钛合金切削中刀具材料选用及加工工艺介绍
钛合金材料零件加工的刀具参数选择
ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｉ ｔ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｆ ｏ ｒ ｏ ｕ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｔ ｉ ５ — ５ － ５ — ３；Ｔ ｉ ６ ＿ ４；ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ
５６
工 具 技 术
钛 合 金 材 料 零 件 加 工 的刀 具 参 数 选 择
王 芳
中航 飞机股份Βιβλιοθήκη 有 限公 司长沙起 落架 分公 司
摘要 ：Ｔ ｉ ５ — ５ － ３ 、 Ｔ ｉ ６ － ４是我公 司首次进行加工 的材料 ， 与以往 加工 过的 Ｔ Ｃ 一 １ ８ 、 Ｔ Ｃ － ４等钛合金材料相 比更 难加 工， 加工工艺性及刀具耐用度更差 。因此 ， 加工 刀具 的选择显得尤 为重要 。通过刀具参数选择试验 ， 确定加 工钛合
切削 热集 中在 切削 区和切 削刃 附件 的较 小范 围 内不 易散 出 ， 导 致工 件 局 部 温度 较 高 。高 温 切 削 时易 与 大气 中的氧 、 氮 等元 素发 生化 学反应 ， 生 成硬脆 的物 质， 对刀具 有强 烈 的磨损作 用 。
Ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍａ ｃ ｈｉ ｎ ｉ ｎｇ Ｔｏ ｏ ｌ ａ ｎｄ Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｔｉ ｔ ａ ｎｉ ｕｍ Ａｌ ｌ ｏ ｙ Ｐａ ｒ ｔ
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钛合金切削中刀具材料选用及加工工艺介绍
“ （ ａ ＭＰ ）
硬 度
ＨＲ ≥ ） Ａ‘
刀具 种类 车 刀 、 刀 、 刀 、 头 饺 刀 镗 铣 钻
１ ２ ３０
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１４ ７１ １６ ９Ｏ ３０ ２０
刃 口 锋 利 。 多 刃 刀 具 ． 控 制 切 削 刃 的 跳 动 量 常 对 应 用 切 削 钛 台 金 的 刀 具 材 料 见 表 １ 。
（ ） 响 杖舍 空 切 削加 Ｉ 性 的 因素 １影
钛 及 钛 合
金 的 切 削 加 工 ， 切 削 的 刀 具 耐 用 度 、 工 表 面 的 从 加 质量 及 切屑 形 成 和排 屑 的难 易 程度 等方 面 来衡 量 ， 钛 及 钛 台 金 属 难 加 工 材 料 。 及 钛 台 金 的 切 削 加 工 钛 性 比 奥 氏 体 不 锈 钢 还 差 ， 火 或 固溶 处 理 的 钛 台 金 退
Ｗ１ ＭｏＣ４ ３ ｏＳ ２４ ２ ３ ｒＶ Ｃ ５ ｉ ８４～３３ ６ ６ ３ ４ ６— ９ Ｗ６ ５ ｒＶ Ａ ＭｏＣ４ ２ Ｉ
４ １ ～４ ０ ６ ６ 车 刀 、 刀 成 型 铣 刀 ， ５ １ ６ ９ ５～ ９ 铣 钻头 、 铰刀 、 纹 刀 具 、 刀 、 螺 拉 墼锥 铣刀 ， 钻头 、 刀 铰 车 刀 、 刀 型铣 刀 、 纹 刀 具 、 刀 、 锥 铣 成 螺 拉 墼
此 作一 介绍 。
具 前 刀 面 接 触 减 少 ， 具 单 位 面 积 上 所 承 受 的 压 力 刀
要 比一 般 钢 材 大 得 多 ，切 削 温 度 急 剧 上 升 ， ② 化学活 性大 。 极 易与刀 具材 料
象 。
Ⅱ
钛合金切削加工特点及刀具材料选用
钛合金切削加工特点及刀具材料选用钛合金切削加工特点及刀具材料选用2011-7-27钛合金以优异的综合力学性能、低密度以及良好的耐腐蚀性，被誉为是一种使人类走向太空时代的战略性金属材料，不仅在航空航天及军工领域得到广泛的使用，而且开始逐渐渗透到经济生活的各个方面。
随着中国航空航天事业的发展，钛合金的加工技术受到更多的关注和研究。
钛合金的分类钛合金按照不同的方法有不同的分类，最常用的分类方法是按退火后组织特点分类，可分成α、α+β、β型钛合金[1-4]。
α型钛合金密度小，有很好的热强性和热稳定性，焊接性能好，室温、超低温和高温性能良好，但不能进行热处理强化。
例如TiAl在600℃时，仍然有很高的强度，而且蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性等方面都有好的表现，常用于喷气发动机涡轮盘和叶片的制造。
图1 钛合金航空发动机叶轮α+β型钛合金双相合金，组织稳定，韧性、塑性和高温变形性能随着β相稳定元素的增加而提高；有较好的热压力加工性，能进行淬火时效使合金强化，热处理后的强度约比退火状态提高50％ ~100％；高温强度高，可在400~500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。
