意的是要合理選擇磨削砂輪，要選擇砂輪黏附小、磨損程度低、磨削溫度低的磨削砂輪。目前我國(guó)鈦合金磨削技術(shù)水平在逐步提升，鈦合金加工效率顯著提升，不僅能夠在完成磨削工作之后，增強(qiáng)鈦合金表面的光潔度，同時(shí)也能夠增強(qiáng)其完整性。基于此，就要選擇較軟硬度或是中等硬度的大氣孔砂輪作為主要的磨削砂輪。

2.2深孔鉆削加工技術(shù)

深孔鉆削屬于一種比較特殊的金屬切削加工方法，在機(jī)械加工中占有很重要的地位。由于長(zhǎng)徑比較大，深孔鉆削存在切削熱不易散出、切屑不易排出和鉆削系統(tǒng)剛性差等缺點(diǎn)，刀具耐用度與加工效率極低。因此，對(duì)其進(jìn)行有效的切削是機(jī)械加工的難點(diǎn)。槍鉆是深孔鉆削的高效刀具，能有效解決鈦合金的深孔加工問題。鈦合金的深孔鉆削加工，需要保證在較高的溫度中進(jìn)行，這就導(dǎo)致刀具的磨損程度加重，主要有粘結(jié)磨損和擴(kuò)散磨損等，在很大程度上縮短了刀具的使用時(shí)間，降低了刀具的耐久性。此外，深孔鉆削還存在著導(dǎo)向的問題，這是因?yàn)樯羁拙哂休^大的長(zhǎng)徑比，而且對(duì)鉆桿的長(zhǎng)度和粗細(xì)程度也有要求，如果較細(xì)，則容易產(chǎn)生振動(dòng)，使得鉆孔的導(dǎo)向出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)整個(gè)工藝效果都造成直接影響。

2.3鈦合金銑削加工技術(shù)

鈦屬于結(jié)構(gòu)金屬的范疇，是一種新型結(jié)構(gòu)材料，甚至還有一些高強(qiáng)度的鈦合金強(qiáng)度，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了多種合金結(jié)構(gòu)鋼的實(shí)際強(qiáng)度?，F(xiàn)階段我國(guó)高強(qiáng)度鈦合金超塑成形技術(shù)具有良好的發(fā)展前景，主要體現(xiàn)在氣壓成形打等溫鍛造和真空成形法兩方面內(nèi)容上。一是合理選擇道具，即便鈦合金在我國(guó)航空航天以及石油化工等生產(chǎn)領(lǐng)域被充分運(yùn)用，但是實(shí)際在數(shù)控加工鈦合金期間，其切削效率就比較差、刀具的耐磨性也比較差等。因此，為了能夠更加高效率和高質(zhì)量的加工鈦材料，就要合理選擇刀具。如要格外注重切削力輸出的機(jī)床性能，同時(shí)還要綜合考慮切削刀具的切削刃與工件接觸位置的具體特點(diǎn)等。實(shí)際上鈦合金專用的銑刀非常鋒利，對(duì)光潔度以及剛性的要求都比較高，也正是因?yàn)槿绱?，鈦合金銑刀的螺旋角、刃?shù)、刃長(zhǎng)都與其他的加工刀具有所區(qū)別。不僅如此，還要充分考慮兩刃、三刃、四刃等因素，需要圍繞被切削的材料和銑削的具體方法進(jìn)行選擇。二是鈦合金銑削加工技術(shù)要點(diǎn)內(nèi)容，刀具自身是否具備較強(qiáng)的刃磨質(zhì)量，對(duì)于能否提升耐用度具有直接關(guān)聯(lián)。如硬質(zhì)合金刀具比較適用于金剛石砂輪刃磨，在實(shí)際落實(shí)切削工作期間，刃口始終都要處于鋒利的狀態(tài)，最大程度上避免產(chǎn)生缺口的現(xiàn)象。要在對(duì)刀具進(jìn)行刃磨之后再進(jìn)行研磨，這樣有助于提升其實(shí)際耐用度。在此期間，技術(shù)人員要做好眼睛防護(hù)工作，重點(diǎn)檢查砂輪是否存在松動(dòng)、裂紋等現(xiàn)象，切忌出現(xiàn)砂輪轉(zhuǎn)速超限的現(xiàn)象等。在合理運(yùn)用鈦合金銑削加工技術(shù)之后，不難發(fā)現(xiàn)細(xì)晶粒非涂層刀片牌號(hào)比較適用于鈦金屬加工，而現(xiàn)階段PVD鈦涂層的刀牌號(hào)的實(shí)際性能在逐步改進(jìn)和完善。

2.4切削加工技術(shù)

如果將鈦合金按照金屬組織實(shí)際分為a相、b相、a+b相，并分別以TA、TB、TC來(lái)代表其具體的牌號(hào)和類型。鈦合金的彈性模數(shù)比較小，像TC4的實(shí)際彈性模量E=110GPa，僅為鋼的一半。這樣不可避免的會(huì)因?yàn)榍邢髁Χa(chǎn)生被加工件彈性變形大的現(xiàn)象，進(jìn)而就會(huì)降低工件的實(shí)際精度。在面對(duì)此種問題期間就要逐步優(yōu)化和改善加工系統(tǒng)的剛性，對(duì)于工件而言也要對(duì)其牢固裝夾（如圖1所示），進(jìn)而將刀具對(duì)工件支承點(diǎn)的實(shí)際刀矩縮短到最小范圍內(nèi)。切削加工鈦合金要選擇具有剛性強(qiáng)、功率大、變速范圍大等多種特點(diǎn)的機(jī)床，這樣就能夠更好的調(diào)節(jié)實(shí)際切削參數(shù)。在實(shí)際落實(shí)切削鈦合金工作之前，要提前調(diào)整好機(jī)床導(dǎo)軌間隙，可以單獨(dú)的使用其中一個(gè)方向?qū)ζ溥M(jìn)行加工。如可以將另外一個(gè)方向的螺母進(jìn)行鎖緊，這樣能夠防止機(jī)床產(chǎn)生嚴(yán)重的震動(dòng)。此外，在選擇刀具期間要選擇抗磨損性能強(qiáng)的道具，在實(shí)際切削鈦合金期間要從降低切削溫度、減少粘結(jié)等方面內(nèi)容入手，進(jìn)而選擇紅硬性強(qiáng)、導(dǎo)熱性能強(qiáng)的刀具。

3結(jié)束語(yǔ)

鈦合金具有極高的強(qiáng)度、較小的密度、抗腐蝕等優(yōu)勢(shì)，成為我國(guó)高級(jí)設(shè)備零件制造的主要材料。但是，我國(guó)在鈦合金的加工工作中還有許多困難，因此工作人員需要對(duì)鈦合金的加工方式不斷進(jìn)行革新與完善，創(chuàng)新技術(shù)。同時(shí)，在鈦合金加工中，要科學(xué)改善刀具，并合理選擇刀具，從而提升鈦合金的加工進(jìn)度和制造零件安全與質(zhì)量。

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