钛合金的加工难度很大,因为钛合金的导热性很差。加之切屑与切削刀具的接触长度较短,不利于切削热的散发。因此,切削刃区域的温度很高,大约是切削 45 钢的两倍以上。此外,刀具磨损也严重。一方面,钛合金与刀具材料之间的化学亲和力很强,很容易与刀具材料中的Ti、Co、C等元素结合,加剧高温下的粘着磨损。另一方面,钛合金容易与空气中的氧、氮发生反应,形成硬而脆的表面层,加剧刀具磨损。
表1:车削钛合金刀具几何参数的选择
刀具材质 | 前角 | 后角 | 切削刃倾角 | 主间隙角 | 二次间隙角 | 倒角宽度(毫米) | 倒角前角 | 切削刃半径(毫米) |
硬质合金车床 | 5~10 | 10~15 | 0~10 | 45~75 | 15 | 0.05~0.3 | 0.10~0 | 0.5~1.5 |
加工量
车削钛合金的切削速度不宜太高,切削深度可较大,同时进给量要适当。进给量太大会导致切削刃烧伤,而进给量太小则导致加工硬化层时切削刃快速磨损。车削钛合金时,可采用防锈乳液或极压乳液进行冷却和润滑。车削钛合金的推荐切削参数如下表
表2:钛合金车削切削参数的选择
进给量(毫米) | 切割速度(毫米) |
0.08~0.12 | 87~69 |
0.13~0.17 | 71~59 |
0.16~0.24 | 62~51 |
0.25~0.30 | 53~47 |
0.33~0.44 | 48~41 |
0.45~0.65 | 42~34 |
注:本表使用条件:刀具材料YG8,工件材料TC4,刀具几何角度前角=5°,后角=10°,主后角=75°,副后角=15°,切削刃口半径 = 0.5mm,车削深度 = 1mm,干车削。若使用切削液,可适当提高表中转速。
加工参数
加工温度
车削钛合金时,切削温度高,刀具耐用度低。在切削参数中,切削速度对切削温度的影响最为显着。因此,应努力确保所选切削速度下产生的切削温度在最佳范围内。使用高速钢刀具车削钛合金的建议切削温度约为 480°C 至 540°C,而对于硬质合金刀具,建议切削温度约为 650°C 至 750°C。
切削速度Vc
切削速度对刀具耐用性影响最显着,最好以最佳切削速度操作刀具,且相对磨损最小。车削不同牌号的钛合金时,由于强度差异较大,应适当调整切削速度。车削深度对切削速度也有一定的影响,应根据不同的车削深度确定切削速度的大小。
进给速度
进给速度对刀具耐用性的影响相对较小。在保证加工表面粗糙度的同时,可选择较大的进给速度,一般范围为f=0.1~0.3mm/r。如果进给量太小,刀具可能会在硬化层内切削,从而增加刀具磨损。另外,极薄的切屑在高切削温度下容易自燃,因此进给速度不允许低于f<0.05 mm/r。
切削深度 (ap) 对刀具耐用性的影响最小。通常选择较大的切削深度,以避免在硬化层内切削,减少刀具磨损。它还增加了切削刃的工作长度,促进散热。通常,ap 设置为 1 至 5 mm。