钛合金是一种含钛量为90%~95%的合金，具有强度高、耐腐蚀性强等特点，目前广泛应用于航空航天、军工、海洋工程等领域。钛合金换热器具有热传导性好，结构紧凑，传热系数高，质量轻、强度高、耐腐蚀性能好等特点。

　　此外，钛合金材料具有良好的综合力学性能及加工性能，易成形且加工成本低。然而，由于钛合金密度高达3.5g/cm3 （比铝小），强度和韧性相对较低，因此在加工过程中容易出现加工硬化现象，且因钛合金的导热性差，容易导致热应力集中从而产生变形与裂纹。

　　由于钛合金导热系数低且脆性大以及其加工时存在的切削力大、切削热高等问题对零件加工精度也造成了一定的影响。因此，如何解决以上问题成为制约钛合金换热器应用的重要因素。

　　一、 材料

　　钛合金的导热系数低、脆性大，在切削时易产生裂纹，影响加工质量。因此，切削时应选择导热系数高的材料，以改善切削加工条件。

　　热导率随温度升高而逐渐增加，温度在600℃以上时升高幅度较大，因此在加工时应选择导热系数较高的材料。

　　根据以上分析，综合考虑钛合金热导率、强度及韧性等因素，选择硬度为30~40 HRC、导热系数为2.8~3.2W/（m·℃）的材料为较合适。

　　在切削加工过程中，工件材料会由于塑性变形而产生塑性流动，同时会在刀具和切屑之间产生摩擦作用从而产生热量。

　　因此，在切削钛合金时应选择合适的刀具材料。例如Ti6Al4V合金导热系数低、韧性差、塑性变形能力强且有较高的热膨胀系数（0.07~0.03），因此选Ti6Al4V为较合适的刀具材料。

　　钛合金导热系数低且脆性大以及在加工过程中会产生大量的热量而导致切削温度升高。因此加工钛合金时还应选择导热系数高、强度高且热膨胀系数小的刀具材料。

　　二、 设备

　　钛合金换热器加工需要使用硬质合金刀具，且由于其强度和硬度较高，因此在加工过程中需要采用数控机床进行加工，而普通机床在切削力的作用下很容易产生振动、噪声等问题，影响零件的加工质量和精度。

　　床身整体采用硬质合金制造，可以承受较大的切削力；刀架为可调式双轴承，其转速、进给量可通过主轴中心孔进行控制；刀架采用优质不锈钢制造，可实现一次装夹就能完成多把刀具的夹紧。

　　通过上述方式有效地解决了钛合金换热器加工过程中出现的振动、噪声等问题。此外，为解决钛合金换热器加工过程中的刀具磨损问题，还在床身上设计了两个可以拆卸的轴承结构，该轴承可实现实时在线监测与维护。

　　三、 刀具

　　刀具结构与切削参数是影响钛合金换热器加工质量的主要因素。切削刃采用带倒角刀体结构的硬质合金，并且增加刀片数量以提高刀具抗弯强度。对于整体硬质合金刀具，采用一次成形硬质合金刀片，刀刃设计为倒V型槽或锯齿形。

　　刀片采用聚晶金刚石涂层和陶瓷涂层两种技术，前者主要是为了提高刀片的耐磨性，后者主要是为了提高其抗热冲击性能。选用陶瓷涂层刀片可有效避免刀具磨损严重，提高工件的加工质量。

　　针对钛合金换热器加工的特点，刀具材料应采用耐热硬度高、韧性好的硬质合金材料；切削参数应选择高速（≥600r/min）、大进给量（≥1 mm/r）且工件材料硬度低（<30 HRC）的刀具。

　　四、 工装设计

　　传统的加工方法，工件在切削过程中，采用两头固定夹持的方式，对工件进行定位。这种方法对于大型薄壁零件来说，加工精度不够、定位不稳定、加工效率低等问题都很难解决。

　　对于钛合金这种难加工材料，工装夹具设计是尤为重要的。由于钛合金的硬度高、脆性大且导热系数低，因此，加工过程中极易导致工件变形。而采用刚性好、精度高的工装夹具可有效提高装夹和定位精度。

　　本次以某换热器的一次压降型腔为例进行说明：该型腔壁厚达30 mm，且由于钛合金密度较低、脆性较大，加工过程中极易导致工件变形，导致精度降低。

　　五、 加工工艺参数

　　钛合金换热器的加工过程中，切削参数对其加工质量有很大影响，当刀具的切削速度和进给量增大时，其切削温度也随之升高，因此需要综合考虑工艺参数选择合适的切削量。在本研究中采用了较小的切削速度、进给量及较小的背吃刀量。

　　其中，进给量选取为0~0.25 mm/r，背吃刀量选择为0.05~0.10 mm/r。同时，由于钛合金属于高硬度、高强度合金，其刀具前角一般选择为30°~50°。

　　另外，因钛合金导热系数较低且脆性大，加工过程中应采取适当的冷却措施以降低其切削温度，可采用冷却液、冷却风扇或喷雾冷却等方法降低钛合金表面温度。

　　在加工过程中可使用钛合金专用切削液或加入添加剂。如加入添加剂能增加切削液的抗氧化性能和增稠作用，提高切削液的润滑性能和粘结性能。

　　此外，还可以在刀具前、后添加一定数量的油剂以降低刀具前角对切削的影响。在加工过程中采用导热性较好的硬质材料（如石墨）对刀具进行冷却。

　　当切削温度高时可以选择使用冷却液；当切削温度较低时可以选用使用油类添加剂或其他润滑方式对刀具进行冷却。

　　六、 热处理温度对钛合金性能的影响

　　热处理是将零件加热到一定温度，并保持一定时间，通过改变零件的组织结构、成分和性能，以提高材料的综合性能的过程。由于钛合金的热处理温度较高，热处理温度过低时，可能会引起强度降低；而温度过高时，又容易引起塑性降低。因此，合理选择热处理温度对于零件的加工具有重要意义。

　　在钛合金换热器加工过程中，为获得更好的产品质量和更高的产品效率，应注意以下几个方面：

　　（1）根据零件结构与产品要求来选择合适的加工余量和刀具材料。

　　零件在加工过程中，由于热加工变形导致尺寸精度下降时应适当地增加刀具材料，提高刀具刚度；对于难以加工或者不宜加工的区域则需要适当增加刀具刚度。

　　（2）通过对切削参数和切削液参数进行合理优化来降低热加工过程中产生的切削力以及切削热。在保证产品质量和加工效率的同时，也要兼顾生产成本。

　　（3）在零件加工过程中尽量避免发生变形。采用合理的刀具路径、**的切削技术、高精度工装夹具等手段可有效减小热应力与塑性变形集中等因素导致零件变形问题；同时，刀具转速对零件加工精度也有一定影响。

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