李家军
哈尔滨东安高精管轴制造有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150066
摘要：钛合金作为21世纪社会进步和发展的重要金属，越来越受到世界各国的重视。随着各国整体科技水平和研发力度的提高，钛合金的需求和应用也越来越多。钛合金因其良好的性能优势，在各国航空航天、医疗器械等领域具有广泛的适用性，其应用程度已成为一个国家制造和装备先进水平的标志和体现。
关键词：钛合金；机械加工；分析；
由于钛合金材料具有非常强的耐热性、抗腐蚀性及优良的导热性，因而被广泛应用在各个领域里。在对钛合金材料进行详细介绍的基础上，重点分析该材料在机械方面的加工工艺，并对钛合金材料的应用进行展望。
一、钛合金材料应用现状
作为一种新型的金属材料，钛合金被广泛认知是在20世纪中叶。由于其良好的金属性能，使得这一材料一经发现便被很多领域大量应用。相对于其他金属材料而言，钛合金的主要特点是强度较高。此外，它的耐热性和抗腐蚀性也优于其他材料。因此，钛合金广泛应用于机械加工等相关领域。
二、钛合金材料的机械加工原则
1.选用的操作刀具要具有合理性。任何一种机械加工，都有着其核心的使用器具，钛合金的操作加工更是如此，它的核心器具乃是操作时必备的工具——刀具。要充分全面地考虑切割刀具材质的基础特征和钛合金材料的基本特性。只有选择合理的刀具材料，再加上科学的加工方法，才能将加工技术得到良好施展。还有一点不容忽视，那就是相对合理的加工费用，在保障钛合金材质成品的高标准高质量的同时，要尽量减少加工成本，保证加工的经济性，从而实现真正的经济效益。
2.优化切削条件。在现实中进行机械操作的时候，一方面要大力保障较高标准的机械操作加工过程中的切削条件，另一方面还需要尽力实现一个硬性的目的，即钛合金机械加工系统的优化能力。此外，在现实应用中，对钛合金进行操作加工的人员要尽量科学地调整加工机床结构中的缝隙。这样做能够让控制机床主轴的零部件保持平稳，从而使其在操作过程中能够顺利加工出高标准的产品。除此之外，作为操作人员，还有一个首要的任务，就是不能让加工刀具在切削的过程中长时间使用，在操作过程中必须考虑刀具损耗，要尽可能延长刀具的使用时长。
3.控制切削量范围。如何控制切削量，应该从如下方面考虑：1）对切削速度进行把控。速度的快慢直接影响刀具的强度，进而会致使刀刃的使用寿命剪短。2）切削深度不能太浅。有材料调查显示，切削的过程中，切削的深浅并不会影响到刀具的温度。作为一名理想的钛合金加工操作人员，在减缓切削速度的同时可以尽量扩大切削的深度。最后，在切削加工操作进行的过程中，不可以随性终止走刀，这种现象会在某种程度上导致钛合金的表层发生硬化，致使最终的加工成品没有办法使用，导致成本浪费。
三、钛合金各种机械加工的分析与研究
钛合金机械加工的方法很多,主要包括:车削、铣削、镗孔、钻削、磨削、攻丝、锯削、电火花加工等,通过实践具体分析如下:
1.钛合金的车削加工及镗孔。车削钛合金的主要问题是:切削温度高;刀具磨损较严重;切削回弹大。在合适的机械加工条件下,车削和镗孔并不是特别困难的工序。对于连续切削、大批量生产或金属去除量大的切削,一般都采用硬质合金刀具;当进行成型切削、车槽或切断时,适合用调整钢刀具,金属陶瓷刀具也得到应用。同其他机械加工操作一样,始终采用恒定的强制进刀,可以避免切削中断。切削过程中不要停止或减速。一般不要进行切削,而应进行充分冷却;冷却剂可采用5%硝酸钠水溶液或1/20可溶性油乳状水溶液。
锻造前,车削原始棒料表面富氧层采用硬质合金刀具,其切削深度应大于富氧层厚度,切削速度为20-30m/min,进给量为0.1-0.2mm/r(指TC4钛合金)。镗削是精加工,特别是对薄壁钛合金产品在镗削加工中,应防止烧伤和零件装夹变形。
