你知道航空零件加工为什么非得使用钛合金材料吗？
我们经常会听到钛合金产品，也经常会听到有人提及航空航天会使用钛合金材料进行零部件的加工，其实，钛跟航空航天有着非同寻常的关系，早在1953年，在美国道格拉斯公司生产的DC-T机发动机吊舱和防火壁上首次便使用了钛材，从而揭开了钛应用到航空的历史。从那时开始，钛在航空航天领域上已应用了半个多世纪。钛能在航空上广泛应用是由于它有适于飞机应用的许多宝贵特性。深圳市鸿威盛精密科技专注于航空零部件的定制加工与批量生产，今天，我们就为您深度剖析为什么航空航天要使用到钛合金材料。
一：钛的由来
1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛——这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。而钛合金因具有耐蚀性好、强度高、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
钛在地壳中含量可以说是非常较丰富，远高于铜、锌、锡等常见金属，含量排第九位。它广泛存在于许多岩石中，特别是砂石和粘土中。
二：钛的特性
1.热强度高：使用温度比铝合金高几百度，可在450～500℃的温度下长期工作。
2.强度高：是铝合金的1.3倍，镁合金的1.6倍，不锈钢的3.5倍，金属材料中的冠军。
3.低温性能好：间隙元素极低的钛合金TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。
4.抗蚀性好：耐酸、耐碱、耐大气腐蚀，对点蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强。
5.化学活性大：高温时化学活性很高，轻易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层。
6.导热系数小、弹性模量小：导热系数约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。钛合金的弹性模量约为钢的1/2。
三：钛合金的分类及用途
钛合金按用途可分为：高强合金、耐热合金、耐蚀合金(钛-钼，钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。
尽管钛及其合金应用的历史不长，但由于它那超众的性能，已经获得了多个光荣称号。首先荣获的称号就是“空间金属”。它重量轻、强度大又耐高温，特别适于制造飞机和各种航天器。目前世界上生产的钛及钛合金，大约有四分之三都用于航空航天工业。许多原来用铝合金的部件，都改用了钛合金。
四：钛合金在航空中被大量应用的原因
现代飞机的航行最高时速已达到音速的2.7倍以上。这么快的超音速飞行，会使飞机与空气摩擦而产生大量的热。当飞行速度达到音速的2.2倍时，铝合金就经受不住了。必须采用耐高温的钛合金。
当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300℃增加到500～600℃时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金。
近年来科学家们对钛合金性能的研究工作，不断取得新的进展。原来由钛、铝、钒组成的钛合金，最高工作温度为550℃～600℃，而新研制的钛化铝（TiAl）合金，最高工作温度已提高到1040℃。
用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，可以减轻结构重量。飞机每减轻重10%，可节省燃料4%。对火箭来说，每减轻1kg的重量，就可增加15km的射程。
五：钛合金的航空应用
钛合金主要用于飞机及发动机的制造材料，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件。航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。
1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上占机重28%。随着加工工艺技术的发展，在火箭、人造卫星和宇宙飞船上，也用了大量的钛合金。
飞机越先进，使用的钛越多。美国F—14A战斗机使用的钛合金，约占机重的25%；F—15A战斗机为25.8%；美国第四代战斗机用钛量为41%，其F119发动机用钛量为39%，是目前用钛量最高的飞机。
六：钛合金机加工特性分析
首先，钛合金导热系数低，仅是钢的1/4，铝的1/13，铜的1/25。因切削区散热慢，不利于热平衡，在切削加工过程中，散热和冷却效果很差，易于在切削区形成高温，加工后零件变形回弹大，造成切削刀具扭矩增大、刃口磨损快，耐用度降低。
其次，钛合金的导热系数低，使切削热积于切削刀附近的小面积区域内不易散发，前刀面摩擦力加大，不易排屑，切削热不易散发，加速刀具磨损。最后，钛合金化学活性高，在高温下加工易与刀具材料起反应，形成溶敷、扩散，造成粘刀、烧刀、断刀等现象。
七：cnc加工中心加工钛合金特点
加工中心可以多个零件同时加工，提高生产效率。
提高零件的加工精度，产品一致性好。加工中心有刀具补偿功能，可以获得机床本身的加工精度。
有广泛的适应性和较大的灵活性。如本零件的圆弧加工、倒角和过渡圆角。
可以实现一机多能。加工中心可以进行铣削、钻孔、镗孔、攻丝等一系列加工。
可以进行精确的成本计算，控制生产进度。
不需要专用夹具，节约大量成本经费，缩短生产周期。
大大减轻了工人的劳动强度。
可以与UG等加工软件进行多轴加工。
八、刀具及冷却液材料的选择
1、铣刀的几何参数
钛合金的加工特性决定刀具的几何参数与普通刀具存在着较大区别。
螺旋角β选择较小的螺旋升角，排屑槽增大，排屑容易，散热快，同时也减小切削加工过程中的切削抗力。
前角γ切削时刃口锋利，切削轻快，避免钛合金产生过多切削热，从而避免产生二次硬化。
后角α减小刀刃的磨损速度，有利于散热，耐用度也得到很大程度的提高。
2、刀具材料选用应满足下列要求：
足够的硬度。刀具的硬度必须要远大于钛合金硬度。
足够的强度和韧性。由于刀具切削钛合金时承受很大的扭矩和切削力，因此必须有足够的强度和韧性。
足够的耐磨性。由于钛合金韧性好，加工时切削刃要锋利，因此刀具材料必须有足够的抗磨损能力，这样才能减少加工硬化。这是选择加工钛合金刀具最重要的参数。
刀具材料与钛合金亲合能力要差。由于钛合金化学活性高，因此要避免刀具材料和钛合金形成溶敷、扩散而成合金，造成粘刀、烧刀现象。
经过对国内常用刀具材料和国外刀具材料进行试验表明，采用高钴刀具效果理想，钴的主要作用能加强二次硬化效果，提高红硬性和热处理后的硬度，同时具有较高的韧性、耐磨性、良好的散热性。
3、冷却液
钛合金加工最好不用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆，也能防止钛合金高温应力腐蚀开裂。
选用合成水溶性乳化液，也可自配用冷却液。
切削加工时冷却液要保证充足，冷却液循环速度要快，切削液流量和压力要大，加工中心都配有专用冷却喷嘴，只要注意调整就能达到预期的效果。
4、切削参数选择
钛合金机加工应选择较低的切削速度，适当大的进给量，合理的切深和精加工量，冷却要充分。
切削速度VcVc=30～50m/min
进给量f粗加工时取较大进给量，精加工和半精加工取适中的进给量。
切削深度apap=1/3d为宜，钛合金亲合力好，排屑困难，切削深度太大，会造成刀具粘刀、烧刀、断裂现象。
精加工余量αc适中钛合金表面硬化层约0.1~0.15mm，余量太小，刀刃切削在硬化层上，刀具容易磨损，应该避免硬化层加工，但切削余量不宜过大。
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