基于鈦合金材料的機械加工工藝分析

裘敏浩

（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 凱里 556000）

基于鈦合金材料的機械加工工藝分析

裘敏浩

（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 凱里 556000）

鈦合金的材料導(dǎo)熱系數(shù)好，具有良好耐熱抗腐蝕性，現(xiàn)在已經(jīng)在各個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本文從鈦合金的特性入手，來對鈦合金材料的機械加工工藝進(jìn)行詳細(xì)分析，希望可以對相關(guān)工作者起到一定的借鑒作用。

鈦合金材料；機械加工；工藝分析

鈦合金材料的機械加工需要遵循一定的原則，其原則本身與鈦合金的自身具有的基本性質(zhì)有著密切的聯(lián)系。在常見的鈦合金材料的機械加工工作中，我們要對所用的切割道具材料進(jìn)行合理選擇，還要保持加工幾何參數(shù)的合理性。在實際操作中通常可以選擇車削、攻絲、電火花等加工工藝。通過這些基本的原則，才能保證加工過后的鈦合金材料可以滿足基本使用需求。下面筆者就對鈦合金材料的加工工藝進(jìn)行分析。

1 鈦合金材料特性及應(yīng)用

鈦合金材料在20世紀(jì)50年代被發(fā)現(xiàn)并逐漸被廣泛應(yīng)用。鈦合金的強度高，并且抗腐蝕性以及耐熱性都較好，所以在機械加工領(lǐng)域也受到了廣泛的應(yīng)。隨著對鈦合金的不斷研究以及科學(xué)技術(shù)手段的不斷發(fā)展，其在機械加工領(lǐng)域的運用也逐漸成熟，但是從實際運用情況來看，其在進(jìn)行機械加工時還存在著諸多問題。例如鈦合金與其他金屬不同，其自身的導(dǎo)熱性較差還有較強的化學(xué)活性，所以實際的加工操作還是比較困難的。所以在進(jìn)行機械加工時，一定要嚴(yán)格遵守鈦合金材料的加工原則，按著正確的加工程序進(jìn)行加工，保證機械加工可以順利完成，并盡可能少的減少其不當(dāng)操作帶來的影響。

2 鈦合金材料的機械加工原則

一個科學(xué)合理的機械加工原則，是高水平機械加工工藝的基本要求。如果在進(jìn)行機械加工過程中沒有嚴(yán)格遵守其加工原則，其加工出的鈦合金產(chǎn)品質(zhì)量必然會受到相應(yīng)程度上的影響，降低生產(chǎn)線上的整體質(zhì)量。下面我們就對鈦合金的機械加工原則展開詳細(xì)論述。

（1）合理的選用刀具材料。機械加工中的刀具是整個機械加工過程中的核心器具，所以在選擇時要對鈦合金材料特性以及切割刀具材料的基本特性進(jìn)行充分考慮。在對切割刀具進(jìn)行選擇時要充分考慮到切割刀具的特性、所選用的切割方法以及涉及到的加工技術(shù)。另外，還要充分考慮到加工經(jīng)濟(jì)上的合理性，在保證鈦合金材料成品的質(zhì)量同時，盡可能的降低加工成本，保證加工的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）優(yōu)化切削條件。在實際機械加工操作時，需要去盡可能的保證高質(zhì)量的機械加工切削條件，盡可能的滿足機械加工系統(tǒng)的剛性需求。還有在實際的加工操作時，相關(guān)的工作人員要對加工機床結(jié)構(gòu)之間間隙進(jìn)行合理調(diào)整，其主要是為了減少機床主軸部件的徑向跳動，提高鈦合金產(chǎn)品的加工質(zhì)量。另外還要盡可能的去減少加工刀具的切削長度，增加刀具的厚度，其可以在一定程度上提高刀具的剛度以及強度，降低刀具在使用中的損耗，增加刀具的使用壽命。

（3）控制切削量在合理的范圍之內(nèi)。鈦合金材料與其他的金屬材料相比，有著很多獨特的性能特點。例如在進(jìn)行切削加工操作時要對鈦合金材料的切削量進(jìn)行合理控制，由于鈦合金材料與其他金屬材料相比，其本身據(jù)有獨特的材料性質(zhì)，如果按照其他金屬材料的切削量，則在實際的操作中會對切削進(jìn)度有一定的影響。所以合理的控制切削量可以保證切削操作的順利進(jìn)行，提高生產(chǎn)效率。

對于切削量的控制我們可以從以下幾個方面入手。第一，要適當(dāng)?shù)慕档颓邢魉俣?，因為如果切削的速度過快，必然會增加刀具溫度，如果刀具的溫度過高那么就會降低刀具的剛性強度，從而增加刀刃在切削過程中的損耗，降低刀刃的使用壽命。第二，增加切削深度，據(jù)相關(guān)的實驗證據(jù)表明，其切削深度與切削溫度沒有太大的關(guān)系，所以在降低切削速度的同時在一定程度上增加切削深度，可以增加切削操作的工作效率。但是特別注意的是在進(jìn)行粗車操作時，要保證刀具的刀刃完全進(jìn)入所切割的鈦合金表面內(nèi)部，這樣可以有效的降低刀刃的磨損程度，以及刀刃崩壞現(xiàn)象的發(fā)生。第三，禁止在切削加工流程中停止走刀，因為如果在切削操作的過程中停止走刀，那么刀刃和正在切削的鈦合金材料就會增加自身所程度的摩擦力，也會有一定的幾率使得鈦合金表面硬化，導(dǎo)致加工的產(chǎn)品無法使用，造成經(jīng)濟(jì)損失。

