钛材切削加工（一）

对钛及钛合金进行切削加工，可以采用一般的切削加工方法。考虑钛本身的特性，掌握一定的 加工技术，对钛和钛合金进行切削加工不比其他金属困难。钛的加工硬化速度比奥氏体不锈钢、铜、黄铜要小，比铝大，和含碳量0.2%的碳钢大体相同。

一、钛的性能对切削加工的影响

（1） 由于钛的摩擦系数大，因此在切削过程中切屑易产生高温，使切削刀具的磨损加速。

（2） 由于钛的热导率小，因此在切削中切屑（切屑坚韧而不卷曲）与刀尖摩擦所产生的热量几乎全部集中在刀刃和刀具的前倾面上，而使刀具寿命降低。

（3） 由于弹性模量小，所以对长的工件进行深切削时易产生绕曲并且加工材料易离开刀具，因此在加工中需安装防振架。

（4） 由于钛具有高温化学活性，在加工过程中易导致工件表面污染。同时，钛与刀具金属在高温下易起反应，使刀具剥蚀。

（5） 由于钛和钛合金毛坯表面有一覆盖层，其中含有硬度较高的氧化物、氮化物和碳化物，所以在切削加工过程中，易引起刀具切削刃极快磨损或崩刀，因此，在切第一刀时应做深切削，使刀尖穿过覆盖层以下再进行切削。

（6） 切削钛时，切削力较低，切削加工不产生刀痕，所以能进行表面光洁度较高的切削加工。

二、钛材切削加工的基本原则

（1） 为防止温升过大，应采用较低的切削速度，一般来说，应比它相同硬度的钢件切削速度低25%~50%或更低。

（2） 采用大的进刀量。进刀量对温升影响很小。

（3） 在切削过程中不要停止走刀，否则会引起加工硬化或产生烧结、挤裂而损坏刀具。

（4） 在切削刀具要锋利，否则刀具极易磨损。因为切削刀具的磨损和切削量不成比例，开始时磨损很小，刀具一旦变钝，磨损立即加剧。

（5） 使用足够的切削液（润滑冷却液），进行润滑冷却，将刀刃上的热量带走，并冲走切屑。

可以使用下列切削液

15%氯化钠水溶液；

25%~10%的水溶性油的水溶液；

3乳化油（油：水=1:20 体积比）；

4硫化油；

5机油；

6氯化油。

在上述六中切削液中，以1和2为最好。尽可能不采用氯化油，因为氯化油残留在工件表面上时，易产生腐蚀。

三、钛的各种切削加工

（一） 车削

用高速钢或碳化钨合金刀具对钛及钛合金进行车削，可获得良好的切削性能。粗车削最好采用硬质合金刀具，但硬质合金刀具对振动特别敏感，因此要求机床和夹具的刚性要好。

车削时使用易溶于水的润滑冷却液比较好，推荐使用标准乳化液。

值得提出的是，在车削钛及钛合金时一定要用活顶尖，不能用死顶尖，因为钛与死顶尖相摩擦会发热、粘结，以至于顶针孔扩大、偏斜而影响加工精度，甚至 报废。

（二） 刨削

对钛及钛合金进行刨削加工比车削加工困难，刨削是半进程不连续的切削加工，冲击性大，因拖刀或吃刀时的冲击和振动而极易崩刀。刀具材料最好选用硬质合金YG8。当刨削纯钛或较软的钛合金时，也可选用高速钢、碳化钨或YG2~YG6刀具，其具体选择取决于装配刚度。

刨削速度的选取与工件的硬度和刀具材质有关。一般来讲，在使用冷却润滑液的情况下，刀具若为高速钢，刨削工业纯钛和较软的钛合金时，切削速度选11.7~12.2m/min;刨削较硬的钛合金时，切削速度选4.5m/min左右。当用硬质合金刀具时，速度可以选得大一些。而粗刨和精刨的速度通常是相等的。

横走到速度与吃刀深度有关。粗刨时，吃刀深度＜6mm，横向走刀速度为1.5~2.2mm/(道.次)；精刨时吃刀深度较浅，一般为0.15~1mm，也有选0.075~0.375mm的，横向走刀速度为12.5~25mm/（道.次）

（三） 铣削

对钛和钛合金进行铣削加工比车削加工困难，铣削过程中的不连续切削，使刀具承受冲击载荷，加上刀齿熔敷切屑造成的粘附磨损，使刀具寿命受到严重影响。用高速钢刀具或硬质合金刀具对钛和钛合金进行铣削，一般都能获得满意效果。

