简析钛合金的性能特点与加工

钛合金具有抗腐蚀性好，强度高，使机械性能稳定的优点，钛合金材料重量轻，密度是4.51，比强度高，因此成为航空航天等领域的重要金属材料也是飞机及发动机为理想的制造材料。但其加工性能较差，特别是钻孔和攻丝的效率很低，在很大程度上制约着产品中钛合金零件的加工质量和生产效率。
钛合金性能特点：
1.钛合金的攻丝加工
钛合金攻丝加工，特别是小孔攻丝加工是很困难的。其主要原因是由于钛合金导热系数低，在攻丝加工过程中，切削区形成高温，造成钛合金热膨胀，另外，钛合金加工后回弹大，孔壁挤压丝锥，甚至将牙型面包住，丝锥不能转动，否则将丝锥折断。经过大量分析试验，后主要通过改进丝锥结构形式和选择适合钛合金刀具材料解决了这一难题。
2.丝锥结构形式
标准丝锥一次切削成形，切削量大，扭矩也大，孔壁热膨胀和回弹后，丝锥转动困难。为了解决这一间题，改进了丝锥的结构形式，将标准丝锥的一次切削加工，分为I、II, II工三锥切削，同时，将丝锥加工成跳齿型，很好地解决了断屑间题，切削轻快，效果非常好，效率大大提高，冷却效果也得到了改善。
3.冷却液
钛合金玫丝时使用的冷却液与钻削加工时使用的冷却液相同。
钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点：
　 (1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。
　　(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。
　　(3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20%，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。
　　(4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮;同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。
　　(5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重;进给量f<0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刀面上;当f>0.2 mm/r时，前刀面将出现磨损;用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax<0.4 mm较合适。

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