2.钛合金的铣削加工。在铣削加工中,刀具每一转只是部分处于铣削状态,在铣削过程中,钛合金的粘结及刀具的咬合最终导致刀具的磨损或破碎。转动刀具在离开铣削工件后,残余切屑会紧紧地焊在刀齿上,并被带到下一个铣削行程,将严重影响铣削表面的粗糙度。为防止上述情况的发生,应采取如下措施:(1)选择适宜的加工方式。在铣床允许的情况下尽量采用顺铣。由于顺铣时切削厚度由大逐渐减小,切屑不容易粘连在切削刃上,薄屑也容易从刀齿上脱落。在卧铣床上顺铣不象逆铣那样将切削向上抛,对操作者无危害,清理切屑也方便。当采用逆铣时,铣刀旋转方向和工件的走刀方向相反,切削厚度由小逐渐减大;即切屑由薄变厚,所以逆铣时切屑容易粘在切削刃上。当有切屑的刀刃再次切入工件时,切屑会挤压在刀刃和工件之间,使刀刃加速磨损或崩刃,降低刀具寿命。因而不宜采用。(2)选择合理的铣刀材料。铣刀一般应选用高速钢制成,其材料可选用W8MoCrVAl(M2Al)和W2Mo9Cr4Co8(M 42)。M 42的切削性能比M2Al好,但由于含钴量高,价格昂贵。当加工钛合金的氧化层时,应采用钨钴类YG8硬质合金,而钛合金的成型加工应采用M 42高速钢较好。
3.钛合金的钻削加工。钻削钛合金时容易生成长而薄的卷曲切屑,同时钻削热量大,容易使切屑过分堆积或粘附在钻削刃上,这是造成钻削钛合金困难的主要原因。钻孔要采用短而锋利的钻头和低速强制进给,支撑支架要紧固,并要给以重复充分冷却,尤其是深孔钻削。钻削过程中钻头在孔内应保持钻削状态而不允许在钻孔内空转,并应保持低而恒速的钻削速度。钻通孔要仔细,当快要钻通时,为了清理钻头和钻孔,及去除钻屑,最好退回钻头,最终破孔时采用强制进给,这样可以获得光滑的孔。
4.钛合金的磨削加工。由于钛合金在磨削加工中有填充砂轮表面孔隙的倾向,给钛合金的磨削带来困难。因此,采用较低的砂轮表面速度及进给速度。例如,使用碳化硅砂轮,速度为700-1200m/min,可获得良好的表面质量;氧化铝砂轮,速度为550-600m/min,由于砂轮速度低,则产生火花少,减少起火危险性。防锈型的亚硝酸铵水溶液即能冷却又能消除起火的危险。
5.钛合金的攻丝。钛合金的攻丝可能是最困难的机械加工工序。攻丝时,钛屑排除受限制及严重的咬合倾向将导致螺纹配合不好,致使丝锥卡住或断裂。在攻丝完成时,钛合金倾向于紧缩在丝锥上。因此,应尽量避免加工盲孔或过长的通孔,以防止内螺纹表面粗糙度变大或断锥现象的产生。同时,在攻丝方法上要不断改进,如可以磨去丝锥后缘,沿齿刃长度在齿顶磨制轴向的排屑沟等。另一方面采用表面经过氧化、氧化或镀铬处理的丝锥,以降低咬合及磨损。
6.钛合金的锯割加工。锯割钛合金时,要采用低的表面速度和连续强制进料。实验证明,齿距为4.2-8.5m m的粗齿高速钢锯条适用于锯钛合金。若用带锯锯钛合金,其锯条齿距由工件厚度决定,一般为2.5-25.4mm,材料厚度愈厚,齿距愈大。同时必须保持强制进料能力和所需的冷却剂。
7.钛合金的电火花加工。钛合金的电火花加工要求工具与工件间有一个操作间隙。间隙范围最好取在0.005-0.4mm,较小的间隙常用于要求表面光滑的精加工,较大间隙则用于要求迅速去除金属的粗加工。电极材料最好选用铜和锌。
总之，在对金属材料进行加工的时候不仅要选用较为适合的切割刀具，还要将相关加工参数维持在合理的范围内。对钛合金材料进行加工的时候亦是如此，由于钛合金材料具有一定的特定属性，所以在对该材料进行机械加工的时候需要按照一定的原则来进行。
参考文献：
[1]王翠.关于影响钛合金机械加工因素的分析与研究,2020.
[2]徐小军,钛合金材料高效高速加工机床应用现状及发展趋势.2019.