对钛和钛合金进行铣削时，应采用顺铣，宜用直径小。齿数多的铣刀，这样可以减少偏斜和振动。通常、铣削钛的铣刀刀齿的后角比普通铣刀大30%~50%，如果崩刀，后角可取小一些。前脚一般选用正前角，若加工有困难，前角应减少至0°或为负角。

对于铣削来说，正确选择润滑冷却液十分重要，一般宜用易溶于水的润滑冷却液，添加方式或以喷雾状喷射较好。

（四） 钻削

对钛及钛合金进行钻削加工比较困难，钻头一般用普通高速钢和硬质合金钢来制作，采用118°或90°的双顶为好，因为它可以切断切屑，使之易于排除。而在钻削的过程中及时排屑是非常重要的，如不及时排屑，将会发生钻头被卡、断裂、胶粘等情况。

为了增加刚性，防止钻削时产生振动而崩刀，最好安装衬套，并尽可能缩短钻杆长度。

冷却润滑液，推荐使用10%的亚硝酸钠水溶液或矿物油、硫化油等。

钻孔的切削用量一般推荐为：

切削速度15~20m/min;钻头直径＜直径7时，进刀量为：0.05~0.1mm/r,一般用0.1~0.2mm/r.

(五)扩孔

扩孔的切削用量如下表所示。

(六)铰削

对钛及钛合金进行铰削并不十分困难，操作适当可以得到很高精度。刀具材料采用硬质合金或硬度HRC~63~65的高速钢均可。铰孔时及时排屑也非常重要。

最有效的冷却润滑液是80%硫化油+20%四氯化碳。使用此液铰孔所获得的光洁度最好。其次可以使用40%硫化油+30%油酸+30%松节油。或使用硫化油。最差的是5%乳化油的水溶液。（七）切削螺纹

用丝锥对钛及钛合金进行内螺纹的饿切削较困难，而用车刀来切削外螺纹及粗大的内螺纹并不困难。

1：攻丝 用板牙切削外螺纹很困难，用丝锥切削内螺纹也较困难，经常会出现粘连现象，有时甚至会使丝锥迅速崩裂。

攻丝螺纹时，采用先攻全螺纹的60%、然后再攻完其余部分的方法比较好。攻丝过程中随时排屑尤其重要。

螺纹部分越长，攻丝越困难。所以，建议在设计螺纹时，螺纹部分的设计长度要小于其直径的5倍。

攻丝时，采用较低的速度和有效的切削液，可提高切削效果。使用浇注式硫化油比较理想，若再添加硫化钼，则可避免丝锥经常性的损坏。其他的切削液如四氯化碳、蓖麻油或油酸+蓖麻油，也能得到较好的效果。

攻丝时，如果丝锥折断，可用硝酸清除，因为硝酸能溶解钢而不溶解钛。

丝锥的材质宜选用高速钢。用机床切削螺纹时，推荐采用1~2m/min的切削速度。

2.车削螺纹 刀具可用YG8和高速钢。用YG8时切削速度为15~25m/min;用高速钢时，切削速度为7~10m/min.车削时，推荐使用标准乳化油润滑冷却。

（八）磨削

对钛和钛合金进行磨削较钢困难，磨削钛时，钛屑微粒易粘附在砂轮磨粒的尖峰上，使砂轮变钝而失去磨削能力。同时，磨削所产生的高温使钛与磨粒起化学反应生成TiO和TiC,并溶解于钛中而破坏钛工件原有的性能。

在磨削中，砂轮极易磨损，所以必须降低砂轮速度，一般来说，应比相同硬度的钢件低30%~50%，以600m/min为好。为降低磨削所产生的高温，应使用冷却液，冷却液一般选用硫化油、氯化油及硝基铵类等。

砂轮的材质一般为白色氧化铝，或为绿色碳化硅磨料，粒度为60~80目，以中等硬度为佳。国内也有用单晶刚玉做磨料的。用白色氧化铝材质的钛件光洁度高，但用后者进行磨削，磨削率要 比用前者高一些。

钛不导磁，所以在平面磨床上磨切削钛时，一定要装夹牢固，以免工件松动而产生振颤。在外圆磨床上磨削，一定要使用活顶针磨床，若无活顶针磨床，最好将钛件两端镶上碳钢做的顶针孔，否则，会出现不良现象而影响加工质量。

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何燕：15877371409