钛合金加工工艺技术

刘家涛 张野 柴华

摘要：钛合金材料作为一种新型轻质合金材料，由于强度高、比强度大、抗腐蚀强、耐热性能好、无磁、力学能力稳定等特点，已在航天器、飞机、轮船、汽车等多种高科技、高精度产品上得到广泛应用，但是也因为钛合金材料的实际导热系数比较低以及硬度高等问题，在对钛合金材料进行切削和加工期间，具有较大难度。本文主要针对几种重要的钛合金加工工艺技术进行分析，为今后高效加工钛合金材料提供重要依据。

关键词：钛合金;加工技术;工艺;

1钛合金

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金，由于合金元素的作用而呈现出不同的特性。钛有两种同素异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。按照α相和β相含量可分为TA类合金（α型和近α型）、TB类合金（β型和近β型）、TC类合金（α+β型），其中，α型钛合金具有较高的耐热性和可焊性，β型钛合金具有较高的室温强度和冷成形性，α+β型钛合金具有较好的综合性能。由于钛合金合金元素种类多、含量差异大，产品加工抗力大，加工温度范围窄、生产难度大、产品技术含量高等特点，因此，钛合金的研究开发已成为钛行业的重点方向。

2钛合金加工工艺技术

2.1磨削加工技术

钛合金自身的化学活性比较大，在300℃、500℃、600℃的温度状况下，钛合金材料会与氢、氧、氮等物质产生相应的化学反应，如形成脆硬层表面，硬化程度能够达到20%-30%。目前新型的钛合金长时间在温度比较高的状况下进行加工，其实际强度要远高于铝合金材料。在对钛合金材料进行磨削期间，磨削液自身就要具有较强的冷却性能，降低实际磨削的温度，这样就能够加工出质量好、性能强的钛合金材料。一旦磨削的温度过高，极易使钛合金材料出现烧伤或是裂纹的现象。需要注意的是要合理选择磨削砂轮，要选择砂轮黏附小、磨损程度低、磨削温度低的磨削砂轮。目前我国钛合金磨削技术水平在逐步提升，钛合金加工效率显著提升，不仅能够在完成磨削工作之后，增强钛合金表面的光洁度，同时也能够增强其完整性。基于此，就要选择较软硬度或是中等硬度的大气孔砂轮作为主要的磨削砂轮。

2.2深孔钻削加工技术

深孔钻削属于一种比较特殊的金属切削加工方法，在机械加工中占有很重要的地位。由于长径比较大，深孔钻削存在切削热不易散出、切屑不易排出和钻削系统刚性差等缺点，刀具耐用度与加工效率极低。因此，对其进行有效的切削是机械加工的难点。枪钻是深孔钻削的高效刀具，能有效解决钛合金的深孔加工问题。钛合金的深孔钻削加工，需要保证在较高的温度中进行，这就导致刀具的磨损程度加重，主要有粘结磨损和扩散磨损等，在很大程度上缩短了刀具的使用时间，降低了刀具的耐久性。此外，深孔钻削还存在着导向的问题，这是因为深孔具有较大的长径比，而且对钻桿的长度和粗细程度也有要求，如果较细，则容易产生振动，使得钻孔的导向出现偏斜现象，进而对整个工艺效果都造成直接影响。

2.3钛合金铣削加工技术

钛属于结构金属的范畴，是一种新型结构材料，甚至还有一些高强度的钛合金强度，已经远远超过了多种合金结构钢的实际强度。现阶段我国高强度钛合金超塑成形技术具有良好的发展前景，主要体现在气压成形打等温锻造和真空成形法两方面内容上。一是合理选择道具，即便钛合金在我国航空航天以及石油化工等生产领域被充分运用，但是实际在数控加工钛合金期间，其切削效率就比较差、刀具的耐磨性也比较差等。因此，为了能够更加高效率和高质量的加工钛材料，就要合理选择刀具。如要格外注重切削力输出的机床性能，同时还要综合考虑切削刀具的切削刃与工件接触位置的具体特点等。实际上钛合金专用的铣刀非常锋利，对光洁度以及刚性的要求都比较高，也正是因为如此，钛合金铣刀的螺旋角、刃数、刃长都与其他的加工刀具有所区别。不仅如此，还要充分考虑两刃、三刃、四刃等因素，需要围绕被切削的材料和铣削的具体方法进行选择。二是钛合金铣削加工技术要点内容，刀具自身是否具备较强的刃磨质量，对于能否提升耐用度具有直接关联。如硬质合金刀具比较适用于金刚石砂轮刃磨，在实际落实切削工作期间，刃口始终都要处于锋利的状态，最大程度上避免产生缺口的现象。要在对刀具进行刃磨之后再进行研磨，这样有助于提升其实际耐用度。在此期间，技术人员要做好眼睛防护工作，重点检查砂轮是否存在松动、裂纹等现象，切忌出现砂轮转速超限的现象等。在合理运用钛合金铣削加工技术之后，不难发现细晶粒非涂层刀片牌号比较适用于钛金属加工，而现阶段PVD钛涂层的刀牌号的实际性能在逐步改进和完善。

2.4切削加工技术

如果将钛合金按照金属组织实际分为a相、b相、a+b相，并分别以TA、TB、TC来代表其具体的牌号和类型。钛合金的弹性模数比较小，像TC4的实际弹性模量E=110GPa，仅为钢的一半。这样不可避免的会因为切削力而产生被加工件弹性变形大的现象，进而就会降低工件的实际精度。在面对此种问题期间就要逐步优化和改善加工系统的刚性，对于工件而言也要对其牢固装夹（如图1所示），进而将刀具对工件支承点的实际刀矩缩短到最小范围内。切削加工钛合金要选择具有刚性强、功率大、变速范围大等多种特点的机床，这样就能够更好的调节实际切削参数。在实际落实切削钛合金工作之前，要提前调整好机床导轨间隙，可以单独的使用其中一个方向对其进行加工。如可以将另外一个方向的螺母进行锁紧，这样能够防止机床产生严重的震动。此外，在选择刀具期间要选择抗磨损性能强的道具，在实际切削钛合金期间要从降低切削温度、减少粘结等方面内容入手，进而选择红硬性强、导热性能强的刀具。

3结束语

钛合金具有极高的强度、较小的密度、抗腐蚀等优势，成为我国高级设备零件制造的主要材料。但是，我国在钛合金的加工工作中还有许多困难，因此工作人员需要对钛合金的加工方式不断进行革新与完善，创新技术。同时，在钛合金加工中，要科学改善刀具，并合理选择刀具，从而提升钛合金的加工进度和制造零件安全与质量。

参考文献

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