一、傳統(tǒng)鈦合金加工過(guò)程行業(yè)難點(diǎn)：

在航空航天領(lǐng)域中，鈦的應(yīng)用大國(guó)主要是西方國(guó)家，尤其是美國(guó)，60%的鈦材都應(yīng)用到軍事領(lǐng)域。中國(guó)在此領(lǐng)域中，鈦的投入量不到全球比重的5%左右。因?yàn)殁伜辖鸺庸さ母叱杀尽⒏唠y度是阻礙廣泛使用的主要原因。

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。

二、傳統(tǒng)鈦合金加工行業(yè)解決方案：

“熱”是不銹鋼、鈦合金、鎳基合金難加工的“罪魁禍?zhǔn)住?！這些高端加工技術(shù)僅有極少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家掌握，高束能超聲波加工就是一種最先進(jìn)的工藝方法，它是一種以超聲技術(shù)為核心，利用電能轉(zhuǎn)換的激活能和沖擊能的復(fù)合能量，對(duì)零件進(jìn)行加工的單元。具有高頻率、大能量、聚焦性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于各類(lèi)機(jī)床或自動(dòng)化的：車(chē)削、銑削、鉆孔、磨削、光整、強(qiáng)化等納米加工及其他領(lǐng)域的更多應(yīng)用。解決了我國(guó)諸多卡脖子難題，更為不銹鋼、鈦合金、鎳基合金材料加工，提供了更多的新方案，需要做好以下幾點(diǎn)：

（1）采用高束能超聲波機(jī)床、超聲波電主軸或超聲波刀柄等系列產(chǎn)品，把傳統(tǒng)的加工方式改為振動(dòng)切削模式。

(2) 選擇專(zhuān)用刀具，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%。

(3) 在采用高束能機(jī)床、電主軸或刀柄實(shí)現(xiàn)振動(dòng)切削的同時(shí)，最佳方式是微量潤(rùn)滑系統(tǒng)，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。嚴(yán)重的誤區(qū)是采用傳統(tǒng)潤(rùn)滑方式加大潤(rùn)滑液的噴射量。

(4) 由于高束能技術(shù)基于超聲波機(jī)理，有振動(dòng)排斥積屑鎦的性能，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。

三、鈦合金超聲波加工刀具壽命提升原理：

鈦合金加工的焦點(diǎn)是熱，超聲波加工過(guò)程中，刀具切削80%時(shí)間處于間歇運(yùn)動(dòng)中，是最有效的低溫高效切削方式，高壓切削液要及時(shí)準(zhǔn)確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將切削熱量移除。加工鈦合金的理想刀具材料，必須同時(shí)具備較高的熱硬度，良好的韌性、耐磨性，高的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的化學(xué)活性，在銑削時(shí)，刀具還應(yīng)具有良好的抗沖擊性。

四、超聲波加工鈦合金刀具的選用：

當(dāng)今在生產(chǎn)實(shí)際中，用來(lái)加工鈦合金的刀具材料主要有：硬質(zhì)合金、金剛石刀具等。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，硬質(zhì)合金和PCD刀具被認(rèn)為是加工鈦合金理想的刀具材料。對(duì)于大多數(shù)公司而言，高效率、高質(zhì)量和低成本生產(chǎn)至關(guān)重要。超聲波加工基于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與縱向高頻振動(dòng)的疊加，可以根據(jù)需要增加走刀量和進(jìn)給量，提高表面質(zhì)量或刀具使用壽命，解決微觀裂紋、抑制毛刺產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)效率倍增。

1、硬質(zhì)合金刀具是目前加工鈦合金應(yīng)用最為廣泛的一種刀具。

因其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、較高的硬度、韌性和紅硬性，已成為國(guó)內(nèi)企業(yè)加工鈦合金的首選。硬質(zhì)合金刀具原材料選用0.15微米超細(xì)晶粒體，以世界先進(jìn)的壓鑄燒結(jié)工藝，采用金剛石顆粒體高壓噴淋鈍化技術(shù)，達(dá)到高光刀具效果后，再選用專(zhuān)用納米涂層技術(shù)加工，大大降低了刀具的摩擦系數(shù)，會(huì)大幅度提高刀具使用壽命和加工效率。切忌不要選用YT鎢鈷鈦類(lèi)硬質(zhì)合金刀具，它和鈦合金有強(qiáng)烈的親和力。但當(dāng)切削速度繼續(xù)增加時(shí)，刀具和工件接觸面的溫度迅速升高，降低了刀具的硬度和韌性，使硬質(zhì)合金刀具發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形、粘結(jié)和擴(kuò)散磨損，導(dǎo)致刀具失效，硬質(zhì)合金刀具切削速度一般會(huì)小于75米/分鐘的鈦合金加工。

2、聚晶金剛石PCD刀具有極高的硬度和耐磨性。

刃口鋒利。低摩擦系數(shù)。高彈性模量。高導(dǎo)熱系數(shù)。以及與非鐵金屬親和力小等優(yōu)點(diǎn)。金剛石納米刀具主要有聚晶金剛石PCD納米刀具和化學(xué)氣相沉積VCD金剛石納米刀具。金剛石類(lèi)刀具適用于鈦合金的精加工和超精加工。金剛石的耐熱溫度只有700到800℃，雖然采用超聲振動(dòng)切削加工，但也要選用高束能微量潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，它的效果優(yōu)于傳統(tǒng)噴淋冷卻效果。

