引言

鈦合金是20世紀(jì)50年代研發(fā) 來的，并逐漸廣泛心用于航窄、航天、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域，其在強(qiáng)度、韌性、耐熱性、焊接性、耐蝕性和生物相容性方面具有優(yōu)良性能。但是，這種材料切削加工性非常差，鈦合金的切削加工變形過程 普通金屬材料(鍋合金、鋼材)存在很大的區(qū)別，切削加] 過程中，切削區(qū)域的條件非常差，存在的應(yīng)力、高溫和振動導(dǎo)致刀具失效嚴(yán)重、工件尺寸誤差大和表面質(zhì)量差，從而導(dǎo)致切削效率低、零件成品率低、生產(chǎn)成本高j隨著刀具技術(shù)和切削技術(shù)的發(fā)展，鈦合金的加工性正在逐漸改善。

1 、典型鈦合金材料特性

鈦合金可以分為鑄造鈦合金和變形鈦合金兩類，變形鈦合金在丁、 中應(yīng)用最廣泛。Ti一6Al—4V合金是由美在1954年研制的，在鈦合金中的使用量最大，很多其他牌號的鈦合金都是在其基礎(chǔ)七研制。目前鈦合金已有數(shù)百種，比較著名的有幾十利-，如Ti一6AI一4V、Ti一2A1—2，5Zr、 Ti—Mo—Ni、BT20等 。鈦合金材料具有的特性為：

1)強(qiáng)度以及高溫強(qiáng)度高。鈦合金能在高溫條件下保證下作強(qiáng)度，在400℃左右，其強(qiáng)度是鋁合金的l0倍左右。

2)化學(xué)活性高。 氧、二氧化碳、水蒸氣等會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) 與元素C會形成高硬度TiC，在溫度較高情況下。會 元素N發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生TiN。

3)耐蝕性好 在海水及潮濕環(huán)境中，鈦合金耐蝕性能優(yōu)于不銹鋼，并且對堿性有機(jī)物品和酸性液體等也具有很好的而寸腐蝕性能，但是，對還原性介質(zhì)的耐蝕性差。

4)導(dǎo)熱系數(shù)小。鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約為Fe的1／5，A1的1／l4，然而，鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)一般為鈦的50％。

5)彈性模量小 鈦的彈性模量約為鋼材的一半，為107800 MPa。

2 、鈦合金切削加工性分析

1）切削溫度高。鈦合金的強(qiáng)度高和導(dǎo)熱系數(shù)小，導(dǎo)致切削過稚中切削區(qū)域存在大量切削熱，刀具切削區(qū)域溫度很高，加快刀具磨損。

2）切削力大。鈦合金切屑變形系數(shù)小，流動速度高，單位的切削力大

3）零件尺寸精度和表面質(zhì)量差。鈦合金彈性模量小，切削過程中。工件容易變形，已加 l-，表面會產(chǎn)生回彈和塑性變形，表面加丁硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，尺寸精度和表而質(zhì)量很難保證。

4）刀具黏結(jié)和擴(kuò)散磨損嚴(yán)重。鈦合金化學(xué)活性較高，與刀具材料容易發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致材料問的黏結(jié)和擴(kuò)散，加快刀具磨損。

3、鈦合金切削冷卻方式

1)干式切削。干式切削避免了切削液的污染，并降低了切削成本，可以實現(xiàn)高效、安全和清潔的加工。但是，對刀具的抗高溫和耐磨性能提出更高的要求。

2)應(yīng)用冷卻液。冷卻液包括水或堿性水溶液、非水溶性油質(zhì)溶液和水基可溶性油質(zhì)溶液 采用冷卻液可以改善切削區(qū)域溫度條件，減少刀具磨損，提高加工：零件尺寸精度和加T表面質(zhì)量。根據(jù)冷卻液噴射的壓力，也可分為常規(guī)壓力冷卻、低壓冷卻和高壓冷卻，其中高壓冷卻技術(shù)對冷卻液設(shè)備要求較高，應(yīng)用高 冷卻機(jī)床成本高。

3)低溫冷卻。采用低溫冷卻介質(zhì)如液態(tài)氮、二氧化碳或者冷風(fēng)等噴射到切削區(qū)域，使切削區(qū)域產(chǎn)生局部的低溫，從而提高。 件切削加工性，并延長刀具壽命、改善零件加工表面質(zhì)量。在車削Ti一6A1—4V合金時使用液氮冷卻可以提高3倍刀具壽命。 低溫冷卻一般為綠色冷卻，冷卻介質(zhì)不會造成污染。

4、切削刀具

鈦合金切削過程中所用的刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、PCBN以及金剛百：但是，隨荇切削技術(shù)和具技術(shù)的發(fā)展，高速鋼刀具在鈦合金切削加工中一般應(yīng)用于多刃刀具、成形刀具等復(fù)雜刀具，超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金以及超硬刀具的應(yīng)用越來越多。

1)硬質(zhì)合金刀具。由于YT類硬質(zhì)合金在高溫條件下容易與鈦合金親和，并形成元素擴(kuò)散和化學(xué)反心，加速刀具磨損。而YG類硬質(zhì)合金與鈦合金親手¨力小、導(dǎo)熱性好，更適合切削鈦合金。超細(xì)品粒硬質(zhì)合金刀具具有更高的硬度和耐高溫性能，逐漸被應(yīng)用到鈦合金加工中，可以保證較長的刀具壽命，涂層硬質(zhì)合金刀具在超硬和耐高溫涂層的保護(hù)下，也具有較好的切削效果。但是，在鈦合金切削過程中，硬質(zhì)合金刀具的磨料磨損、黏結(jié)磨損、擴(kuò)散和氧化磨損依然嚴(yán)重，主要是由于鈦合金的高溫強(qiáng)度高、黏性大，工件材料的存在硬質(zhì)化合物形成的硬質(zhì)點，導(dǎo)致刀具磨損非常快。而且，化學(xué)反應(yīng)和涂層與基體的熱膨脹系數(shù)的不同，導(dǎo)致涂層剝落是涂層刀具的主要失效形式之一。

2)陶瓷刀具。陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，適合部分型號的鈦合金材料的切削。

在切削鈦合金過程中，主要的磨損形式為前刀面的月牙洼磨損、后刀面的溝槽磨損和刀尖斷裂。磨損機(jī)理主要是黏結(jié)磨損和氧化磨損 。

3)PCBN刀具。PCBN刀具的硬度僅次于金剛石刀具，具有更高的耐磨性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且摩擦因數(shù)低，應(yīng)用PCBN刀具可以實現(xiàn)鈦合金的高速切削，獲得較好的切削表面質(zhì)量。PCBN刀具的抗黏結(jié)性能很好，減少了出現(xiàn)在其他刀具上的黏結(jié)密損等，主要的失效形式為機(jī)械磨損、化學(xué)磨損和蹦刃等 。

4)金剛石刀具。金剛石刀具在刀具材料中硬度最高、刀具刃口非常鋒利、傳熱效率高、能保證很長的刀具使用壽命，比較適合用于鈦合金的精加工。

5、結(jié)語

隨著切削技術(shù)及刀具技術(shù)的發(fā)展，鈦合金材料的切削加工性正在逐漸被改善，尤其是超硬刀具材料和綠色高效的切削冷卻技術(shù)的應(yīng)用，提高了加工過程中刀具的使用壽命和加工表面質(zhì)量，例如，利用PCBN刀具在高壓冷卻條件下進(jìn)行鈦合金零件的切削加工，可以取得非常好的切削效果。

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