鈦合金特性及加工方法 鈦合金以其強度高、 機械性能及抗蝕性良好而成為飛機及發動機理想的制造材料， 但由 於其切削加工性差， 長期以來在很大程度上制約瞭它的應用。 隨著加工工藝技術的發展， 近年來，鈦合金已廣泛應用於飛機發動機的壓氣機段、發動機罩、排氣裝置等零件的制 造以及飛機的大梁隔框等結構框架件的制造。 我公司某新型航空發動機的鈦合金零件約 占零件總數的 11 ％。本文是在該新機試制過程中積累的對鈦合金材料切削特性以及在 不同加工方法下表現出的具體特點的認識及所應采取工藝措施的經驗總結。 1 鈦合金的切削加工性及普遍原則 鈦合金按金屬組織分為 a 相、 b 相、 a+b 相， 分別以 TA ， TB ， TC 表示其牌號和類型。 我公司某新型發動機所用材料為 TA ， TC 兩種。一般鑄、鍛件采用 TA 系列，棒料用 TC 系列。 特點及切削加工性 鈦合金相對一般合金鋼具有以下優點： 比強變高：鈦合金密度隻有 4.5g/cm3 ，比鐵小得多，而其強度與普通碳鋼相近。 機械性能好：鈦合金熔點為 1660 ℃，比鐵高，具有較高的熱強度，可在 550 ℃以下工 作，同時在低溫下通常顯示出較好的韌性。 抗蝕性好： 在 550 ℃以下鈦合金表麵易形成致密的氧化膜， 故不容易被進一步氧化， 對 大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、鹽介質均有較高的抗蝕能力。 另一方麵，鈦合金的切削加工性比較差。主要原因為： 導熱性差，致使切削溫度很高，降低瞭刀具耐用度。 600 ℃以上溫度時，表麵形成氧化硬層，對刀具有強烈的磨損作用。 塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑與前刀麵接觸長度很小，前刀麵上應力很大，刀 刃易發生破損。 彈性模量低，彈性變形大，接近後刀麵處工件表麵回彈量大，所以已加工表麵與後刀麵 的接觸麵積大，磨損嚴重。 鈦合金切削過程中的這些特點使其加工變得十分困難，導致加工效率低，刀具消耗大。 切削加工的普遍原則 根據鈦合金的性質和切削過程中的特點，加工時應考慮以下幾個方麵： 盡可能使用硬質合金刀具，如鎢鈷類硬質合金與鈦合金化學親和力小、導熱性好、強度 也較高。 低速下斷續切削時可選用耐沖擊的超細晶粒硬質合金， 成形和復雜刀具可用高 溫性能好的高速鋼。 采用較小的前角和較大的後角以增大切屑與前刀麵的接觸長度， 減小工件與後刀麵的摩 擦，刀尖采用圓弧過渡刃以提高強度，避免尖角燒損和崩刃。 要保持刀刃鋒利，以保證排屑流暢，避免粘屑崩刃。 切削速度宜低，以免切削溫度過高；進給量適中，過大易燒刀，過小則因刀刃在加工硬 化層中工作而磨損過快；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作，有利於提高刀具 耐用度。 加工時須加冷卻液充分冷卻。 切削鈦合金時吃刀抗力較大，故工藝系統需保證有足夠的剛度。由於鈦合金易變形，所 以切削夾緊力不能大，特別是在某些精加工工序時，必要時可使用一定的輔助支承。 以上是鈦合金加工時需考慮的普遍原則，事實上， 用不同的加工方法時及在不同的條件 下存在著不同的矛盾突出點和解決問題的側重點。 2 鈦合金切削加工的工藝措施 車削 鈦合金車削易獲得較好的表麵粗糙度，加工硬化不嚴重，但切削溫度高，刀具磨損快。 針對這些特點，主要在刀具、切削參數方麵采取以下措施： 刀具材料：根據工廠現有條件選用 YG6 ， YG8 ， YG10HT 。 刀具幾何參數：合適的刀具前後角、刀尖磨圓。 較低的切削速度。 適中的進給量。 較深的切削深度。 選用的具體參數見表 1 。 表 1 車削鈦合金參數表 工序 車刀前角 go ° 車刀後角 ao ° 刀尖圓弧半徑 re mm 切削速度 v m/min 切削深度 ap mm 進給量 f mm/r 粗車 5 6 ～ 10 1 ～ 2 40 3 0.2 ～ 0.3 精車 5 6 ～ 10 0.5 60 0.2 ～ 0.5 0.1 此外還須註意以下 3 點： 充分冷卻。 車外圓時刀尖不能高於工件中心，否則容易紮刀。 精車及車削薄壁件時，刀具主偏角要大，一般為 75 ～ 90° 。 銑削 鈦合金銑削比車削困難，因為銑削是斷續切削，並且切屑易與刀刃發生粘結，當粘屑的 刀齒再次切入工件時，粘屑被碰掉並帶走一小塊刀具材料，形成崩刃，極大地降低瞭刀 具的耐用度。因此對鈦合金銑削采取瞭 3 點措施： 銑削方式：一般采用順銑。 刀具材料：高速鋼 M42 。 從工件裝夾及設備方麵提高工藝系統剛性。 這裡需要特別指出的是：一般合金鋼的加工均不采用順銑，因機床絲杠、螺母間隙的影 響，順銑時，銑刀作用在工件上，在進給方向上的分力與進給方向相同，易使工件臺產 生間隙性竄動，造成打刀。對順銑而言，刀齒一開始切入就碰到硬皮而導致刀具破損。 但由於逆銑切屑是由薄到厚， 在最初切入時刀具易與工件發生乾摩擦， 加重刀具的粘屑 和崩刃，就鈦合金而言，後一矛盾顯得更為突出。

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