鈦合金具有的特殊性能使其（qí）應用領域越來越廣（guǎng）泛。很高的（de）強（qiáng）度/重量比、極（jí）好的韌性和卓越的抗（kàng）腐蝕性能使鈦合金可用於製作醫用人體植入件、高爾夫球杆頭以（yǐ）及（jí）軍用裝甲等。

      但是，鈦合金零件的（de）車削（xuē）加工卻非常困（kùn）難，令機械工（gōng）藝師們望而生（shēng）畏（wèi），他們認為，鈦合金的超級性能（néng）大大削弱了其可加（jiā）工的“能力”，使其切削加工極具挑戰性。這（zhè）種看法雖（suī）有道理，但並不（bú）全麵。本文探討了鈦（tài）合金的車削加工策略，對機械工藝師們加工這種用途廣泛(如賽車零件、水下呼吸裝置等)的難加工材（cái）料以及應用新的切削技術將有所幫助。

  
      鈦合金生產商——RTI國際金屬公司的高（gāo）級項（xiàng）目專家Bill Headland指出，雖然許多（duō）加工車間將鈦合金加工視為畏途（tú），但實際（jì）上鈦合金包括的品種範（fàn）圍很廣，你必須了解你所（suǒ）加（jiā）工的是哪一種。鈦合金的（de）牌號很多，有些牌號加工難度極大（dà），而另一些牌號卻（què）並非如此。商用純鈦(CP牌（pái）號)是一（yī）種非合金材料，通常用於製造醫用零件、熱交換器和眼鏡框架等。CP牌號具有卓越的（de）抗腐蝕性，且（qiě）相對而言較易加工（gōng）。但與其它鈦合金相（xiàng）比（bǐ），其強度很低（dī），且（qiě）又粘又（yòu）軟。

      在純鈦中加入合（hé）金後，改變了其晶（jīng）相（xiàng）(晶體結構)，也改變了材（cái）料的特性和機械加工性。α鈦合金和準α鈦合金中包含了如鎳、鋁、釩等添加成份。這（zhè）些（xiē）中間牌（pái）號鈦合金的可切削性相當不錯。α-β鈦合金牌號（hào）可能（néng）包含有更多的鋁和釩。工業用主流鈦合金Ti6Al4V就是一種α-β鈦合金（jīn）牌號，其中包含了約6%的鋁和（hé）4%的釩。Ti6Al4V及（jí）其變（biàn）種大約占到目前所用鈦合金的50%-70%。

      添加了（le）鐵、鉻等成分的β牌（pái）號鈦合金是最難以加工的牌號之一。由於具有高的（de）斷裂韌性和優異的抗高周期疲勞性能，β牌號的機械加工（gōng）性與Hastelloy鎳基合（hé）金及類似材料（liào）相近（jìn），其典型的應用實例是製造輕型彈簧，用於觸發水下發射（shè）戰術導彈（dàn）的可折疊尾翼。

      各種鈦合金呈現出各不相（xiàng）同的切削性能。有人認為，加工一個Ti6Al4V工件所需的時間（jiān）通（tōng）常是加工一個鋼件的三（sān）倍：而有人說，加工一個Ti5553難（nán）加工β牌號工件所需的（de）時間則是加工一個Ti6Al4V工件（jiàn）的兩倍。

      在車削加工中（zhōng），鈦合金最重要的特性就是熱傳導性差。由於切削時產生的高溫很難被工件吸收而聚集於刀具切削刃上，過（guò）多的熱量促使切削刃與切屑之間發生化學反應（yīng）並產生月牙窪磨損。鈦合金還具有加工（gōng）硬化趨勢，因此，通過剪切而（ér）不是擠壓去除金屬至關重要。此外，雖然鈦合金具有很高的（de）強度，但同時也具有較低的彈性模量，這就意味著與其它材（cái）料相比，鈦合金相對更具彈性且更容易離開切削刃(尤其在輕載（zǎi）切削時)。綜合（hé）考慮鈦（tài）合金的這些特性，為了成功（gōng）實現鈦合金（jīn）的車削加工，關（guān）鍵是必須實現切削速度、進給率和切削深度的（de）平衡。

      切削速度是影響切削熱產生的首要因素。山特維克可樂滿的車削（xuē）專家Stefan Gyllengahm曾經花了（le）三年半時（shí）間為工（gōng）具製造商開發（fā）刀（dāo）具牌（pái）號。在此期間，他在實驗室進行了Ti6Al4V的切削試驗，結果表明，切削（xuē）速度的選擇必須十分小心:在某些情況下，當切削速度提高10%～15%，則（zé）刀具壽命會從40件下降（jiàng）為6件，這表明切削速度的調整幅度過大。他還發現，當以（yǐ）不會縮短刀（dāo）具壽命的切削速度進行（háng）車削時，如果提高進給率，則會達到一個有損刀（dāo）具壽命的臨界溫度，因為存在一個熱量過多的極限範圍。

      刀具幾何（hé）形（xíng）狀在控製（zhì）切屑形態以散熱方麵起（qǐ）著關鍵（jiàn）作用。較寬和較薄的切屑擴（kuò）大了正在形成的切（qiē）屑與切削刃之間的接觸麵積，從而可減少熱量在切削刃的聚集。如果（guǒ）切（qiē）屑較薄，產生的熱量較少，切削速（sù）度就可以（yǐ）更快一（yī）些。例如，使用具有95°主偏角的C型(80°)金剛石刀片進行粗加工時，切屑厚度與（yǔ）進給率大致相等：而采用安裝主偏角為45°的正（zhèng）方形刀片則可以使被（bèi）切除的金屬(以（yǐ）及切削熱)沿著較長的切（qiē）削刃擴散。圓（yuán）刀片在理論上將這（zhè）一概念發揮到了極致(但僅（jǐn）限於切深較小時)。Gyllengahm表示，通常在切（qiē）深（shēn）較小時，采用圓刀片可獲（huò）得很薄的切屑（xiè）。但是，考慮到具有12.7mm內（nèi）切圓的圓刀片在切深大於2mm時其有效導程角會減小，因此最好使用方刀片，因為在相同的切深下，方刀片仍然具有45°主偏角（jiǎo）。

      Bill Skoretz是Patriot Forge公司加工分部的經理，該公司提供（gòng）從低合金鋼、不鏽鋼到特殊牌號鋁合金（jīn）、鈦（tài）合金等（děng）各類原材料，有時也（yě）會為公司的（de）客戶加工鈦合金零件。當討論車削鈦合金所麵臨的挑（tiāo）戰時，他重點（diǎn）回顧了車削軋鋼（gāng）機用冷卻液噴（pēn）頭的經曆。這種耐腐蝕的鈦合金牌號（hào）具有磨（mó）蝕性。由於鈦合金（jīn）具有回彈性，因此必須采用正的（de）刀具幾何角度，而且（qiě）要重視刀具頭部的形狀。