2023-11-21

为什么 iPhone15 的钛合金边框是一种难加工材料？

作者：    点击：396

9月13日，苹果发布了iPhone15系列手机。值得一提的是，这是钛合金边框首次亮相智能手机。

钛合金是一种轻质、耐腐蚀、强度高的材料，由此应用于智能手机，可以提升手机的整体强度、耐摔性和耐刮擦性。但钛合金属于难加工材料，钛合金边框的引入，也是CNC技术上的一种挑战。

为什么我们认为钛合金是一种难加工材料？下面我们来一起认识它的相关切削加工特性。

01“热”是钛合金难加工的“罪魁祸首”

钛合金加工时的切削力只是略高于同等硬度的钢，但是加工钛合金的物理现象比加工钢要复杂得多，从而使钛合金加工面临巨大的困难。

大多数的钛合金的热导率很低，只有钢的1/7，铝的1/16。因此，在切削钛合金过程中产生的热量不会迅速传递给工件或被切屑带走，而集聚在切削区域，所产生的温度可高达1000℃以上，使刀具的刃口迅速磨损、崩裂和生成积屑瘤，快速出现磨损的刀刃，又使切削区域产生更多的热量，进一步缩短刀具的寿命。
  切削过程中产生的高温同时破坏了钛合金零件的表面完整性，导致零件几何精度下降和出现严重减少其疲劳强度的加工硬化现象。
  钛合金的弹性对零件性能来说可能是有益的，但是在切削过程中，工件的弹性变形是产生振动的重要原因。切削压力使“弹性”的工件离开刀具和反弹，从而使刀具与工件之间摩擦现象大于切削作用。摩擦过程也会产生热，加重了钛合金导热性不良问题。
  加工薄壁或环形等易变形零件时，这个问题就更加严重，将钛合金薄壁零件加工到预期的尺寸精度不是一件容易的事。因为随着工件材料被刀具推开时，薄壁的局部变形已经超出弹性范围而产生塑性变形，切削点的材料强度和硬度明显增加。此时，按照原先确定的切削速度加工就变得过高，进一步导致刀具急剧磨损。

在理解钛合金加工机理的基础上，加上以往的经验，加工钛合金的主要工艺诀窍如下：

（1）采用正角型几何形状的刀片，以减少切削力、切削热和工件的变形。

（2）保持恒定的进给以避免工件的硬化，在切削过程中刀具要始终处于进给状态，铣削时径向吃刀量a_e应为半径的30%。

（3）采用高压大流量切削液，以保证加工过程的热稳定性，防止因温度过高导致工件表面变形和刀具损坏。

（4）保持刀片刃口锋利，钝的刀具是热集结和磨损的原因，容易导致刀具失效。

（5）尽可能在钛合金最软的状态加工，因为淬硬后材料变得更难加工，热处理提高了材料的强度并增加刀片的磨损。

（6）使用大的刀尖圆弧半径或倒角切入，尽可能把更多的刀刃进入切削。这可以减少每一点的切削力和热量，防止局部破损。在铣削钛合金时，各切削参数中切削速度对刀具寿命v_c的影响最大，径向吃刀量（铣削深度）a_e次之。

钛合金加工的焦点是热，大量高压切削液要及时准确地喷射到切削刃上，才能够快速地将热量移除。市场上有专门用于钛合金加工的铣刀独特结构。

备注：文章转载自前沿数控技术、金属加工、苹果官网，如有侵权，请联系小编删除。

返回列表