钛合金，以其独特的优势在航空、航天、医疗等领域占据重要地位，近两年亦在3C消费电子领域崛起，应用于多款热销高端智能手机的机身及结构件上。

钛合金具备轻巧、强度高及质感佳的性能优势，有助提升智能手机的外观设计及大幅降低机身重量，有望成为消费电子材料创新趋势。然而，钛合金难以加工的特性一直困扰着工程技术人员。本文将探讨钛合金加工的难点，并提出相应的对策，以期为钛合金的广泛应用提供技术支持。

大多数钛合金的导热系数极低，仅为钢材的1/7，铝材的1/16，铜材的1/25。因此，在切削过程中产生的热量不易散发，而是集中在切削区域。刀尖温度可升至1000℃，导致刀具快速磨损、开裂，并产生积屑，缩短刀具寿命。

切削高温集中在刀尖，散热困难，刀具易损。高温还破坏了钛合金零件的表面完整性，降低了零件的几何精度，并引发加工硬化现象，严重降低了其疲劳强度。

钛合金的弹性模量相对较低，例如TC4的弹性模量仅为110Gpa，而45钢为210Gpa，303、304、316等不锈钢的弹性模量也在200Gpa左右。加工钛合金时，容易产生弹性变形，尤其在加工薄壁或环形零件时更为明显。薄壁件在加工时局部变形超出弹性范围，产生塑性变形，切削点材料的强度和硬度显著增加。

切削压力使工件产生弹性变形并回弹，增大了刀具与工件间的摩擦，产生额外热量，加剧了钛合金导热性差的问题。

钛合金的亲和力较好，在车削和钻孔过程中易形成长而连续的切屑，这些切屑会缠绕刀具并妨碍其功能。切削深度过大时，易造成粘刀、烧刀或断裂。

钛合金切屑

亲和力优势在许多领域都颇具价值，例如在离子泵中，钛被用作阴极板。当钛原子被溅射到阳极管的内壁时，它们能够吸附气体分子，从而创造出超高真空环境。

钛合金的弹性在零件性能上可能有利，但在切削过程中，却成为振动的主要原因。加工钛合金产生的振动是钢的10倍。由于切削热集中在切削部分，会产生锯齿形切屑，导致切削功率波动。

使用冷却液降低切削高温。通常，非可溶性油冷却液适用于低速重载切削，可溶性切削冷却液适用于高速切削。

另外可使用低温切削法，如使用液氮（-180℃）或液态CO2（-76℃）作为切削液，能有效降低切削区温度，提高加工表面质量，延长刀具寿命。

选用恰当的切削刀具能显著提升加工效率。由于钛合金的热量主要依靠切削刃和冷却液来散发，而非像钢材那样通过切屑排出，因此切削刃的微小部分需承受极大的热和机械应力。保持切削刃的锋利能降低切削力。

此外，采用抛光凹槽的磨削技术和高正角的可转位刀片，也有助于减轻切削压力。

切削钛合金的推荐刀具

必要时，还可以使用涂层刀具，以减少合金的粘性并破碎过长切屑。这样做不仅降低了排屑过程中的摩擦，还有助于控制加工过程中产生的热量。

钛合金在加工过程中容易发生硬化，即在切削时，钛合金的硬度会提高，这会加速工具的磨损。因此，保持恒定的进给对于将加工硬化降至最低至关重要。

当然，如果设备性能允许，可以尝试增加进给率。这样做可以减少刀具在加工区域停留的时间，从而减少热量积聚和加工硬化的机会。

控制放热，使用钢切割速度的1/3或更低进行钛合金加工。

在加工钛合金时，陶瓷、碳化钛和氮化钛涂层刀具的寿命相对较短。通常，对于大批量的钛合金加工，硬质钢刀具是首选；而对于小批量加工，则使用高速硬质合金刀具更为合适。

目前，超声波加工技术正在研发中，其目的是通过减少刀具与工件的接触时间，来延长刀具的使用寿命。

高刚性机床对于成功加工钛合金至关重要。理想的钛合金铣床必须是刚性的，主轴能在低转速和高扭矩下运行，以吸收振动并减少切削过程中的颤振。

定期清洁加工设备和刀具，防止碎屑沉积，影响加工效果。