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                鈦合金難加工的4大原因和6大對策!

                更新時間  2024-04-23 閱讀 79

                       鈦合金有許多優點。例如:高耐腐蝕性、低密度高強度、無磁性、生物相容性、耐高溫等。然而,鈦合金實際上很難加工,需要特殊的切削工具。本文將討論鈦合金難以加工的原因以及可采取的對策。

                1、鈦合金難以加工的原因

                       首先,溫度集中       

                       大多數鈦合金的熱導率都很低,只有鋼的1/7,鋁的1/16和銅的1/25。因此,鈦合金切削過程中產生的熱量不會迅速轉移到工件或被切屑帶走,而是集中在切削區域。

                切削刃產生的溫度可達1000℃,導致刀具切削刃快速磨損和開裂,導致切屑堆積,縮短刀具壽命。

                       切削過程中產生的高溫也破壞了鈦合金零件的表面完整性,導致零件的幾何精度下降,并出現加工硬化現象,嚴重降低了其疲勞強度。

                       第二,彈性變形

                       鈦合金彈性模量不是很高,例如TC4的彈性模量僅為110Gpa,而45鋼為210Gpa,303,304,316等不銹鋼的彈性模量也在200Gpa左右,所以加工鈦合金時,容易產生彈性變形。

                       在加工薄壁或環形零件時,這個問題更為嚴重。將鈦合金薄壁件加工到預期的尺寸精度并不容易。因為當工件材料被刀具推開時,薄壁局部變形已超過彈性范圍,產生塑性變形,切削點材料強度和硬度顯著增加。

                       切削壓力使“有彈性”的工件離開刀具并回彈,使刀具與工件之間的摩擦力大于切削作用,摩擦過程會產生熱量,加劇了鈦合金導熱性差的問題。

                       第三,鈦合金的親和力好,導致在車削和鉆孔過程中會形成長而連續的切屑,這些切屑會纏住刀具并妨礙功能。切削深度過大時,會造成粘刀,燒刀,斷裂等。

                       當然親和力好在其他地方也蠻有用,比如在離子泵中,用來做鈦陰極板,當鈦原子被濺射到陽極管壁,可起到吸附氣體作用,從而產生超高真空。

                       第四,振動

                       鈦合金的彈性可能有利于零件的性能,但在切削過程中,工件的彈性變形是產生振動的重要原因。

                       加工鈦合金產生的振動大約是鋼的10倍。由于切削熱集中到切削部分,會產生鋸齒形切屑,并導致切削功率波動。

                2、鈦合金難加工的對策

                首先,冷卻

                       可以使用冷卻液來降低切削過程產生的高溫,通常,非可溶性油冷卻液用于低速重載切削和剪切,可溶性切削冷卻液用于高速切削或剪切。

                       另外可使用低溫切削法,采用液氮(-180℃)或液態CO2(-76℃)作為切削液,可以降低切削區的溫度。該方法可將主切削力降低20%,切削溫度可降低300℃以上,同時積屑瘤消失,加工表面質量提高,刀具耐用度提高2到3次。

                第二,選擇合適的刀具

                       選擇正確的切削刀具,可以獲得很好的改進。

                       由于熱量必須通過切削刃和冷卻液排出,而不是像鋼材那樣通過切屑排出,因此切削刃的一小部分必須承受極高的熱應力和機械應力,使用鋒利的切削刃減小切削力。

                       另外,可通過使用帶有拋光凹槽的研磨和高正角可轉位刀片,來降低切削壓力。

                       如果需要,還可以使用帶涂層的刀具,抵抗合金的粘性并打碎長切屑,從而較大限度地減少排屑過程中的摩擦,這都有助于防止加工過程中產生熱量。

                第三,恒定進給或者增加進給率

                       鈦容易加工硬化,即切削材料時,鈦變得更硬,因此更易磨損工具,恒定進給可確保加工硬化保持在較低限度。

                       當然,如果機器允許,可以增加進給率,這意味著刀具在特定區域花費的時間更少,因此沒有更多的時間進行熱量積累和加工硬化。

                第四,降低切割速度

                       例如使用鋼切割速度的1/3或更低,以進行放熱控制。

                第五,根據工藝更換刀具

                       陶瓷、碳化鈦和氮化鈦涂層刀具用于加工鈦合金,壽命會變短,通常,使用硬質剛刀具切割大量鈦,使用高速硬質合金刀具切割少量鈦。

                       目前,超聲波加工正在研發中,目標是減少刀具的接觸時間,延長刀具壽命。

                第六,使用高剛性機床

                       堅固耐用的機床對于成功加工鈦合金很重要。

                       理想的鈦合金銑床必須是剛性的,主軸必須能夠在低轉速和高扭矩下運行。

                       這有助于吸收振動并減少切削過程中的顫振,這是加工鈦合金時的常見問題。

                       然后就是,應該定期清潔加工設備和刀具,以防止碎屑沉積。


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