iPhone15的鈦合金邊框?yàn)槭裁措y加工？

9月13日，蘋果發(fā)布了iPhone15系列手機(jī)。值得一提的是，這是鈦合金邊框首次亮相智能手機(jī)。

鈦合金是一種輕質(zhì)、耐腐蝕、強(qiáng)度高的材料，由此應(yīng)用于智能手機(jī)，可以提升手機(jī)的整體強(qiáng)度、耐摔性和耐刮擦性。但鈦合金屬于難加工材料，鈦合金邊框的引入，也是CNC技術(shù)上的一種挑戰(zhàn)。

為什么我們認(rèn)為鈦合金是一種難加工材料？下面我們來一起認(rèn)識它的相關(guān)切削加工特性。

01“熱”是鈦合金難加工的“罪魁禍?zhǔn)住?/p>

鈦合金加工時的切削力只是略高于同等硬度的鋼，但是加工鈦合金的物理現(xiàn)象比加工鋼要復(fù)雜得多，從而使鈦合金加工面臨巨大的困難。

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，在切削鈦合金過程中產(chǎn)生的熱量不會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。

切削過程中產(chǎn)生的高溫同時破壞了鈦合金零件的表面完整性，導(dǎo)致零件幾何精度下降和出現(xiàn)嚴(yán)重減少其疲勞強(qiáng)度的加工硬化現(xiàn)象。

鈦合金的彈性對零件性能來說可能是有益的，但是在切削過程中，工件的彈性變形是產(chǎn)生振動的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現(xiàn)象大于切削作用。摩擦過程也會產(chǎn)生熱，加重了鈦合金導(dǎo)熱性不良問題。

加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時，這個問題就更加嚴(yán)重，將鈦合金薄壁零件加工到預(yù)期的尺寸精度不是一件容易的事。因?yàn)殡S著工件材料被刀具推開時，薄壁的局部變形已經(jīng)超出彈性范圍而產(chǎn)生塑性變形，切削點(diǎn)的材料強(qiáng)度和硬度明顯增加。此時，按照原先確定的切削速度加工就變得過高，進(jìn)一步導(dǎo)致刀具急劇磨損。

02加工鈦合金的工藝訣竅

在理解鈦合金加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，加上以往的經(jīng)驗(yàn)，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：

（1） 采用正角型幾何形狀的刀片，以減少切削力、切削熱和工件的變形。

（2） 保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化，在切削過程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài)，銑削時徑向吃刀量a e應(yīng)為半徑的30%。

（3） 采用高壓大流量切削液，以保證加工過程的熱穩(wěn)定性，防止因溫度過高導(dǎo)致工件表面變性和刀具損壞。

（4） 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，各切削參數(shù)中切削速度對刀具壽命vc的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）ae次之。

03從刀片入手解決鈦加工難題

鈦合金加工時出現(xiàn)的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過800℃的化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散，也是形成溝槽磨損的原因之一。

因?yàn)樵诩庸み^程中，工件的鈦分子在刀片的前面積聚，在高壓高溫下“焊接”到刀刃上，形成積屑瘤。當(dāng)積屑瘤從刀刃上剝離時，將刀片的硬質(zhì)合金涂層帶走，因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。

04適合鈦加工的刀具結(jié)構(gòu)

鈦合金加工的焦點(diǎn)是熱，大量高壓切削液要及時準(zhǔn)確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。市場上有專門用于鈦合金加工的銑刀獨(dú)特結(jié)構(gòu)。

編輯：黃飛