3、聚晶立方氮化硼PCBN納米刀具的硬度。

雖然略低于金剛石，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他高硬度材料，而且PCBN納米刀具熱穩(wěn)定比金剛石高得多，可達(dá)到1200℃以上，適合高溫干切削。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)惰性大，與鈦合金在1200℃不起化學(xué)反應(yīng)。

PCBN納米刀具加工鈦合金與硬質(zhì)合金刀具相比，有著切削速度高、表面粗糙度低和刀具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，并且在高速、低進(jìn)給量、低背吃刀量的條件下，有更長(zhǎng)的刀具壽命和非常好的工件加工表面粗糙度。PCBN納米刀具更適合用作鈦合金的精加工，為解決脆性大、刀具可能產(chǎn)生的破損和崩刃問(wèn)題，采用了特出工藝并加大了角度調(diào)整，更適合鈦合金加工的應(yīng)用。

五、超聲波加工鈦合金工藝方法：

銑削比車(chē)削困難，因?yàn)殂娤魇菙嗬m(xù)切削，并且切屑易與刀刃發(fā)生粘結(jié)，當(dāng)粘屑的刀齒再次切入工件時(shí)，粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具材料，形成崩刃，極大地降低了刀具的耐用度。因此對(duì)不銹鋼、鈦合金或鎳基合金銑削方式建議采用順銑。從工件裝夾及設(shè)備方面提高工藝系統(tǒng)剛性。高束能技術(shù)的選用還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、相對(duì)于硬質(zhì)合金應(yīng)該選用超晶粒體材料的刀具，精鈍化后微納米涂層，PCD或CBN銑刀也要超精密加工，前角應(yīng)減小，后角應(yīng)加大。盡量采用尖齒銑刀，避免使用鏟齒銑刀。

2、切削液應(yīng)該采用高束能微量潤(rùn)滑系統(tǒng)，不易選用傳統(tǒng)加大噴淋量的方式，采用高束能系統(tǒng)銑削加工速度宜低，不需要過(guò)高的切削速度同樣可以達(dá)到效率倍增。

3、為提高生產(chǎn)效率，可適當(dāng)增加銑削深度與寬度，銑削深度一般粗加工為 1.5～3.0mm，精加工為 0.2～0.5mm。

六、超聲波加工鈦合金的原理：

首先要從它的原理說(shuō)起:高束能加工是基于超聲波的原理，利用高頻振動(dòng)機(jī)構(gòu)，在刀具對(duì)工件加工時(shí)提供微振動(dòng)源，其主要優(yōu)點(diǎn)包括：增強(qiáng)刀具排屑、提升散熱功能、延長(zhǎng)刀具使用壽命；透過(guò)高頻敲擊的動(dòng)能，降低工件的切削抗力，同時(shí)消除工件表面的殘留應(yīng)力；利用高頻位移的特性，適合作為的銑切斷屑，提高復(fù)材壽命；去除工件材料主要依靠刀具瞬時(shí)局部的沖擊作用，故工件表面的切削應(yīng)力很小，切削熱更小，不會(huì)產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低且抑制毛刺的產(chǎn)生。高束能加工玻璃、陶瓷、藍(lán)寶石、3D熱彎玻璃、石墨、碳化硅、復(fù)合材料等傳統(tǒng)難加工硬脆材料，可以提高幾倍的加工效率并獲取納米級(jí)別的加工效果。

七、超聲波加工鈦合金產(chǎn)品應(yīng)用：

特別是在醫(yī)療器械零件、汽車(chē)模具鑲件、葉輪渦旋盤(pán)、 齒輪模具及零件、脆硬材料加工、復(fù)合加工結(jié)構(gòu)件、小型精密塑膠、沖壓模，壓膜，注塑模，陳列板，導(dǎo)向件，閥門(mén)閥體等領(lǐng)域中發(fā)揮了更多的應(yīng)用。

八、超聲波加工鈦合金產(chǎn)品應(yīng)用：

1、超聲波磨削加工鈦合金：

超聲波加工技術(shù)是未來(lái)有代表性的加工技術(shù)，它將滿(mǎn)足不斷提高及日益增長(zhǎng)的工件要求。通過(guò)刀具的旋轉(zhuǎn)與振動(dòng)的相互疊加（軸線方向），用傳統(tǒng)方式難以加工的先進(jìn)材料可被經(jīng)濟(jì)地加工且達(dá)到最高質(zhì)量。超聲波磨削加工技術(shù)可以經(jīng)濟(jì)地加工高難度的先進(jìn)材料的具有復(fù)雜幾何形狀的工件，例如陶瓷、玻璃、剛玉、硬質(zhì)合金或復(fù)合材料。與傳統(tǒng)加工方式不同，超聲波加工中，刀具的旋轉(zhuǎn)與附加的振動(dòng)相互疊加，減小功力達(dá)40%。根據(jù)材料性能，加工表面質(zhì)量可達(dá)Ra < 0.1 μm，可生產(chǎn)薄壁輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件，延長(zhǎng)刀具使用壽命并顯著減少材料的微裂紋。

