掌握钛的 CNC 加工：技巧、挑战和材料等级

钛是一种卓越的数控加工材料。它可以承受高温并耐化学腐蚀。此外，它重量轻，并具有其他一些品质，使其独一无二并受到制造商的青睐。

CNC 加工的钛零件非常耐用，但由于其高拉伸强度，加工钛可能具有挑战性。在本文中，我们将提供有关数控加工钛合金的重要信息、如何选择合适的切削刀具来加工钛合金，以及确保成功加工的有用技巧。

为什么选择钛作为 CNC 加工零件？

CNC 钛作为制造材料的主要优点包括其卓越的生物相容性、高度的耐腐蚀性以及所有金属中最高的强度重量比。这种金属还具有优异的延展性和良好的机械加工性。选择钛用于 CNC 加工零件的其他原因包括：

• 耐用性：钛非常耐用，非常适合制造承受恶劣或极端工作条件的 CNC 机加工零件。
• 非磁性：这种金属没有磁性。它还具有出色的抗氧化性，因此能够抵抗腐蚀力。
• 无毒：钛耐腐蚀、具有高生物相容性和无毒特性，非常适合用于医疗行业。

钛的这些品质使其能够应用于各个行业，包括航空航天、医疗和汽车行业。

加工钛时要考虑的挑战

尽管 CNC 钛合金是一种具有多种用途的优质材料，但制造商在加工钛合金时经常遇到挑战。这些挑战包括；

高化学反应性和磨损

加工钛合金时，一些气体会与其发生反应，导致表面氧化和脆化等问题。它可能会削弱部件并降低其耐腐蚀性。

此外，与高强度相比，这种金属的弹性模量较低，因此使其成为易于加工的粘性材料。由于钛有粘性，可能会粘附在 CNC 切削刀具上，从而导致故障和损坏。除了工具损坏之外，磨损通常还会影响钛的表面光洁度质量。

热量积聚和切削力

加工钛时保持低温是最困难的挑战之一。原因是钛的导热率较低，这会导致金属工件在加工速度很快的地方产生热量。如果不处理，它会磨损得更快，并且可能会对切割表面的质量产生负面影响，特别是在加工较硬的钛合金时。

对于这些更坚韧的钛合金来说，在数控机床上使用更大的切屑负载和更低的转速至关重要。高压冷却液还可以帮助您的切削刀具更高效地工作并制造出更高质量的钛工件。

此外，钛合金需要高切削力，这使得它们难以切削。这些切削力通常会导致刀具磨损、零件故障和高振动，从而影响产品质量和表面光洁度。

残余应力和硬化应力

由于其晶体结构，钛合金的柔韧性不是很好，这可能会导致加工过程中出现问题。它们的晶体结构可能会增加加工过程中的切削力，降低加工难度并增加残余张力的机会。这些张力可能会导致位置扭曲、破裂或持续时间缩短。

钛加工的有用技巧

由于钛加工的困难，许多机械车间对使用这种尖端材料犹豫不决。然而，由于其卓越的品质，许多制造商选择使用钛来生产高质量的零件。幸运的是，熟练的数控机械师和工具制造商已经开发出了有关机械钛的有用技巧。

牢固地固定零件

任何可以减少振动的措施都会使加工钛合金变得更容易，因为钛合金已经很容易产生刀具颤动。为了防止工件变形，请牢固地固定零件。此外，利用具有极其刚性的刀具布置的一流数控机床。为了最大限度地减少刀具变形，您甚至可以考虑采用较短的切削刀具。

选择正确的切削工具

由于对钛的需求不断增长，工具制造商正在开发新的策略来提高钛的切削加工性。具有碳氮化钛（TiCN）或耐热氮化钛铝（TiAlN）涂层的切削刀具使用寿命更长。

总的来说，机械师应该选择优质的钛合金专用工具，并定期检查和更换磨损的设备。此外，考虑使用直径更小、切削刃更多的刀具，以帮助确保工件去除率保持稳定，同时限制热量积聚。

