加工钛合金时应注意什么？

钛合金因其优异的强度重量比、耐腐蚀性和在高温下保持强度的能力而广泛用于航空航天、化学、船舶和汽车行业。然而，钛合金的缺点是导热性差，与刀具材料反应性强。它们的高强度和低弹性模量使其难以切割材料。

钛合金加工的特点：

钛合金具有优异的综合力学性能、低密度和良好的耐腐蚀性，是可用于切削刀具行业开发新太空时代产品的战略金属材料。

钛合金所需的加工环境：

钛合金在干式加工过程中不需要润滑，但仍然经常使用高压冷却液加工来达到更好的冷却效果。高压迫使冷却液穿透刀具-工件和刀具之间的接触区域。钛合金在高温下的间接冷却、一般浸没、闭槽加工和热强化加工也可用于减少所需的冷却液的切削力量，通过最大限度地减少加工环境中的润滑量使其更加环保。

干燥的加工环境：干燥的加工环境是指
在加工过程中不需要润滑的地方。优点是更清洁的工作环境、更清洁的零件、不产生废物、降低加工成本以及由于没有残留油而降低了切屑回收成本。
高压冷却液环境：
高压冷却液可以穿透刀具-工件与刀具切屑之间的接触区域，以达到更好的冷却效果。这通过润滑接触区域来减少工具磨损。高压冷却液射流在刀具和工件之间形成液压屏障，该液压屏障穿透界面，即使在高加工速度下也能更快地冷却。冷却液射流还有助于去除切削区域的切屑。
低温润滑剂下的低温环境：
在切屑和刀具接口之间注入液氮（LN₂）、二氧化碳（CO₂）或其他低温润滑剂等低温润滑剂，以冷却切削区域。低温冷却的应用方法包括工件预冷、刀片间接冷却、一般浸没、闭槽加工等。LN₂ 吸收热量，快速蒸发，并在切屑和刀片表面之间形成流体气垫，充当润滑剂。LN₂ 无毒、价格低廉且清洁。它有效地去除了切削区域的热量，并最大限度地减少了刀具磨损。它还会在加工表面上引入压缩残余应力并提高其疲劳寿命。
热强化加工环境：
在这种环境下，被加工材料被加热到高温，从而降低材料的强度。材料的流动应力和应变硬化速率随温度的升高而降低。这种方法的目的是在不牺牲刀具寿命的情况下提高材料去除率。工件的温度升高是通过激光、等离子、气体或感应加热实现的。因此，在高温下加工钛合金可以降低切削力，消除冷却液，使其更加环保。此外，它还可以减少由于分段加工而导致的刀具-工件-机械系统中的振动。
加工环境的最低润滑水平：
在工具界面之间以雾的形式提供油和压缩空气的混合物。空气携带的小油滴直接飞入工作区域，提供所需的冷却和润滑。雾是通过雾化过程产生的，雾化过程通过喷嘴将散装液体转化为喷雾或雾气。喷雾润滑可显著降低切削区域的温度，从而延长刀具寿命。

钛合金的分类：

根据退火后组织的特点，可分为α型、α+β型β型钛合金。

α型钛合金密度低：
热强度和热稳定性好，焊接性能好，常温、超低温、高温性能好，但不能通过热处理强化。TiAl在600°C时仍具有较高的强度，在蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性方面具有良好的性能。它通常用于制造喷气发动机涡轮盘和叶片。
α+β型钛合金双相合金：
结构稳定，韧性、塑性、高温变形性能随着β相稳定元件的增加而提高。它具有良好的热压加工性，可以淬火和时效以加强合金。热处理后的强度比退火状态下高约50%至100%。它具有耐高温性，可在400~500°C的温度下长时间工作，但其热稳定性不如α钛合金。在β型钛合金中，Ti-6Al-4V是所有钛合金中使用最多的，其在美国的产量占钛合金产量的一半以上。凭借其优异的综合力学性能和机械加工性，广泛应用于航空航天零件的制造，如钛合金航空发动机叶轮的应用。
β型钛合金。β钛合金是由β相固溶体组成的单相合金：
常温强度高，冷加工和冷成型加工能力强。无需热处理即可具有高强度。淬火时效后，合金的强度进一步加强，室温强度可达1372~1666MPa。但是，它的热稳定性较差，因此不应在高温下使用。

钛合金加工的特点：

钛合金的导热性较差，因此是一种较差的导热材料。由于其导热系数低，加工过程中产生的高热量无法有效扩散。刀具切削刃和切屑之间的接触长度较短，因此大量的热量积聚在切削刃上。温度急剧上升，导致切削刃的红色硬度降低，切削刃软化，刀具磨损加速。
钛合金的亲和力大，导致加工过程中严重粘附在刀具上。这增加了刀体和工件之间的摩擦，产生大量热量，从而缩短了刀具的使用寿命。
随着工作温度的升高，化学活性增加，使合金易于与O，N，CO，CO₂，H₂O等反应。到处都是。随着间隙元素O和N含量的增加，工件表面被氧化和硬化，使其难以加工。刀具所需的切削力增加，从而增加了刀尖上的应力。前刀面和刀具后刀面与工件之间的摩擦增加导致刀片快速磨损或塌陷。
因为钛合金的变形系数也低，切削时刀具与切屑的接触面积小。切屑和前刀面之间的高摩擦也会提高切削温度并加速刀具前刀面的磨损。
因为钛合金的变形系数也低，切削时刀具与切屑的接触面积小。切屑和前刀面之间的高摩擦也会提高切削温度并加速刀具前刀面的磨损。
不同的加工方法给钛合金带来了不同的加工难度。加工工艺的难点，从易到难依次为：车削、铣削、钻孔、磨削、钻小直径深孔。

钛合金加工用刀具材料：

钛合金加工成本高是阻碍其广泛使用的主要原因。寻求一种高效、低成本的加工方法已成为当今钛合金研究的热点。材料的选择对钛合金的加工有很大的影响。钛合金的理想刀具材料必须具有高热硬度、良好的韧性、耐磨性、高导热性和低化学活性的综合性能。铣削时，刀具还应具有良好的抗冲击性。当今生产中用于加工钛合金的主要工具材料是硬质合金，聚晶金刚石（PCD），聚晶立方氮化硼（PCBN）等。硬质合金和PCD刀具被认为是加工钛合金的理想选择。

钛合金切削的切削原理：

切削速度：
切削速度会影响切削刃的温度，从而导致切削刃过热，造成严重的切削刃粘接和磨损。因此，为了确保更高的刀具耐用性，应选择合适的切削速度以降低成本并确保加工质量。
进给深度和走刀量：
改变走刀次数对温度影响不大，因此减小切削深度并增加走刀次数是合理的。但是，为避免硬氧化层和皮下孔层，切割深度应达到基材的未氧化金属层。这将延长工具的使用寿命。
刀具几何形状：
在切削钛合金时，选择适合加工方法的前角和后角等几何参数以及刀尖的正确处理将对切削效率和刀具寿命产生重要影响。车削时，为改善散热条件，加强切削刃，前角一般为5°~9°。为了克服回弹引起的摩擦，刀体的后刀面一般为10°~15°。钻孔时，通过缩短钻头的长度，增加钻芯的厚度和导锥的数量，可以使钻头的耐久性提高数倍。
锁模力：
钛合金容易变形，所以锁模力不宜太大。特别是在精加工过程中，应选择某些辅助支撑。
切削液：
切削液是钛合金加工中不可缺少的工艺润滑剂，但含有氯或其他卤素元素和硫的切削液会对钛合金的机械性能产生不利影响。