鈦合金銑削加工的技術(shù)要點(diǎn)

與其他大多數(shù)金屬材料加工相比，鈦加工不僅要求更高，而且限制更多。這是因?yàn)殁伜辖鹚哂械囊苯鹛匦院筒牧蠈傩钥赡軙?huì)對(duì)切削作用和材料本身產(chǎn)生嚴(yán)重影響。但是，如果選擇適當(dāng)?shù)牡毒卟⒄_加以使用，并且按照鈦加工要求將機(jī)床和配置優(yōu)化到*狀態(tài)，那么就*可以滿足這些要求，并獲得令人滿意的高性能和結(jié)果。傳統(tǒng)鈦金屬加工過(guò)程中碰到的許多問(wèn)題并非不可避免，只要克服鈦屬性對(duì)加工過(guò)程的影響，就能取得成功。


鈦的各種屬性使之成為具有強(qiáng)大吸引力的零件材料，但其中許多屬性同時(shí)也影響著它的可加工性。鈦具備優(yōu)良的強(qiáng)度-重量比，其密度通常僅為鋼的60％。鈦的彈性系數(shù)比鋼低，因此質(zhì)地更堅(jiān)硬，撓曲度更好。鈦的耐侵蝕性也優(yōu)于不銹鋼，而且導(dǎo)熱性低。這些屬性意味著鈦金屬在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高和較集中的切削力。它容易產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致切削時(shí)出現(xiàn)震顫；并且，它在切削時(shí)還容易與切削刀具材料發(fā)生反應(yīng)，從而加劇月牙洼磨損。此外，它的導(dǎo)熱性差，由于熱主要集中在切削區(qū)，因此加工鈦金屬的刀具必須具備高熱硬度。
穩(wěn)定性是成功的關(guān)鍵所在

某些機(jī)加工車間發(fā)現(xiàn)鈦金屬難以有效加工，但這種觀點(diǎn)并不代表現(xiàn)代加工方法和刀具的發(fā)展趨勢(shì)。之所以困難，部分是因?yàn)殁伣饘偌庸な切屡d工藝，缺少可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。此外，困難通常與期望值及操作者的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)，特別是有些人已經(jīng)習(xí)慣了鑄鐵或低合金鋼等材料的加工方式，這些材料的加工要求一般很低。相比之下，加工鈦金屬似乎更困難些，因?yàn)榧庸r(shí)不能采用同樣的刀具和相同的速率，并且刀具的壽命也不同。即便與某些不銹鋼相比，鈦金屬加工的難度也仍然要高。我們固然可以說(shuō)，加工鈦金屬必須采取不同的切削速度和進(jìn)給量以及一定的預(yù)防措施。其實(shí)與大多數(shù)材料相比，鈦金屬也是一種*可直接加工的材料。只要鈦工件穩(wěn)定，裝夾牢固，機(jī)床的選擇正確，動(dòng)力合適，工況良好，并且配備具有較短刀具懸伸的ISO 50主軸，則所有問(wèn)題都會(huì)迎刃而解——只要切削刀具正確的話。

但在實(shí)際銑削加工中，鈦金屬加工所需的條件不容易全部滿足，因?yàn)槔硐氲姆€(wěn)定條件并不總是具備。此外，許多鈦零件的形狀復(fù)雜，可能包含許多細(xì)密或深長(zhǎng)的型腔、薄壁、斜面和薄托座。要想成功加工這樣的零件，就需要使用大懸伸、小直徑刀具，這都會(huì)影響刀具穩(wěn)定性。在加工鈦金屬時(shí)，往往更容易出現(xiàn)潛在的穩(wěn)定性問(wèn)題。
必須考慮振動(dòng)和熱