考虑切割参数

加工钛时必须小心控制温度。对切​​削区域施加稳定的高压冷却液是保持工件和刀具冷却的最直接方法之一。如果将切屑从切削区域中喷出，切屑就不会粘在加工工具上。

此外，在加工钛合金时，考虑进给率、主轴速度和切屑负载至关重要。这需要限制对工具和设备的压力，并避免在一个地方停留太久。替代切削策略，例如增加轴向切削深度，同时减少径向啮合，也可能值得研究，以提高切削效率并降低加工温度。

使用高压冷却系统防止过热

钛精加工需要刀具半径的很小比例才能接触，超锋利，每齿进给量非常少。但是，这会导致热量难以从工作区域去除。如果留下，它最终会毁掉我们的切削工具，并且热效应将使保持公差变得困难。因此，在切削钛时，请尽可能使用最佳的冷却液设置。

一个有效的辅助手段是高压冷却系统。根据应用的不同，主轴也可能是必不可少的。在使用钛时，增加冷却剂浓度也可能是有益的。

用于 CNC 加工的不同钛等级

钛有不同的牌号和钛合金类型，每种都有其理想的应用、优点和缺点。让我们详细研究一下这些成绩。

1级（低氧纯钛）

在最常用的钛合金类型中，这种钛合金是最软且最具延展性的钛合金。 1 级钛具有优异的机械加工性、冲击韧性、耐腐蚀性和成形性。缺点是，与其他等级的钛相比，它的强度较低。该等级可应用于医疗、汽车和航空航天工业。

2级（标准氧含量的纯钛）

这也被称为主力钛。具有较高的耐蚀性、强度、成型性、焊接性、延展性，强度较低。 2 级钛在医疗和航空航天工业中用于生产飞机发动机。

3级（纯钛，中等氧含量）

尽管在商业上不像 1 级和 2 级那样受欢迎，但这种钛具有良好的机械性能。它具有高耐腐蚀性以及可加工性和强度。它在医疗、海洋和航空航天工业中都有应用。

4级（高氧含量纯钛）

该等级的钛具有高强度和耐腐蚀性。然而，它并不容易加工，通常需要大量的冷却剂和进给率。 4级钛应用于低温容器、CPI设备、机身部件、热交换器等。

以上1-4级均为纯钛，下一节介绍不同牌号的钛合金。

5 级 (Ti6Al4V)

5级钛合金含有4%的钒和6%的铝。它的强度不如其他合金，但具有较高的耐腐蚀性和成型性。它是发电、近海和海洋应用以及关键机身结构的理想选择。

6 级（Ti 5 Al-2.5Sn）

这种钛牌号具有良好的稳定性、强度和可焊性，尤其是在高温下，这使得它们能够应用于机身和喷气发动机的生产。

7 级（Ti-0.15Pd）

该等级的钛与 2 级相似，唯一的区别是其钯含量，添加钯以提高其耐腐蚀性。 7级钛合金具有优良的成形性和焊接性。非常适合用于生产化学加工设备。

11 级（Ti-0.15Pd）

11 级钛与 7 级钛非常相似。但是，它的延展性更强，对其他杂质的耐受性较低。强度低于7级，应用于海洋和氯酸盐制造业。

12 级 (Ti0.3Mo0.8Ni)

12 级钛相当昂贵，含有 0.8% 的镍和 0.3% 的钼，使其具有出色的可焊性、高温强度和耐腐蚀性。它应用于壳体和热交换器、船舶和飞机部件等。

23 级 (T6Al4V-ELI)

23 级钛也称为超低间隙钛或 TAV-EIL，其特性与 5 级钛相似，但更纯净。它具有良好的断裂韧性、生物相容性，但相对机械加工性较差。它可用于生产矫形销、螺钉、手术钉和正畸器具。

如何选择合适的钛加工刀具？

对钛进行 CNC 加工时使用任何切削刀具通常都是一个坏主意。以下是在铣削钛合金或使用其他数控加工技术时如何选择合适的切削刀具。

考虑切削刀具的凹槽数量

您必须增加立铣刀槽的数量才能缩短产品周期。对于钛合金来说，更多的牙齿意味着更少的颤动。例如，10 刃立铣刀虽然适合大多数材料的切屑负载，但非常适合钛合金。这主要是由于需要减少径向啮合。