α+β型钛合金中Ti-6Al-4V( 中国牌号TC4) 是钛合金中使用量最大的钛合金，在美国，其产量占钛合金产量一半以上，以其优良的综合力学性能和切削加工性大量用于航空零件制造[5-9]。
图1为钛合金航空发动机叶轮。
β钛合金是β相固溶体组成的单相合金，室温的强度较高，冷加工和冷成型加工能力强，未热处理即具有较高的强度，淬火时效后合金强度得到进一步强化，室温强度可达1372~1666MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用[10-13]。
钛合金切削加工的特点钛合金本身所具有的物理和化学性能给切削加工带来了困难，具体表现有以下6点。
（1）钛合金的导热性差，是不良导热体金属材料。
由于导热、导温系数小，是45号钢的1/6，所以在加工时所产生的高热量不能有效扩散，同时刀具的切削刃和切屑的接触长度短，使热量大量聚集在切削刃上，温度急剧上升，导致刀刃的红硬性下降，刀刃软化，加快刀具磨损[14]。
钛及钛合金机械加工要求综述
钛及钛合金机械加工要求一、钛及钛合金切削特点：1、变形系数小:变形系数小于或接近于1,切削在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。
2、切屑温度高：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：容易造成崩刃，加大刀具磨损并影响零件的精度。
4、冷硬现象严重：降低零件的疲劳强度，加剧刀具磨损。
5、刀具磨损: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。
二、刀具选择1、切削加工钛及钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好，抗弯强度高,导热性能好，与钛合金金亲和性差的刀具材料。
2、常选用YG类硬质合金刀具比较适合，常用的硬质合金刀具材料为：YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T 和YD15 等。
3、也可以选用金刚石和立方氮化硼作刀具。
三、加工设备要求1、设署专用加工场地，确定专用加工钛及钛合金的机床。
2、工作区域辅设橡胶板或木地板，以免碰伤、擦伤钛材表面3、与钛及钛合金接触的所有工具、夹具、机床或其它装置必须洁净。
4、经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐（氯化钠的应力腐蚀。
5、禁止使用铅、铜、锡、镉及其合金，锌基合金制作的工具，夹具与钛,钛合金接触。
四、切削加工的要求1、由于钛及钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度，工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。
2、切削液选用不含氯化物的切削液。
3、切削时，应大量浇注切削液，使钛及钛合金加工时充分得到冷却。
4、加工时，应防止切屑在机床上堆积。
5、刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进给量以加大切屑厚度。
6加工时如一旦着火，应采用滑石粉，石灰石粉末，干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳，二氧化碳灭火器，也不能浇水。
钛合金加工注意事项
钛合金加工注意事项一、材料选择钛合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性，但在加工过程中容易发生变形、断裂等问题。
因此，在选择钛合金材料时，需要考虑其强度、塑性和耐腐蚀性等特性，以满足加工要求。
二、加工方法1. 切削加工：钛合金的切削加工难度较大，容易产生高温、切削力大等问题。
因此，在进行切削加工时，应选择合适的切削工具，适当降低切削速度和进给速度，以减少切削热量的积累，避免刀具磨损过快。
2. 锻造加工：钛合金的锻造加工是常用的一种方法，可以提高其力学性能和塑性。
在进行锻造加工时，应控制加热温度和保持时间，确保钛合金的完整性和均匀性。
3. 焊接加工：钛合金的焊接加工需要注意防止氧化和污染，可以采用惰性气体保护焊或真空焊接等方法，以保证焊缝质量。
三、工艺参数1. 温度控制：钛合金的加工温度对于材料的力学性能和耐腐蚀性有着重要影响。
因此，在加工过程中应控制好加热和冷却速度，避免过高或过低的温度对材料造成负面影响。
2. 加工速度：钛合金的加工速度应根据具体工艺要求进行调整，过高的加工速度可能导致材料变形或破裂，过低的加工速度则会降低生产效率。
3. 切削参数：在切削加工中，切削速度、进给速度和切削深度等参数的选择需要根据具体材料和切削工具来确定，以保证加工质量和工具寿命。