非理想環(huán)境還包含其它因素，其中之一就是大多數(shù)機(jī)床目前裝配的是IS0
40主軸，如果高強(qiáng)度地使用機(jī)床，就無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持新刀狀態(tài)。此外，如果零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的話，通常就不易有效夾緊。當(dāng)然挑戰(zhàn)還不止于此，切削工序有時(shí)必須用于全槽銑、側(cè)削或輪廓銑削，所有這些都有可能（但并非必定）產(chǎn)生振動(dòng)及形成較差的切削條件。重要的是，在設(shè)定機(jī)床時(shí)，必須始終注意提高穩(wěn)定性以避免振動(dòng)趨勢(shì)。振動(dòng)會(huì)造成刀刃崩碎、刀片損壞并產(chǎn)生不可預(yù)見(jiàn)和不一致的結(jié)果。一種改進(jìn)措施便是采用多級(jí)夾緊，使零件更靠近主軸以有助于抵消振動(dòng)。

由于鈦金屬在高溫下仍能保持其硬度和強(qiáng)度，因而切削刃會(huì)遭遇高作用力和應(yīng)力，再加上切削區(qū)中產(chǎn)生的高熱，就意味著很可能出現(xiàn)加工硬化，這會(huì)導(dǎo)致某些問(wèn)題產(chǎn)生，特別是不利于后續(xù)切削工序。因此，選擇*的可轉(zhuǎn)位刀片牌號(hào)和槽形是加工能否取得成功的關(guān)鍵。過(guò)去的歷史證明，細(xì)晶粒非涂層刀片牌號(hào)非常適用于鈦金屬加工；如今，具有PVD鈦涂層的刀片牌號(hào)更可大大改進(jìn)性能。
精度、條件和正確的切削參數(shù)

刀具軸向和徑向上的跳動(dòng)精度也很重要。例如，如果未將刀片正確地安裝到銑刀中，則銑刀周圍的切削刃會(huì)迅速損壞。在切削鈦金屬時(shí)，其它一些因素，例如刀具制造公差不良、磨損和刀具受損、刀柄有缺陷或質(zhì)量差、機(jī)床主軸磨損等等，都會(huì)在很大程度上影響到刀具壽命。觀察結(jié)果表明，在所有加工表現(xiàn)不佳的案例中，80％都是由這些因素所造成。盡管大多數(shù)人喜歡選用正前角槽形刀具，但事實(shí)上稍帶負(fù)前角槽形的刀具能以更高的進(jìn)給去除材料，并且每齒進(jìn)給量可達(dá)0.5mm。但是這同時(shí)也意味著必須保持*穩(wěn)定狀態(tài)，即機(jī)床應(yīng)非常堅(jiān)固，且裝夾應(yīng)極其穩(wěn)定。

除進(jìn)行插銑（使用圓刀片）之外，應(yīng)盡量避免使用90主偏角，這樣做通常有助于提高穩(wěn)定性和獲得總體性能，當(dāng)在淺切深下使用時(shí)尤應(yīng)如此，在進(jìn)行深腔銑時(shí)，一種值得推薦的做法是通過(guò)刀具接柄而使用長(zhǎng)度可變的刀具，而不是在整個(gè)工序中使用單一長(zhǎng)度的長(zhǎng)刀具。

調(diào)整切削參數(shù)以克服因降低每齒進(jìn)給量而引起的振動(dòng)是傳統(tǒng)的解決方法，但這種方法并不恰當(dāng)，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)刀具壽命和切削性能產(chǎn)生災(zāi)難性影響。可轉(zhuǎn)位刀片需要一定量的切削刃倒圓，以增加切削刃強(qiáng)度和獲得更好的涂層粘附力。

在銑削鈦金屬時(shí)，要求刀具至少以zui小的進(jìn)給量工作——通常為每齒0.1mm。如果仍有振動(dòng)趨勢(shì)，則刀片損壞或刀具壽命縮短問(wèn)題將不可避免。可能的解決方法包括計(jì)算每齒進(jìn)給量，并確保它至少為0.1mm。

另外也可降低主軸轉(zhuǎn)速，以達(dá)到zui初的進(jìn)給率。如果使用zui小的每齒進(jìn)給量，而主軸轉(zhuǎn)速卻不正確，則對(duì)刀具壽命的影響可高達(dá)95%。降低主軸轉(zhuǎn)速通常可提高刀具壽命。

一旦確立了穩(wěn)定工況，就可相應(yīng)地提高主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量來(lái)獲得*性能。另一種做法是從銑刀中取出一些刀片或選擇含刀片較少的銑刀。