避免中断切割并保持切割边缘锋利

由于其杨氏模量低，钛坚固且富有弹性。这意味着要高效且无需摩擦地去除表面切屑，我们需要锋利的工具。

尽可能避免断续切削，因为它们会将切屑锤入锋利的刀具中，可能导致刀具过早失效。

考虑切削刀具涂层

涂层可以极大地提高您的工具承受钛产生的热量的能力。 TiAlN（氮化钛铝）是一种值得考虑的合适涂层。它具有润滑性，可防止积屑瘤、磨损和切屑焊接，特别适合加工时的温度。

加工钛时尝试高进给铣刀

高进给铣刀适合在轴向和径向加工钛合金时保持低啮合。这些工具是专门为有效执行该任务而设计的。

机加工钛零件的表面处理

包括钛抛光在内的一系列表面精加工技术可以增强数控加工钛产品的功能和美观性。这些表面处理包括：

• 抛光
• 阳极氧化
• 镀铬
• 粉末涂料
• PVD 涂层
• 刷牙

钛加工零件的应用

钛加工零件耐用、耐腐蚀且美观。这些品质使它们能够在各种行业中得到应用。

海洋/海军工业

与大多数天然金属相比，钛具有更高的耐腐蚀性。这种阻力使其成为生产螺旋桨轴、水下机器人、索具设备、球阀、船用热交换器、消防系统管道、泵、排气管内衬和船上冷却系统的理想选择。

航空航天

由于其众多理想的品质，钛是航空航天工业中广受欢迎的材料。这些品质包括高强度重量比、出色的耐腐蚀性以及极热环境下的性能。航空航天工业中的钛零件包括座椅部件、涡轮部件、轴、阀门、壳体和过滤器零件，以及制氧系统零件。

汽车

在汽车领域，钛与铝的争论一直很激烈，铝由于其可用性和成本效益而占据上风。尽管如此，钛仍然存在于汽车零部件的生产中。钛及其合金在汽车领域的主要用途是生产内燃发动机的气门、气门弹簧、保持器、汽车制动支架、挂耳螺母、发动机活塞销、悬架弹簧、制动钳活塞、发动机摇臂和连杆。

医疗和牙科

由于钛具有高耐腐蚀性、低电导率和生理 pH 值，因此在医疗行业有多种应用。用于医疗行业的钛制零件包括锥形、直形或自攻骨螺钉、牙科种植螺钉、颅骨固定系统用颅骨螺钉、脊柱固定杆、连接器和板、矫形销等。

选择维克来加工钛零件

WayKen 是一家专业的 CNC 加工公司，在钛合金加工方面拥有丰富的专业知识。我们以极具竞争力的价格为各行业提供高质量的数控加工钛服务。凭借 5 轴加工和精密机械设备，我们的设计师和工程师团队随时准备在最短的时间内接受和处理您的订单，从而缩短上市时间。

结论

钛及其合金需要仔细加工才能实现最佳零件生产。它是一种与钢和黄铜等同类金属截然不同的金属。它需要使用正确的工具、专业知识和耐心。这就是为什么通常最好将钛 CNC 加工项目外包给像韦克这样的专业人士，他们可以保证高质量零件的精度。

常见问题解答

钛比钢更难加工吗？

钛比钢更难加工，主要是因为它的熔点高。它的延展性也很强，在断裂前经常会拉伸，使其更难以加工。

铣削钛合金的进给速度是多少？

加工钛合金时，该刀片的切削速度应为 40 至 150 m/min，每齿进给量为 0.03 至 0.15 mm。

机械加工后如何消除钛的应力？

应力消除技术可用于钛合金，而不会影响其延展性或强度。锻件的生产方法是将金属加热到 595 至 705 °C（1100 至 1300 °F）之间的温度一到两个小时，然后空气冷却。