傳統(tǒng)鈦合金磨削常見(jiàn)的問(wèn)題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷。其原因是鈦合金的導(dǎo)熱性差，使磨削區(qū)產(chǎn)生高溫，從而使鈦合金與磨料發(fā)生粘結(jié)、擴(kuò)散以及強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。粘屑和砂輪堵塞導(dǎo)致磨削比顯著下降，擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，使工件被磨表面燒傷，導(dǎo)致零件疲勞強(qiáng)度降低，這在磨削鈦合金鑄件時(shí)更為明顯。為解決這一問(wèn)題，采取的措施是：

a. 選用合適的砂輪材料：綠碳化硅TL。

b. 稍低的砂輪硬度：ZR1。

c. 較粗的砂輪粒度：60。

d. 稍低的砂輪速度：10～20m/s。

e. 稍小的進(jìn)給量。

2、超聲波鉆削加工鈦合金：

用乳化液充分冷卻：鉆削鈦合金鉆削比較困難，常在加工過(guò)程中出現(xiàn)燒刀和斷鉆現(xiàn)象。這主要是由于鉆頭刃磨不良、排屑不及時(shí)、冷卻不佳以及工藝系統(tǒng)剛性差等幾方面原因造成的。因此，在鈦合金鉆削加工中須注意以下幾點(diǎn)：

f. 刀具材料：硬質(zhì)合金。

g. 合理的鉆頭刃磨：加大頂角、減少外緣前角、增大外圓后角，倒錐加至標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的 2～3 倍。

h. 勤退刀并及時(shí)清除切屑，注意切屑的形狀和顏色。如鉆削過(guò)程中切屑出現(xiàn)羽狀或顏色變化時(shí)，表明鉆頭已鈍， 應(yīng)及時(shí)換刀刃磨。

i. 加足切削液：一般用豆油，必要時(shí)可加法國(guó) OLTIP 鉆孔攻絲專(zhuān)用油。

j. 提高工藝系統(tǒng)剛性：鉆模應(yīng)固定在工作臺(tái)上，鉆模引導(dǎo)宜貼近加工表面，盡量使用短鉆頭。

還有一個(gè)值得注意的問(wèn)題是：當(dāng)采取手動(dòng)進(jìn)給時(shí)，鉆頭不得在孔中不進(jìn)不退，否則鉆刃摩擦加工表面，造成加工硬化， 使鉆頭變鈍。

3、超聲波鉸削加工鈦合金：

超聲波輔助鉸削鈦合金時(shí)刀具磨損不嚴(yán)重，要使用硬質(zhì)合金鉸刀。工廠常用的有 YG8，YG10HT等。使用硬質(zhì)合金鉸刀時(shí)，要采取類(lèi)似鉆削的工藝系統(tǒng)剛度，防止鉸刀崩刃。超聲波輔助鈦合金鉸孔時(shí)粗糙度會(huì)高于常規(guī)鉸削一兩個(gè)等級(jí)，不會(huì)產(chǎn)生毛刺，超聲波鉸削還要采取以下解決措施：

k. 用油石修窄鉸刀刃帶寬度，以免刃帶與孔壁粘結(jié)，但要保證足夠的強(qiáng)度，一般刃寬在 0.1～0.15mm 為好。

l. 切削刃與校準(zhǔn)部分轉(zhuǎn)接處應(yīng)為光滑圓弧，磨損后要及時(shí)修磨，各齒圓弧大小一致。

m. 必要時(shí)可加大校準(zhǔn)部分倒錐。

n. 兩次鉸削。粗鉸余量 0.1mm，精鉸余量一般小于 0.05mm。

o. 主軸轉(zhuǎn)速 60r/min。

p. 鉸完退刀時(shí)，手鉸不能反轉(zhuǎn)退出，機(jī)鉸應(yīng)不停車(chē)退出鉸刀。

4、超聲波輔助鈦合金攻絲：

超聲波輔助鈦合金攻絲，適合 M16mm 以下的小孔攻絲。因?yàn)?/span>振動(dòng)切屑加工，不易與刀刃及工件粘結(jié)，加工表面粗糙度值小，扭矩小。常規(guī)攻絲和超聲波振動(dòng)攻絲時(shí)絲錐選用不當(dāng)及操作不當(dāng)極易造成加工硬化，加工效率極低并時(shí)有絲錐折斷現(xiàn)象。其解決辦法如下：優(yōu)先選用一絲到位的跳牙絲錐，齒數(shù)應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)絲錐少，一般為2～3齒。切削錐角宜大，錐度部分一般為3～4扣螺紋長(zhǎng)度。為便于排屑，還可在切削錐部分磨出負(fù)傾角。盡量選用短絲錐以增加絲錐剛性。絲錐的倒錐部分應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)的適當(dāng)加大，以減少絲錐與工件的摩擦。