钛及钛合金的切削特性和切削策略

    钛的比重大约是钢的一半，而纯钛80000PSI和钛合金180000PSI的强度，却比很多合金钢还要高。正是钛的这个高的强度-重量比，使得它被设计者们广泛地用于汽车、医疗、化学、细微组件和航空航天等领域。
 

钛的弹性是钢的两倍，这使它特别适合用在需要材料柔韧性来防止产生开裂和裂缝的场合。另外，钛合金的耐腐蚀和氧化性能要优于不锈钢。
钛合金的另外几个性能也使它成为最难加工的几大材料之一。当然，只要足够了解它的特性，还是有办法对它进行低成本的切削的。
多数的钛合金是热的不良导体，产生的切削热不能有效通过工件散发，而往往聚集在切削区域附近。切削时产生的高温-有时候能达到2,000°F（相当于1093°C）-能使刀尖崩刃或者变形，而变钝的刀尖将产生更多的切削热，从而加速刀尖的失效。切削温度甚至有可能高到使钛屑燃烧的程度。
切削过程中产生的切削热，还在钛的表面产生加工硬化现象，这不但影响已加工表面的一致性，也将影响工件的几何尺寸并严重降低工件的疲劳强度。
钛合金成品的弹性，是人们喜欢的钛合金成品的一个属性，但弹性也使得重载加工时容易产生工件的挠曲和震动。在切削压力的作用下，弹性的工件偏离原来的位置。因此，刀尖是在磨工件而不是切削工件，这在精加工时尤其明显。这个摩擦的过程也产生热量，而钛的不良导热性也使得加工条件更加恶化。 
 

因此，加工薄壁或者环状的工件时，一般使用正前角的刀片。如果不使用正前角的刀片，切削力将会推开工件，使之产生倾斜，这将使加工尺寸很难达到预期。工件变形离开刀具时，将产生塑性变形，而不是弹性变形。这进一步提高了工件切削点的强度和硬度，使得原本适当的切削速度变的过大，迅速加剧刀具的磨损。
合金的种类决定了切削速度。纯钛的切削线速度可以达到180m/min，而韧性较好的β合金却只能在30m/min左右。一般来说，合金中含的V和Cr越多，切削的线速度就越低。
尽管钛合金的加工比钢材要困难、复杂，钛的切削力的大小也只比切削同硬度的钢略微大一点。
钛加工时，最容易产生的刀具磨损是后刀面磨损、月牙凹磨损和积屑瘤磨损。刀尖的月牙凹磨损通常产生在切削深度的位置，这多半是因为工件因为铸造、锻造、热处理或者机械加工时候产生的硬化层造成的。
工件和刀具的材料发生化学反应也是月牙凹磨损的重要原因之一。这通常发生在切削温度达到800°C以上的时候，同时伴随着扩散（工件和刀具间的元素互相渗透）现象。
相比之下，在加工时，刀片的前刀面上则容易产生钛材料的沉积。前刀面产生的高温和高压，将沉积的钛颗粒焊接在切削刃上，从而形成“积屑瘤”现象。这些颗粒在刀尖上停留短暂时间后，将会从刀尖上剥离，并带走一部分的切削刀具的合金材质。
最适合加工钛的基材和涂层是亚微细颗粒基材和物理气相沉积（PVD）的TiAlN涂层。PVD涂层又薄又光滑，加上足够的残余应力，使得刀具能很好的防止甭刃和月牙凹的产生。同时，附着力优良的PVD涂层，表面也很均匀，化学稳定性相对以前的涂层也有所提升，因此能更好地防止积屑瘤的产生。

钛和钛合金的种类及对应特性
钛合金通常有四种：α、α/β、β和更新的铝钛合金。因为添加了特殊的合金元素，这些种类的合金都非常难加工。
α钛是纯钛，很软，可以高速加工，没有任何加工难题。但是，因为它在强度和弹性方面没有明显优势，因而应用范围受到限制。
α/β相钛合金是最常见的，其中TiAl6V4广泛地应用于航空产业特别是发动机中。其次应用较广的是医疗器械行业。这种合金很难加工，因为它的切屑对刀具有研磨作用，因而导致很短的刀具寿命。
β相钛合金不具有α相钛合金的韧性，而是有硬和脆的特点。因为组分中含有高百分比的V、Mo和Cr等元素，加工性能也很差。β钛合金应用越来越广泛，因而带来更多的加工难题。
钛铝合金非常难加工，但是却具有更轻的重量和更高的强度。以前，它因为缺乏良好的韧性，应用受到了限制。但是现在的材料学家们把它引进到了赛车引擎中来做气门顶杆和推杆，也用于喷气发动机中中的部件。

结语：
钛及钛合金的切削策略：
使用正的角度来保证最小的切削力、热量和材料挠曲；
保持稳定的进给以避免工件的硬化。刀具在切削是，切勿停止进给；
使用足量冷却液来保证热量被及时带走，从而避免因为积蟹瘤破坏刀具；
保持刀尖锋利。钝的刀具会使热量积累，从而导致刀具失效；
尽量在钛合金软的时候进行加工。因为钛合金的颗粒在高温下会有晶相转变而加剧对刀具的研磨；
尽可能地使用大圆角的刀片甚至是圆刀片来进行加工，这可以将刀具的局部磨损减少到最低程度。