四、安全措施钛合金加工过程中产生的副产物（如钛屑等）具有易燃易爆的特性，因此需要采取一系列安全措施，以避免安全事故的发生。
包括：1. 加工场所应具备良好的通风设施，排除烟尘和有害气体。
2. 操作人员应佩戴防护设备，如防护眼镜、防护手套和防护服等。
3. 加工设备和工具应定期检查和维护，确保其正常运行。
4. 废弃物和废液应妥善处理，避免对环境造成污染。
钛合金加工过程中需要注意材料选择、加工方法、工艺参数和安全措施等方面的问题。
只有在合理选择材料、科学控制加工过程，并采取必要的安全措施，才能确保钛合金加工的质量和安全性。
钛合金加工工艺
钛合金加工工艺
钛合金是一种具有优异机械性能和抗腐蚀性能的新型材料，成为了航空、航天、船舶、生物医学等领域中非常重要的结构材料。
本文将介绍钛合金的加工工艺。
一、钛合金的切削加工
钛合金的切削加工是目前钛合金加工中最为常见的一种方法。
钛合金的加工难度主要在于它的高强度和难加工性。
钛合金在切削过程中，容易附着在刀具上，形成大量热量，导致刀具磨损严重。
因此，钛合金的切削必须选用硬质合金刀具，并注意掌握合理的加工速度和切削深度等参数。
二、钛合金的冲压加工
钛合金的冲压加工主要包括剪切、弯曲和深冲。
在冲压加工中，钛合金材料具有优异的塑性，因此冲压加工可以做出各种形状的钛合金部件。
在冲压钛合金时，要注意铣削过程中的火花可能引起钛合金粉尘爆炸的危险，因此需要在加工场地设置防爆设备。
三、钛合金的拉伸加工
钛合金的拉伸加工是指利用钛合金材料的塑性形变，来使得钛合金材料变为带有特定形状的工件。
拉伸加工时，必须选择适宜的冷加工方法，如冷挤压、镦锻、卷曲等。
此外，拉伸加工还需要配合热处理，以保证钛合金的性能优良。
四、钛合金的焊接加工
钛合金的焊接加工是比较困难的工艺。
常用的钛合金焊接方法包括手工气焊、手工电弧焊、氩弧焊、电子束焊、激光焊等。
应用不同的焊接方法可以获得不同的焊接质量。
在焊接加工过程中，应注意预加热以及所有焊接接头的准备和清洁。
综上所述，钛合金的加工工艺是比较复杂的。
在加工过程中需要注意掌握加工参数以及选择适合的加工工具。
同时，还需要设置防爆设备以及进行预加热和热处理等措施，以保证钛合金材料的加工质量和性能。
钛合金切削加工工艺
钛合金切削加工工艺一、钛合金的材料特性钛合金产品的比强度在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为刚材的57% 。
另外，钛及其合金的耐热性强，在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，短时间工作温度甚至还可以高些。
钛合金具有比重小、热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等特性，但该材料切削加工困难、加工效率低。
所以怎么样攻克钛合金加工难，效率低得困难一直是我们的难题。
二、钛合金的切削加工1、车削钛合金产品车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。
针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施：刀具材料：根据工厂现有条件选用YG6，YG8，YG10HT。
刀具几何参数：合适的刀具前后角、刀尖磨圆。
较低的切削速度，适中的进给量，较深的切削深度，充分冷却，车外圆时刀尖不能高于工件中心，否则容易扎刀，精车及车削薄壁件时，刀具主偏角要大，一般为75～90°。
三、铣削钛合金产品铣削比车削困难，因为铣削是断续切削，并且切屑易与刀刃发生粘结，当粘屑的刀齿再次切入工件时，粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料，形成崩刃，极大地降低了刀具的耐用度。
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因此对钛合金铣削采取了3点措施：铣削方式：一般采用顺铣。
刀具材料：高速钢M42。
从工件装夹及设备方面提高工艺系统刚性。
这里需要特别指出的是：一般合金钢的加工均不采用顺铣，因机床丝杠、螺母间隙的影响，顺铣时，铣刀作用在工件上，在进给方向上的分力与进给方向相同，易使工件台产生间隙性窜动，造成打刀。
对顺铣而言，刀齿一开始切入就碰到硬皮而导致刀具破损。
但由于逆铣切屑是由薄到厚，在最初切入时刀具易与工件发生干摩擦，加重刀具的粘屑和崩刃，就钛合金而言，后一矛盾显得更为突出。
此外，为使钛合金顺利铣削，还应注意以下几点：相对于通用标准铣刀，前角应减小，后角应加大。
;铣削速度宜低。
;尽量采用尖齿铣刀，避免使用铲齿铣刀;刀尖应圆滑转接;大量使用切削液。
钛合金的切削加工工艺研究
钛合金的切削加工工艺研究摘要：钛合金具有密度小、强度高、耐高温等优良特性，在航空航天以及其他方面得到广泛的应用，但由于其加工难度大、切削效率低、刀具寿命短而影响了它的应用。
