隨著航空航天領域發(fā)動機產(chǎn)品的更新?lián)Q代，鈦合金的使用比重越來越大：鈦合金憑借優(yōu)異的綜合力學性能、密度小、抗腐蝕性強等特點，成為飛機發(fā)動機理想的制造材料。在航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)中，鈦合金已逐步取代耐熱鋼、不銹鋼等材料，成為各類連接件、緊固件等部件的首選材料。但同時，鈦合金的硬度高、耐磨性高等特點也給加工帶來了極大的挑戰(zhàn)，尤其是切削刀具，因鈦合金的切削性差而導致刀具磨損快等加工難題頻繁出現(xiàn)，嚴重影響了加工精度和效率。因此，中航西控主要通過對鈦合金材料切削加工性能的分析，選用合理的加工刀具，確定較優(yōu)的切削參數(shù)和加工工藝，來找到適合在數(shù)控車床上對鈦合金軸類零件進行粗加工和精加工的有效途徑。

 

鈦的各種屬性使之成為具有強大吸引力的零件材料，但其中許多屬性同時也影響著它的可加工性。工業(yè)中常用鈦合金為兩相鈦合金，即(α+β)鈦合金，在航空發(fā)動機燃油附件中常用TC4、TC6，其中TC4是這類合金的典型代表。鈦合金材料硬度高、切削性能差，且易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，給切削加工帶來了困難。針對鈦合金中TC4這類材料的零件，尤其是車削加工工藝，中航西控做了較為深入的研究，并取得了一些經(jīng)驗。

 

首先，鈦合金的彈性模數(shù)小，其中TC4的彈性模量E=110GPa，約為鋼的一半，而且導熱性低，因而由切削力所引起的被加工件彈性變形大，同時在加工過程中會產(chǎn)生較高和較集中的切削力。這樣就容易產(chǎn)生振動而導致切削時出現(xiàn)震顫，降低工件精度，因此要改善加工系統(tǒng)的剛性。其次，鈦合金在切削加工中所產(chǎn)生的局部高溫，使鈦很容易吸收大氣中的氧和氮，從而形成又硬又脆的外皮。這就會造成工件加工表面的加工硬化現(xiàn)象，而且加工硬化速度快，使得刀具表面產(chǎn)生嚴重的劃痕，容易在切削過程中產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。除此之外，鈦合金材料本身的物理和化學性能使其切削加工時與工件親和力大，切削加工時刀具與工件接觸時易產(chǎn)生黏刀現(xiàn)象，增大了刀具與工件間的摩擦，產(chǎn)生大量的切削熱。由此產(chǎn)生的大量切削熱無法及時通過切屑散發(fā)出去，大大降低了刀具的使用壽命。因此加工鈦合金的刀具必須具備高熱硬度。

 

這里的鈦合金加工可以被看作是一項系統(tǒng)工程，需要從加工設備、切削刀具、切削參數(shù)、冷卻液等多個角度進行考慮。就加工設備而言，鈦合金加工需要機床加工性能好，冷卻充分，所以加工設備選擇加工精度較高的數(shù)控車床，加工時主軸震動極小加工穩(wěn)定性好。用于鈦合金加工的刀具材料的硬度及耐磨性要好，具有極好的耐熱性、在高溫下能保持較高的強度及韌性，以及一定的抗沖擊性和抗破壞性。滿足以上要求的刀具有：陶瓷刀具、涂層硬質合金刀具、立方氮化硼刀具(CBN)及類金剛石刀具(PCD)等。其中涂層硬質合金刀具價格低廉，且具有良好的導熱性和較高的硬度，在紅硬性和韌性等方面也表現(xiàn)出色，雖然比陶瓷、立方氮化硼刀具(CBN)、類金剛石刀具的耐熱性和化學穩(wěn)定性要差一些，但比陶瓷和類金剛石刀具具有較高的抗沖擊性和抗破壞性。因此已成為加工鈦合金的首選刀具。

 

在車削參數(shù)方面，鈦合金加工也是需要更多考量的。如切削速度的設定，過高的切削速度會導致切削熱升高，刀具切削刃過熱、粘結現(xiàn)象嚴重，刀具磨損加重，會縮短刀具使用壽命;同時會導致鈦合金工件表層開裂或氧化，影響工件的力學性能，所以應在保證較大的刀具耐用度下，選擇適當較低的切削速度，降低加工成本并保證加工質量。其次是切削深度的設定，因鈦合金工件加工前須進行預備熱處理，使得工件表面有一層氧化層，為提高刀具的耐用度應采用相對較大的切削深度，可以直接切入鈦合金機體未氧化的金屬層，提高刀具使用壽命。另外一個參數(shù)設定時需要考慮的是進給量，進給量的大小對產(chǎn)生切削溫度的大小影響不是很大，在保證加工效率的前提下，減小切削速度增大進給量是合理的切削方式。為保證加工質量及提高刀具的耐用度，還應考慮到冷卻液的使用，比如要充分對加工區(qū)域進行冷卻，冷卻液不僅可以有效降低切削溫度，還可以減少切削時對刀具的黏結現(xiàn)象，提高效率，延長刀具使用壽命。