對鈦合金工件車削加工的研究

鈦合金既硬又韌，導熱又差；粗車時，保證必要的刀具耐用度，確定切削速度；精車時，為完成以車代磨，盡量采用高速切削；可降低表面粗糙度，減輕已加工表面加工硬化和殘余應力。傳統的鈦合金車削加工因其切削速度低，刀具耐用度低，加工質量難于控制，導致加工效率低。提高機床、夾具、工件和刀具組成的工藝系統剛度，可解決鈦合金薄壁件車削加工變形問題。鈦合金薄壁件車削加工比銑削容易些。車削為連續切削，沒有沖擊。切屑為單元切屑，不存在斷屑難的問題。鈦合金彈性模量小，屈強比大；切削時彈讓大，需變形能大。選擇刀具材料硬度要高，韌性要好，sbb≥200kg/mm2，且不含TiC。刃口要鋒利，后角要大，鈍圓半徑要小。避免使用鈍刀切削。經多次鈦合金車削加工試驗、優選了刀具材料，確定了刀具幾何參數，依據刀具磨損情況，提供了較為合理的切削數據。

鈦合金彈性模量小，為45鋼的1/2，加工變形大。刀具后角要大些，取a0=15°～18°，減少加工表面與后刀面間的摩擦。前角也要選大些g0=10°，刀具鋒利，減小加工變形，降低加工硬化，提高已加工表面質量。主偏角kr=90°降低徑向力，防止振動。刀尖圓弧半徑決定刀尖強度、散熱及磨損，不易過大，re=1～2mm合適。切削鈦合金，刀具必須鋒利，鈍刀不能進行切削。刀具鈍圓半徑必須小，也就是選用細晶粒材料，才能使鈍圓半徑降低。同時，使刀具材料硬度提高，而韌性不下降。提高刀具刃磨質量，用金剛石、立方氮化硼砂輪磨刀。前后刀面粗糙度Ra≤0.1μm，降低切屑與前刀面。工件與后刀面間的摩擦。刃口要平直，無鋸齒，減輕崩刃磨損。

鈦合金導熱性能很差，為45號鋼的1/6～1/7。選擇刀具材料時，要考慮刀具材料的導熱性能，YG類優于YT類。切削鈦合金產生單元切屑，變形系數近似為1，刀屑接觸長度很短，切削力集中于刃口附近，單位切削力大，易崩刃。要求刀具材料韌性要好，σbb>150kg/mm2，鈦合金化學性能活波，易與空氣中的氧和氮產生硬脆化合物，加快刀具磨損；鈦與刀具中的元素易親合，加工鈦合金使用的刀具材料要少鈦或無鈦元素。優選YG類硬質合金，不是用YT類硬質合金。

粗車鈦合金目的是去除大的余量，應保證較大的刀具耐用度。VB=0.4mm，切削速度不高，一般V≤35m/min，刀具耐用度T=60min，切削刃度ap≤4mm，走刀量f≤0.24mm/r，且加大流量溶液冷卻。精車鈦合金目的是保證尺寸精度和表面質量，一般ap≤1mm，磨鈍標準VB=0.2mm，盡量采用高的切削速度和必要的刀具耐用度，切削速度35m/min≤V≤140m/min，刀具耐用度T=30min。用機油冷卻潤滑，降低刀屑間的摩擦系數，提高已加工表面質量。