為什么鈦合金邊框是一種難加工材料？

panps

9月13日，蘋果發(fā)布了iPhone15系列手機(jī)。值得一提的是，這是鈦合金邊框首次亮相智能手機(jī)。

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鈦合金是一種輕質(zhì)、耐腐蝕、強(qiáng)度高的材料，由此應(yīng)用于智能手機(jī)，可以提升手機(jī)的整體強(qiáng)度、耐摔性和耐刮擦性。但鈦合金屬于難加工材料，鈦合金邊框的引入，也是CNC技術(shù)上的一種挑戰(zhàn)。

為什么我們認(rèn)為鈦合金是一種難加工材料？

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“熱”是鈦合金難加工的“罪魁禍?zhǔn)住?/strong>

鈦合金加工時(shí)的切削力只是略高于同等硬度的鋼，但是加工鈦合金的物理現(xiàn)象比加工鋼要復(fù)雜得多，從而使鈦合金加工面臨巨大的困難。

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大多數(shù)的鈦合金的熱導(dǎo)率很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16。因此，在切削鈦合金過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不會(huì)迅速傳遞給工件或被切屑帶走，而集聚在切削區(qū)域，所產(chǎn)生的溫度可高達(dá)1000℃以上，使刀具的刃口迅速磨損、崩裂和生成積屑瘤，快速出現(xiàn)磨損的刀刃，又使切削區(qū)域產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)一步縮短刀具的壽命。

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切削過(guò)程中產(chǎn)生的高溫同時(shí)破壞了鈦合金零件的表面完整性，導(dǎo)致零件幾何精度下降和出現(xiàn)嚴(yán)重減少其疲勞強(qiáng)度的加工硬化現(xiàn)象。

鈦合金的彈性對(duì)零件性能來(lái)說(shuō)可能是有益的，但是在切削過(guò)程中，工件的彈性變形是產(chǎn)生振動(dòng)的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開(kāi)刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現(xiàn)象大于切削作用。摩擦過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生熱，加重了鈦合金導(dǎo)熱性不良問(wèn)題。

加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就更加嚴(yán)重，將鈦合金薄壁零件加工到預(yù)期的尺寸精度不是一件容易的事。因?yàn)殡S著工件材料被刀具推開(kāi)時(shí)，薄壁的局部變形已經(jīng)超出彈性范圍而產(chǎn)生塑性變形，切削點(diǎn)的材料強(qiáng)度和硬度明顯增加。此時(shí)，按照原先確定的切削速度加工就變得過(guò)高，進(jìn)一步導(dǎo)致刀具急劇磨損。

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02

加工鈦合金的工藝訣竅

在理解鈦合金加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，加上以往的經(jīng)驗(yàn)，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：

(1) 采用正角型幾何形狀的刀片，以減少切削力、切削熱和工件的變形。

(2) 保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化，在切削過(guò)程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài)，銑削時(shí)徑向吃刀量a e應(yīng)為半徑的30%。

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(3) 采用高壓大流量切削液，以保證加工過(guò)程的熱穩(wěn)定性，防止因溫度過(guò)高導(dǎo)致工件表面變性和刀具損壞。

(4) 保持刀片刃口鋒利，鈍的刀具是熱集結(jié)和磨損的原因，容易導(dǎo)致刀具失效。

(5) 盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工，因?yàn)榇阌埠蟛牧献兊酶y加工，熱處理提高了材料的強(qiáng)度并增加刀片的磨損。

(6) 使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，盡可能把更多的刀刃進(jìn)入切削。這可以減少每一點(diǎn)的切削力和熱量，防止局部破損。在銑削鈦合金時(shí)，各切削參數(shù)中切削速度對(duì)刀具壽命vc的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）ae次之。

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03

從刀片入手解決鈦加工難題

鈦合金加工時(shí)出現(xiàn)的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過(guò)800℃的化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散，也是形成溝槽磨損的原因之一。

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因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中，工件的鈦分子在刀片的前面積聚，在高壓高溫下“焊接”到刀刃上，形成積屑瘤。當(dāng)積屑瘤從刀刃上剝離時(shí)，將刀片的硬質(zhì)合金涂層帶走，因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。

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04

適合鈦加工的刀具結(jié)構(gòu)

鈦合金加工的焦點(diǎn)是熱，大量高壓切削液要及時(shí)準(zhǔn)確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。市場(chǎng)上有專門用于鈦合金加工的銑刀獨(dú)特結(jié)構(gòu)。

sgxap666

好像是說(shuō)韌性很強(qiáng)，不好加工

施公子

sgxap666 發(fā)表于 2023-9-19 10:16
' U1 P8 O) N; U) ]; y' T/ ^好像是說(shuō)韌性很強(qiáng)，不好加工

就是費(fèi)刀子
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加肥貓devil

用了鈦合金主要是為了賣貴點(diǎn)你也會(huì)覺(jué)得物有所值

長(zhǎng)橋臥波

可以考慮用超聲刀來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

feng4444

只是相對(duì)來(lái)不銹鋼來(lái)說(shuō)難做，我常用TC4加工小件，也沒(méi)貴多少

一生無(wú)敵俠客行

加工參數(shù)：低轉(zhuǎn)速，快進(jìn)給，少小吃刀量
4 u: p! o  F" F刀片選擇：考慮刀片涂層與材料加工的親和性
機(jī)床：扭力要大一點(diǎn)，過(guò)小的扭力的機(jī)床，干不了
裝夾方式：盡量選用自然裝夾，減少裝夾扭力帶來(lái)的影響
時(shí)效：充分的時(shí)效，和余量保證弱剛性產(chǎn)品的加工，通過(guò)余量支撐剛性
切削液：選用不含氯離子，且專門加工的切削液，水壓要充分，帶走多余的熱和鐵屑