本文通过对钛合金材料的特性及切削性能的分析，通过生产中的实例，对其车削和铣削工艺方法进行了工艺研究，同时对不同批次的材料加工的零件，出现色差的问题进行了分析。
关键词：钛合金实例色差分析1、引言钛合金是一种典型的难加工材料，其加工特性主要表现在以下几个方面：（1）钛合金强度高，硬度大，所以要求加工设备功率大，刀具应有较高的强度和硬度。
（2）切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。
（3）钛合金摩擦因素大，导热系数低。
刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发。
这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加快，并影响加工质量。
（4）由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形。
（5）钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，进一步加剧了刀具的磨损。
（6）钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面黏结，加上很高的切削温度，所以刀具容易产生扩散磨损和黏结磨损。
2、生产中管类零件切削加工工艺分析2.1 管类零件的加工工艺图1是某管类零件的结构图，该零件的材料选用的是TA2 M的钛合金钢管。
材料规格是φ63×3.5×130，每根坯料可做一件。
在加工过程中，根据该零件的要求，用车削和铣削的方法即可完成。
其加工的工艺规程如图2所示。
零件最后成型属于薄壁零件，在进行加工时，为了保证零件的几何尺寸满足使用要求，加工时不变形。
所以，车削和铣削时都要用芯棒装夹。
而铣削时是第二次装夹，为了减小铣削后的接刀痕，在进行芯棒装夹时，其间隙应尽量的小。
铣削完成后，用锉刀和砂皮将接刀痕打掉。
2.2 刀具材料的选择加工钛合金的刀具材料应具备如下性能：高温状态下的化学稳定性；足够的强度和韧性；良好的热传导性。
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6mm。
c.切削加工情况：有YG8铣平面，刀具切削轻松，在进刀与工件接触时
以及刀具将工件切透时有振动，中间切削过程平稳，使用磨削液。
留0.5mm 余量进行精铣，可获得R a1.6的表面粗糙度。
2.加工十字形状
a.刀具选择：选用硬质合金立铣刀，刀具材料为Y330。
铣刀外径Ø40。
b.切削参数选择：主轴转速235r/min。
c.切削加工情况：用Y330加工十字形状，手动横向进给，刀具切削轻
松，切削时加磨削液充分冷却。
精铣时铣刀底刃修磨R2，后角为1
0°～12°，并用碳化硅油石修磨使切削刃光滑，工件能得到R a1.6
的表面粗糙度。
此时后角的选择，尤其是刀具圆弧面后角的选择至
关重要，过大，会在铣削过程中产生振动，容易崩刃，使切削刃产
生锯口，加剧磨损：过小，会造成排屑、断屑困难，切屑还会粘刀，
后刀面与工件磨擦现象严重，刀具磨损加快。
因此正确地修磨后角，
可以提高刀具的使用寿命。
3.车削工件内外圆弧表面
刀具材料、几何参数及切削用量的选择如下：
a.刀具材料为YG8，45°偏刀断续切削，使用磨削液让切削刃冷却。
用工装夹
持工件，每组加工8件，粗车切削用量V=25～38m/min，f=0.3～0.5mm/r，
ap=3～5mm.如加工中间内孔，在连续切削的条件下精车，切削用量V=50～7
5m/min，f=0.1～0.2mm/r，ap=0.25～0.8mm。
前角γ=8°～12°能保证刀具强度。
.磨出0.05～0.1mm的负倒棱，增强切削刃强度。
.后角a=15°～20°，以减少后刀面与工件的摩擦，提高刀具寿命。
.粗车时，刃倾角λ=-3°～-5°，精车时刃倾角λ=-3°～0°。
.粗车时，刀尖圆弧半径r0=0.5mm，精车时r0=1～2mm，以增强刀尖强度。
.切削加工情况：通过以上参数选择，工件可获得R a1.6的表面粗糙度，并能有效地提高刀具寿命，主切削刃在刃磨后用碳化硅油石研磨出倒棱，可消除刃磨产生的锯口，提高抗磨损能力，并增强主切削刃强度。
.加工零件两边U形弧槽
图1所示U槽深约24mm，宽18mm，圆弧为28，弧形槽弦长61mm，为半盲槽，加工
后底部弧面及两侧面壁厚为4mm。
由于是半盲槽，刀具进入切槽后，铣削阻力增大，
排屑不畅，刀具与切屑挤压现象严重，切削过程中有振动，刀具易崩刃，如继续切
削，刀具将在颈部处折断。
加工后的零件表面凹凸不平，表面粗糙度达不到要求。
在选用刀具上，原选用硬质合金立铣刀加工，由于铣削产生的振动使铣刀崩刃，刀
具寿命较短。
后改用超硬铝高速钢铣刀(刀具牌号W6Mo5Cr4V2Al)切槽，取得了较满
意的效果。
其加工步骤如下：
a.先将铣刀底部磨出圆角R2，后角值取8°～12°，并用油石修光。
如果刀具
.。