（4）進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砗颓辛靠刂啤Ｔ谶M(jìn)行機械加工時，應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，通過對鈦合金材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜?，改變鈦合金的性質(zhì)，使得可以更好的控制鈦合金材料在機械操作中所受到的損壞，還可以在一定程度上優(yōu)化鈦合金材料的切削加工。另外還要對機械加工時鈦合金切削量進(jìn)行控制，如果在切削過程中，出屑量較大，那么很有可能影響機械加工進(jìn)度，還有可能造成器械故障，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

（5）重視對切屑的控制。切屑控制是整個機械加工過程的重要操作，這主要是由鈦合金材料的一些性能特點，以及機械切削特點等因素決定的。在實際加工過程中，需要實施一定的斷屑措施，來保證加工過程的順利進(jìn)行。

3 機械加工技術(shù)分析

鈦合金的機械加工主要包括：車削、鉆削、銑削、攻絲、電火花等。英國在鈦合金加工方面有著先進(jìn)的技術(shù)手段，早在20世紀(jì)末，英國某一航空公司率先研究并使用了插銑的技術(shù)，被許多公司企業(yè)所采用，并且取得了很好的生產(chǎn)效果，另外該公司經(jīng)過一系列的實驗，選用硬質(zhì)合金銑刀能夠取得更好的機械加工效果，能夠提高加工速度，節(jié)省時間。下面從切削液、刀具、工藝參數(shù)等幾方面進(jìn)行闡述。

（1）切削液。在進(jìn)行鈦合金機械加工時，刀刃切削過程中會產(chǎn)生大量的熱量和切屑，這些都需要切削液的存在來予以有效解決，當(dāng)然選擇使用切削液也是十分有講究的。研究表明，有效的冷卻和合理的應(yīng)用切削液能夠很好的提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量。常見的切削液為水溶液，堿性的、油性的等。在國外一些企業(yè)為了提升鈦合金的機械加工效率，減少刀具的損壞，采用鹵素潤滑冷卻液，能夠起到很好的冷卻效果，但是它在鈦合金表面易形成一層鹽外殼，會在高溫與壓力的條件下腐蝕機械，因此要注意清除鹽層，還有要注意，在裝配工序中不能使用這種冷卻液。還有些企業(yè)公司，研發(fā)出固體類型的潤滑劑，但是該種潤滑劑可能會對機械造成摩擦等損害，所以能否使用還有待考究。

（2）刀具材料。刀具的性能直接影響機械加工的質(zhì)量和效率，鈦合金有下面幾種特點：可塑性不強、不易導(dǎo)熱、硬化傾向高等，另外在實際的鈦合金材料加工過程中，會產(chǎn)生高溫、高壓等環(huán)境，這樣就對刀具的選擇有很高的要求，通常情況下，為了減小刀具磨損，增加使用壽命，會選擇硬度高、耐磨性好的刀具，主要有以下幾種類型，高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層型、立方氮化硼等，其中高速鋼刀具有高鋁和高鈷兩種；硬質(zhì)合金刀具則分成粗細(xì)加工兩種；涂層刀具則是有很大的發(fā)展空間，它可以人為的提高抗氧化性以及抗粘結(jié)性等，使得刀具的性能得以提升，能夠應(yīng)對鈦合金加工的苛刻條件；立方氮化硼刀具，硬度高、熱硬性好被多個國家的企業(yè)所采用，并取得較好的加工效果；聚晶金剛石刀具，它能夠很好的契合鈦合金加工的高溫、高速等條件，并且能保證較高的穩(wěn)定性，被廣泛使用。

（3）刀具的幾何參數(shù)。刀具主要可以分為車刀、鉆頭、銑刀、絲錐、鉸刀等，使用車刀進(jìn)行粗加工時應(yīng)當(dāng)保證前后角尺寸符合機械加工的要求，精加工時，為了提高加工質(zhì)量，保證鈦合金表面光滑度、尺寸精準(zhǔn)等，要求刀刃無倒棱。鉆頭，設(shè)計鉆頭是要注意加工時的排屑和冷卻，設(shè)計合理的螺旋角度，另外還要保證足夠的強度和定性等。銑刀，銑刀會直接接觸到鈦合金的表面，因此需要有針對性的精心設(shè)計，以應(yīng)對鈦合金的加工特性。絲錐，通常為了防止齒崩和扭斷，應(yīng)當(dāng)將前角設(shè)為6～9度，切削錐部分后角為5～11度，錐角為5～7度。鉸刀，主要是需要考慮鈦合金的彈性模量小，保持前角為3～5度，后角10度左右。

（4）加工工藝的參數(shù)。利用車削的方法削帶硬皮的鈦合金工件時，15

4 結(jié)語

目前，鈦合金材料的應(yīng)用越來越廣泛，加強對鈦合金的機械加工工藝的分析研究是十分有必要的，經(jīng)過上文的敘述，主要可以從刀具、切削、工藝參數(shù)等方面來進(jìn)行改進(jìn)和提高，提升鈦合金的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量，相信可以有效推動鈦合金相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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