为什么钛合金难以加工？

1. 钛加工的物理现象

钛合金的切削能力仅比同等硬度的钢略高，但钛合金的加工物理现象比钢复杂得多，使得钛合金的加工极为困难。

大多数钛合金的热导率非常低，仅为钢的1/7和铝的1/16，因此，在切削钛合金时产生的热量不会迅速传递到工件或被切屑带走，而是集中在切削区域，产生的温度可高达1000℃或更高，使得刀具的切削刃迅速磨损、崩刃和产生积屑瘤，磨损边缘迅速出现，也使切削区域产生更多热量，进一步降低刀具寿命。

切割过程中产生的高温也破坏了钛合金零件的表面完整性，导致零件的几何精度降低，并出现严重降低其疲劳强度的加工硬化现象。

钛合金的弹性可以有利于零件性能，但在切削过程中，工件的弹性变形是振动的重要原因。切削压力导致“弹性”工件离开刀具并反弹，这导致刀具与工件之间的摩擦比切削动作更多。摩擦过程也会产生热量，加剧钛合金导热性差的问题。

当加工可变形零件时，例如薄壁或环形零件，这个问题会更加严重，而将薄壁钛零件加工到所需的尺寸精度并不是一项容易的任务。由于工件材料被刀具推开，薄壁零件的局部变形超过弹性范围，导致塑性变形，并在切削点处材料强度和硬度显著增加。此时，以原先设定的切削速度进行加工变得过高，进一步导致刀具快速磨损。

“热”是钛合金难加工的“罪魁祸首”！

2. 钛合金加工工艺知识

基于对钛合金加工机制的理解，以及过去的经验，加工钛合金的主要工艺提示如下：

(1) 采用正角几何形状的刀片，以减少切削力、切削热和工件变形。

(2) 保持恒定进给以避免工件硬化，刀具在切削过程中应始终处于进给状态，铣削时径向进给 ae 应为半径的 30%。

(3) 采用高压、高流量切削液，以确保加工过程的热稳定性，并防止因高温导致的表面退化和刀具损坏。

(4) 保持刀刃锋利，钝工具会导致热量积聚和磨损，从而可能导致工具失效。

（5）尽可能在钛合金最软的状态下进行加工，因为硬化后的材料加工难度增加，热处理会提高材料的强度并增加刀具磨损。

(6) 使用大尖端半径或倒角进行切入，尽可能多地将切削刃放入切割中。这减少了每个点的切削力和热量，并防止局部断裂。在铣削钛时，切削速度对刀具寿命的影响最大，所有切削参数中以径向进给（铣削深度）ae次之。

3. 从刀片开始解决钛加工问题。

在钛加工过程中发生的插入槽磨损局限于切削深度的前后，通常是由于之前加工留下的硬化层造成的。在超过800°C的加工温度下，刀具与工件材料之间的化学反应和扩散也会导致槽磨损的形成。在加工过程中，工件上的钛分子积聚在插入件的前面，并在高压和高温下“焊接”到切削刃上，形成切屑肿瘤。当肿瘤从切削刃上移除时，会带走插入件的碳化物涂层，因此钛加工需要特殊的插入材料和几何形状。

4. 适用于钛加工的工具结构

钛加工的重点是热量，必须及时准确地将大量高压切削液注入切削刃，以便迅速去除热量。市场上有专门为钛加工设计的铣刀独特配置。